数字电子技术课程设计说明书简易洗衣机控制器设计.docx

数字电子技术课程设计说明书简易洗衣机控制器设计武汉理工大学数字电子技术课程设计说明书 课程设计任务书 学生姓名： 徐 鹤 专业班级： 通信1005 指导教师： 刘新华 工作单位： 信息工程学院 题 目: 简易洗衣机控制器设计 初始条件： 利用定时器、数码管、LED等数字电路器件设计实现简易洗衣机功能。要求完成的主要任务: 1 课程设计工作量：1周内完成对简易洗衣机控制电路的设计、仿真与调试。 2 技术要求：洗衣机电机的工作顺序： 启动>正转20s>暂停10s>反转20s>暂停10s>停止 设计一个定时器控制洗衣机电机的运转， 三只LED灯表示“正转”、“反转”和“暂停”3个状态。 用数码管显示洗涤时间，按倒计时方式对洗涤过程作计时显示，直到时间到停机，并发出音响信号报警。 设置停止键，在洗涤过程中随时按该键可终止动作，并使显示器清0。 3 查阅至少5篇参考文献。按武汉理工大学课程设计工作规范要求撰写设计报告书。 全文用A4纸打印，图纸应符合绘图规范。 时间安排： 第17周：理论讲解 第18周：理论设计及实验室安装调试； 地点：鉴主15通信工程实验室，鉴主13通信工程专业实验室； 第19周：撰写设计报告及答辩；地点：鉴主17楼研究室。 指导教师签名： 年 月 日 系主任签名： 年 月 日 1 武汉理工大学数字电子技术课程设计说明书 目录 1 绪论 . 3 2 设计任务要求及总体思路 . 3 3 设计基本原理 . 4 4 设计方案 . 4 5 单元电路的设计和元件的选择 . 6 5.1 秒脉冲发生器 . 6 5.2 分秒计数器 . 8 5.3 时间译码及控制门 . 11 5.4 总电路图 . 12 6 仿真结果 . 13 6.1 秒脉冲发生器 . 13 6.2 分秒计数器 . 13 6.2.1 正转. 14 6.2.2 暂停. 15 6.2.3 反转. 16 6.2.4 定时时间到. 17 7 仿真结果分析 . 18 8 体会 . 18 9 元器件清单 . 19 10 参考文献 . 20 2 武汉理工大学数字电子技术课程设计说明书 摘要 现代生活人民生活水平越来越高，家家户户几乎都有一台洗衣机。洗衣机由于洗涤方便受到广大用户的喜爱。随着时代的发展洗衣机也在不停革新、发展。 本次课程设计要求利用定时器、数码管、LED等数字电路器件设计实现简易洗衣机功能。设计时考虑了很多种情况，根据本人的能力选择了一种。这个方案总共使用了一些或门、与门、非门以及电阻电容若干，74LS192NE555定时器各一个完成了简易洗衣机的功能实现。 1.绪论 从课程设计要求来看，要求实现电机的正传、反转、暂停，当显示时间前20秒正传、暂停10秒、反转20秒、再暂停10秒，如此一来，周期恰好是60秒，理所当然的分钟计数器、秒计数器是一定要有的。接下来脉冲是一定发热了，我们可以用555定时器构成的多谐振荡器来产生脉冲。除了这些，还要求在定时结束后有一个指示灯亮来提示定时时间到，还要求电路有清零和置数的功能，这些用逻辑电平开关即可以实现。 2.设计的任务要求及总体思路 2.1设计任务和要求 设计一个电子定时器，控制洗衣机按如图1洗涤模式进行工作 图2.1 洗涤模式 当定时时间达到终点时，一方面使电机停机，同时发出音响信号提醒用户注意。 用两位数码管显示洗涤的预置时间，按倒计时方式对洗涤过程作计时显示，直到时间到而停机。 3 武汉理工大学数字电子技术课程设计说明书 三只LED灯表示“正转”、“反转”和“暂停”3个状态。 2.2设计的总体思路 从课程设计要求来看，要求实现电机的正传、反转、暂停，实际上没又电机给我们接上，这回要用四个LED灯的状态来表示，当显示时间前20秒正传、暂停10秒、反转20秒、再暂停10秒，如此一来，周期恰好是60秒，理所当然的分钟计数器、秒计数器是一定要有的。接下来脉冲是一定的了，但是有分钟计数器和秒钟计数器还要考虑是不是要60分频器，就我们所学过的来说实现循环有移位寄存器；还有个问题，当洗涤时间到了，报警还要一个报警电路，根据人性化、自动化、低成本的设计原则，报警的蜂鸣器不可以长时间的叫，要有个合理的时间，我们可以用一个单稳态电路来实现。但是还有一个问题要解决：如何提取时间并使循环电路工作的信号?方案有两种：一是直接从数值上进行提取信号来控制一个可以实现循环的74LS194来实现；另一种是制作一个二十进制到十进制的循环转化来把这一分钟走完，但是从电路的复杂程度和经济性来说，显然后者太过于复杂，也不利于接线和排故障，虽然难度会大一些、出成果的时间会比别人晚，但是要设计一个真正可以让用户用放心使用的产品，还得这样做。尤其是最后的循环电路用两个194一定可以很容易实现。 3 设计的基本原理 首先，从秒脉冲出来的信号，经过一个控制电路后进入秒计数器进行秒计数，进行清零，这时用户置入洗涤时间，并按开始按钮，洗衣机开始工作。当秒计数器变为零的时候，去分钟计数器上面借数；与此同时，从十秒位转化出来的信号进入移位寄存器后，LED灯表示出电机运转状态；当用户设定的洗涤时间结束后，电路报警并清零；同时电机指示灯熄灭。 4 设计方案 方案一 框图如图4.1所示 4 武汉理工大学数字电子技术课程设计说明书 图4.1 设计方案一 方案二 框图如图4.2所示 秒脉 冲发 生器 60进制计数器 洗涤时间计数器 控制门 功放 继电开关 执行电机 洗涤时间显示 清零 置数 图4.2 设计方案二 5 时间译码 武汉理工大学数字电子技术课程设计说明书 本定时器实际上包含两级定时的概念，一是总洗涤过程的定时，而是在总洗涤过程中又包含电机的正转、反转和暂停三种定时，并且这三种定时是反复循环直至所设定的总定时时间到位置。当总定时时间在020min以内设定一个书之后T为高电平1，然后用倒计时的方法每分钟减1直至T变为0.在此期间，若Z1=Z2=1，实现正转；若Z1=Z2=0，实现暂停；若Z1=1,Z2=0,实现反转。实现定时的方法很多，比如采用单稳电路实现定时，又如将定时初值预置到计数器中，使计数器运行在减计数状态，当减到全零时，则定时时间到。如图所示的电路原理框图就是采用这种方法实现的。由秒脉冲发生器产生的时钟信号经60分频后，得到分脉冲信号。洗涤定时的时间的初值先通过拨盘或数码开关设置到洗涤时间计数器中，每当分脉冲到来计数器减1，直至减到定时时间到为止。运行中间，剩余时间经译码后在数码管上进行显示。 经比较后，采用第二种方案。 5 单元电路的设计和元件的选择 5.1秒脉冲发生器 方案一：由555定时器构成的多谐振荡器 由555定时器构成的多谐振荡器的电路图如图4所示，由于555定时器内部的比较器灵敏度高，输出驱动电流大，功能灵活，而且采用差分电路形式，它的振荡频率受电源电压和温度的影响很小。所以由555定时器构成的多谐振荡器的振荡频率稳定，不易受干扰。因此采用此方案。 555定时器构成的多谐振荡器如图5.1所示 6 武汉理工大学数字电子技术课程设计说明书 图5.1 由555定时器构成的多谐振荡器 555定时器的引脚图如图5.2所示 图5.2 555定时器的引脚图 方案二：由门电路构成的多谐振荡器 如图5.3所示 图6 由门电路构成的多谐振荡器 7 武汉理工大学数字电子技术课程设计说明书 图5.3 由门电路构成的多谐振荡器 由门电路构成的多谐振荡器的电路，在此电路中，当电源电压波动时，会使振荡频率不稳定，在Vth与VDD/2不相等时，影响尤为严重，而Vth容易受温度、电源电压及干扰的影响，因此频率稳定性较差，不宜采用此方案。 5.2 分秒计数器 分秒计数器如图5.4所示 8 武汉理工大学数字电子技术课程设计说明书 图5.4 分秒计数器 其中，74LS192的引脚图如图5.5所示 图5.5 74LS192的引脚图 74LS192的功能表如表5.1所示 表5.1 74LS192功能表 百进制分计数器和六十秒计数器的原理是一样的，不同的只是它们的输入脉冲和进制不同而已，我们用四片74LS192来实现分计数和秒计数功能，我们要9 武汉理工大学数字电子技术课程设计说明书 的只是减计数，所以我们把它的UP端接到高电平上去,DOWN端接到秒脉冲上；十分秒位上的输入端B、C端接到高电平上，即从输入端置入0110，秒十位的LD端和借位端BO联在一起，再把秒位的BO端和十秒位的DOWN联在一起。当秒脉冲从秒位的DOWN端输入的时候秒计数的192开始从9减到0；这时，它的借位端BO 会发出一个低电平到秒十位的输入端DOWN，秒十位的计数从6变到5，一直到变为0；当高低位全为零的时候，秒十位的BO发出一个低电平信号，DOWN为零时，置数端LD等于零，秒十位完成并行置数，下一个DOWN脉冲来到时，计数器进入下一个循环减计数工作中。 对于分计数来说，道理也是一样的；只是要求，当秒计数完成了，分可以自动减少，需要把秒十位的借位端BO端接到分计数的DOWN端作为分计数的输入信号来实现秒从分计数上的借位。当然，这些计数器工作，其中的清零端CR要处于低电平，置数端不置数时要处于高电平。这是一个独立工作的最高可以显示101分钟的计时器。把四个192的QA/QB/QC/QD都接到外部的显示电路上就可以看到时间的显示了。作为洗衣机控制器的一个模块，它还得有一定的接口来和其他的模块连接在一起协调工作，分计数的清零端LD是接在一起的；秒的清零端LD又是接在一起的，所以当要从外部把它们强制清零时，可以用一个三极管或者两个或门就可以实现该功能。还有我们可以利用分计数的UP端来进行外部置数，当把它们各接到一个低触发的脉冲上 就可以实现从09的数字输入。 5.3 时间译码及控制门 时间译码及控制门如图5.6所示 10 武汉理工大学数字电子技术课程设计说明书 图5.6 时间译码及控制门 在此部分电路中，三个指示灯，从上至下依次代表“正转”、“暂停”、“反转”。从60秒到40秒内第一个灯亮，从40到30秒内是第二个灯亮。在30到10秒内是第三个灯亮，然后剩下的十秒钟是第二个灯亮，如此完成第一个循环，刚好一分钟，之后的时间依次循环。 当时间减到0时，最上面的灯亮，提醒定时时间到。 11 武汉理工大学数字电子技术课程设计说明书 5.4 总电路图 总电路图如图5.7所示 图5.7 总电路图 12 武汉理工大学数字电子技术课程设计说明书 6 仿真结果 6.1 秒脉冲发生器 图6.1 秒脉冲发生器仿真 6.2 分秒计数器 图6.2 分秒计数器仿真 13 武汉理工大学数字电子技术课程设计说明书 6.2.1 正转 图6.3 洗衣机正转时仿真 14 武汉理工大学数字电子技术课程设计说明书 6.2.2 暂停 图6.4 洗衣机暂停时仿真 15 武汉理工大学数字电子技术课程设计说明书 6.2.3 反转 图6.5 洗衣机反转时仿真 16 武汉理工大学数字电子技术课程设计说明书 6.2.4 定时时间到 图6.6 定时时间到仿真 17 武汉理工大学数字电子技术课程设计说明书 7 仿真结果分析 在仿真的过程中，出现的结果基本符合要求，计数器的工作也很理想，“正转”、“反转”、“暂停”的指示灯动作也很好，定时结束时，自动清零，同时指示灯亮，提醒时间到。，唯一不足的是没有将电路置数的功能设计好，只能按照预设的时间100分钟开始工作。除此之外，由于555定时器的电阻值设定的不是很理想，以至于出现的脉冲波形不是标准的占空比为百分之五十的方波。 不过，总的来说，仿真结果我是比较满意的，我觉得比较成功。 8 心得体会 通过这次课程设计，加强了我们动手、思考和解决问题的能力。在整个设计过程中，我们通过这个方案包括设计了一套电路原理和PCB连接图，和芯片上的选择。这个方案总共使用了一些或门、与门、非门以及电阻电容若干，74LS192NE555定时器各一个 在设计过程中，经常会遇到这样那样的情况，就是心里想老着这样的接法可以行得通，但实际接上电路，总是实现不了，因此耗费在这上面的时间用去很多。 我们做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，由于课本上的知识太多，平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能，而且考试内容有限，所以在这次课程设计过程中，我们了解了很多元件的功能，并且对于其在电路中的使用有了更多的认识。平时看课本时，有时问题老是弄不懂，做完课程设计，那些问题就迎刃而解了。而且还可以记住很多东西。比如一些芯片的功能，平时看课本，这次看了，下次就忘了，通过动手实践让我们对各个元件映象深刻。认识来源于实践，实践是认识的动力和最终目的，实践是检验真理的唯一标准。所以这个期末测试之后的课程设计对我们的作用是非常大的。 通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。 18 武汉理工大学数字电子技术课程设计说明书 这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多专业知识问题，最后在老师的辛勤指导下，终于游逆而解。同时，在老师的身上我们学也到很多实用的知识，在次我们表示感谢！同时，对给过我帮助的所有同学和各位指导老师再次表示忠心的感谢！ 此次课程设计，学到了很多课内学不到的东西，比如独立思考解决问题，出现差错的随机应变，和与人合作共同提高，都受益非浅，今后的制作应该更轻松，自己也都能扛的起并高质量的完成项目。 在此，感谢于老师的细心指导，也同样谢谢其他各组同学的无私帮助！ 9 元器件清单 表9.1 元器件清单 19 武汉理工大学数字电子技术课程设计说明书 参考文献 数字电子技术基础.康华光主编 北京：北京高等教育出版社 电子技术课程设计.历雅萍、易映萍主编 北京：中央广播电视出版社 电子技术课程设计指导.彭介华主编 北京：北京高等教育出版社 电子线路设计、实验、测试.谢自美主编 武汉：华中理工出版社 电子技术基础课程设计 .孙梅生主编 北京：北京高等教育出版社 20