洗衣机控制电路设计.docx

课 程 设 计 课程名称 数字电子技术基础课程设计 题目名称 洗衣机控制电路设计 学生学院 物理与光电工程学院 专业班级 电子科学与技术 学 号 学生姓名 指导教师 2014-05-24 1一 设计题目1.设计目的3二 设计任务与要求 3三 洗衣机控制电路原理 3四 单元模块化设计与选择 41. 秒脉冲发生器42. 六十进制计数器5 芯片的选择5 六十进制同步加法计数器5 六十进制计数器的进位63. 洗衣机正反转模块74. 定时模块8 芯片介绍 8 自锁开关的说明8 实现定时以及减法计数功能95.七段码译码和显示模块10 七段码译码器10 八段数码管116.蜂鸣器及结束控制电路 12 结束控制（正反转停止）12 蜂鸣器驱动电路137.洗衣机控制电路完整的元件清单：13五 总结与心得体会14六 附录15 2一设计题目 ：洗衣机控制电路设计1、设计目的1.掌握洗衣机控制电路的设计、组装与调试方法。2. 熟悉数字和模拟集成电路的设计和使用方法。二设计任务与要求 设计制作一个洗衣机控制器，具有如下功能：1)采用中小规模集成芯片设计洗衣机的控制定时器，控制洗衣机电机作如下运转：2)洗涤电机用两个继电器控制。3)用两位数码管显示洗涤的预置时间（分钟数），按倒计时方式对洗涤过程作计时显示，直至时间到而停机。洗涤定时时间在010min内用户任意设定。4)当定时时间到达终点时，一方面使电机停转，同时发出音响信号提醒用户注意。5)洗涤过程在送入预置时间后即开始运转。三洗衣机控制电路原理 实现以上功能的洗衣机控制电路原理如图1： 图1根据它的任务与要求，我们的得到这样一个简洁明了总体设计思路： 3 时间显示二级定时电路一级定时电路555一秒定时结束时蜂鸣器工作定时反转暂停正转根据这个思路，我们进行了模块化设计，有些模块有不同的方案，我们进行择优选取。四单元模块化设计与选择1. 秒脉冲发生器555定时器很方便地接成斯密特触发器，在此基础上改接成多谐振荡器。其电路图如图2所示：电路接通时，电容C充电略大于2/3Vcc，输出被触发置0，三极管导通；此时，电容开始放电，放电至略低于1/3Vcc，输出被触发置1；此时三极管截止，电容再次充电。如此循环往复，就形成了多谐振荡。电容C充电时间和放电时间各为： 因此，电路振荡周期为 因为产生周期为1秒的矩形波即可，矩形波的占空比可以随意设置。图2是我们设计的秒脉冲发生器，图3是multisim 11 仿真的波形图。 4 图2 图32. 六十进制计数器 芯片的选择（总电路都采用TTL芯片）：要构成六十进制计数器，最好采用十进制计数器，我考虑了两种芯片：74ls160 （十进制加法计数器）, 74ls192（十进制加减法计数器）。因为74ls192的成本较高。所以我选用了74ls160做六十进制计数器。另外需要用到非门74ls04，与门74ls08。74ls160的引脚图以及功能图如下图所示： 74ls160引脚图 74ls08引脚图 74ls04引脚图 图4 六十进制同步加法计数器 5要实现六十进制计数，必须用到两个74ls160，第一个计数器为十进制计数器，第二个为六进制计数器。第一个计数器的进位输出接一个非门后为第二个计数器的时钟输入。第二个计数器计到5后给自己的LOAD端置零。待下一个上升沿到来时使计数器输出端全置零，这样循环计数就构成了六十进制计数器。其计数过程如图5所示：脉冲等效十进制进位 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 1 0 2 0 0 1 0 2 0 0 9 1 0 0 1 9 1 非门脉冲 等效十进制LOAD 0 0 0 0 0 1 1 0 0 0 1 10 1 2 0 0 1 0 20 1 1 5 0 1 0 0 50 0 图5其六十进制计数器电路图 如图6所示：图6 六十进制计数器的进位当计数器计到59的时候产生为0进位信号，跳变到零时进位信号跳变为1，于是就产生一个上升沿作为二级定时电路的时钟信号。其分析： 6 十位数 ABCD 个位数 abcd 进位0000 0000 1 0000 0001 1 1 0101 1001 0分析其逻辑表达式得： Y= 其电路图：3. 洗衣机正反转模块利用上述的六十进制计数器，根据正反转的时间要求进行时间译码，即可得到符合要求的正反转。画出正反转的真值表：十位数ABCD个 位 数abcd转动方向十位数ABCD个 位 数 abcd转动方向000000100100 0000正转 0001 0011 01010000反转 0001 0001 0010 0010 0011 0011 0100 0100 0101 0101 0110 0110 0111 0111 Y= Y=A十位数ABCD个 位 数 abcd转动方向 0000 0001 0010 0011 0100 0101 1000暂停1001 Y=d 由于电机价格较高，我用LED数码管替代了电机，由上述的逻辑表达式，可画出其电路图如图7所示： 7 图74. 定时模块 因为设计要求采用倒计时的形式来显示时间，所以必须使用减法计数器来计数，所以我就选用74ls192 。74ls192 的引脚图以及功能图如图8，图9，图10所示： 图8 图9 图10 六脚自锁开关简单说明： 8 图11 图12自锁开关，是一种常见的按钮开关。在开关按钮第一次按时，开关接通并保持，即自锁，在开关按钮第二次按时，开关断开，同时开关按钮弹出来。 实现定时与减法计数功能方案一：利用自锁开关的通断实现置数。开关不按下时，74ls192的LOAD端接地，此时可通过四位拨码开关来置数；开关按下时，74ls192的LOAD端接Vcc，74ls192处于减法计数状态。因为要完成十分钟的倒计时，所以必须使用两个74ls192芯片。值得注意的是TTL的计数器，在悬空的时候为高电平（1.7V3.5V），但这样容易受到外界的干扰，所以不要随意让计数器的输入端悬空。因此。我在拨码开关那里接大电阻到地（不容易受外界干扰），开关断开时为高电平，合上是低电平。同样，在74ls192的LOAD端接一个自锁开关，一端接电源Vcc，一端接地。另外，我想既然用到两个74ls192，我就干脆做成099分钟都可定时并倒计时，只是多用了一个四位的拨码开关而已，其它基本上没有变化，充分利用了资源并达到任务设计要求。其定时模块电路如图13所示： 图13 9方案二：再利用一个十进制加法计数器芯片，其时钟信号输入端接一个开关，每按一下，计数器加一。输出接到74ls192的输入端，从而实现置数。减法计数与方案一雷同。其电路图如图14所示： 图14综合上述两种方案，方案一简单，且可实现099分钟的置数；方案二所用元件较多，布线也有难度，且没有充分利用资源。因此，我选用的方案一作为洗衣机控制电路的定时模块。5. 七段码译码和显示模块 七段码译码器七段码译码器有CD4511,74ls47,74ls48等芯片，它们的功能是一样的，我就没有过多思考地选用74ls48作为七段码译码。74ls48的引脚图以及功能图如图15，图16所示： 图15 10 图16 一位八段数码管74ls48的输出的高电平足以驱动八段数码管，没有驱动数码管的Dp的引脚，但要接上电阻保护数码管的LED，因此，不需要加上三极管增强其驱动能力，我选用了5101AS共阴数码管。其引脚图如图17所示： 图17由此，可以画出七段码译码以及显示电路（图中的电阻我用了470，既保护数码管，也保证了其发光亮度）： 11 图186. 蜂鸣器及结束控制电路 结束控制（正反转停止）计时时间到时，也就是说，二级计数器（74ls192）倒计到零时，输出一个信号，使计数停止和正反转停止。我设定这个信号为零信号，作为一级定时电路个位计数器（74ls160）的LOAD的输入，此时计数器一直处于置零状态（不计数）。其逻辑表达式经分析得：此处的ABCD，abcd是二级计数器（74ls192）的输出。 Y= 其信号产生电路如图19所示：Uo 图19 此时，计数器虽然处于计数停止状态，但洗衣机处于正转状态。因此，必须把这个信号引入到正转电路中，使正转停止，暂停与反转不需做处理。Uo与 12之前的正转信号相与即可使正转停止而不影响定时未到时的正反转。 其电路如图20所示： 图20 蜂鸣器驱动电路计时时间到时，蜂鸣器就会响起。也就是说，二级计数器（74ls192）倒计到零时，持续输出一个高电平，以驱动蜂鸣器，但其他时间输出为低电平。很简单地将上述的Uo接一个非门即可得到所需的信号。因为非门输出的高电平3.5V左右，蜂鸣器响得比较小声，因此，我接了一个三极管作为开关，以5V作为驱动电压，使蜂鸣器响得响亮。其电路图如图21所示： 图21当Uo为高电平时，三极管截止，蜂鸣器不工作；当Uo为低电平时（结束时），三极管导通，处于饱和状态，蜂鸣器响起（驱动电压约4.3V）；图中的二极管起着保护蜂鸣器的作用。至此，各个模块的的电路已经完成好了，经mutisim 11仿真后并无大碍。其总的电路图见报告后的附录。7. 洗衣机控制电路完整的元件清单： 名称型号和大小封装形式数量555定时器NE555DIP_81十进制加法计数器74LS160DIP_162十进制加减法计数器74LS192DIP_162六一输入非门74LS04DIP_141四二输入与门74LS08DIP_141二四输入与非门74LS20DIP_141四二输入或非门74LS02DIP_14113七段码译码器74LS48DIP_142一位八段数码管5101ASDIP_102有源蜂鸣器1精密可调电阻100K1电阻7.5KAXIAL_0.43100K8470142.7K1独石电容10nFRAD_0.31电解电容10uF1开关二极管1N41481三极管S8050TO_921LED红 绿 黄3四位拨码开关DIP_82自锁开关DIP_63排针 排母若干飞线若干五总结与心得体会 总结：通过反复的调试与纠错，终于达到了洗衣机控制电路任务的设计要求。其中，099分钟任意设定并倒计时。秒脉冲发生，正反转8s，暂停2s，010分钟定时，时间显示，结束时蜂鸣器响起，正方转停止，这些功能都得以完成。电路中有三个按钮，一个为电源开关按钮，一个为暂停启动按钮，一个为置数按钮，操作方便。虽然这个电路能够很好地实现任务的功能，但在布局和布线方面仍可以做得更好，做到尽量不跳线。还有，这个电路，我全是用TTL做的，其实用coms的芯片做会更好，至少芯片允许悬空，电平为零，可以省去一些电阻。心得体会：经过一段时间的焊接安装与调试，终于成功了，让我很欣慰。在焊接过程中，我