数电课设_简易洗衣机控制电路.doc

课程设计说明书课程设计任务书学生姓名： 专业班级： 指导教师： 工作单位： 题 目: 简易洗衣机控制电路的设计与实现 初始条件：本设计既可以使用集成译码器、计数器、定时器、脉冲发生器和必要的门电路等，也可以使用单片机系统构建多功能数字钟。用数码管显示定时时间。要求完成的主要任务: （包括课程设计工作量及技术要求，以及说明书撰写等具体要求）1、课程设计工作量：1周。2、技术要求：1）设计一个电子定时器，控制洗衣机按如下洗涤模式进行工作：定时启动正转20秒暂停10秒反转20秒暂停10秒定时未到定时到停机2）当定时时间达到终点时，一方面使电机停机，同时用指示灯提醒用户。3）用两位数码管显示洗涤的预置时间（以分钟为单位），按倒计时方式对洗涤过程作计时显示，直到时间到而停机。4）用三只LED灯表示“正转”、“反转”和“暂停”3个状态。5）确定设计方案，按功能模块的划分选择元、器件和集成电路，设计分电路，阐述基本原理。画出电路原理图。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：1、 年 月 日，布置作课设具体实施计划与课程设计报告格式的要求说明。2、 年 月 日至 年 月 日，方案选择和电路设计。3、 年 月 日至 年 月 日，电路调试和设计说明书撰写。4、 年 月 日，上交课程设计成果及报告，同时进行答辩。指导教师签名： 年 月 日目录摘要1Abstract错误！未定义书签。1.概述21.1设计任务和要求21.2设计的总体思路22.总体方案及原理框图32.1方案提出32.2方案分析43.单元电路设计与参数的计算53.1 秒脉冲发生器53.2 分秒计时器63.3 数码显示器83.4电机控制电路93.5 报警电路124、总体电路165. 心得体会18附录一 参考文献错误！未定义书签。附录二 元件清单19附录三 实物图错误！未定义书签。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,随着时代的发展,洗衣机也在不停革新、发展。本设计是有关简易洗衣机控制器的设计，利用数字电子技术与电路分析的知识，通过Multisim仿真软件简单地设计并仿真出洗衣机控制器的工作过程，然后根据仿真电路用元器件搭出实物电路。设计电路中主要包含有脉冲发生器，分秒计时器，3-8译码器，时间译码器和数码管，在脉冲信号作用下，不同时刻输出不同的电平信号，分秒计时器从设定的时间开始倒计时，以此控制洗衣机的工作过程，利用3-8译码器的作用完成洗衣机正转、暂停、反转工作状态的转换，当定时时间达到终点时，一方面使电机停机，同时用指示灯提醒用户。关键词： 74LS192 555定时器 门电路 Multisim 1.概述1.1设计任务和要求1）设计一个电子定时器，控制洗衣机按如下洗涤模式进行工作：2）当定时时间达到终点时，一方面使电机停机，同时用指示灯提醒用户。3）用两位数码管显示洗涤的预置时间（以分钟为单位），按倒计时方式对洗涤过程作计时显示，直到时间到而停机。4）用三只LED灯表示“正转”、“反转”和“暂停”3个状态。5）确定设计方案，按功能模块的划分选择元、器件和集成电路，设计分电路，阐述基本原理。画出电路原理图。1.2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，要用三个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，由四位数码管来显示倒计时时间的分和秒。接下来还要由555定时器搭成多谐振荡器来产生时钟脉冲。还有个问题，当洗涤时间到了，还要一个报警电路来提示用户洗衣完成，可以用门电路取出倒计时结束时的时间信号来控制电机的停止。2.总体方案及原理框图2.1方案提出方案一 框图如图2.1所示图2.1 设计方案一方案二 框图如图2.2所示清零 置数秒脉冲发生器60进制计数器洗涤时间显示洗涤时间计数器控制门功放继电开关执行电机时间译码图2.2 设计方案二 2.2方案分析 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以内设定一个输入之后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。工作波形如下图所示。图2.3 工作波形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。而方案一的电路原理图就是采用这种方法来实现的。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。上述两种方案中，方案一为单线程控制，思路较清晰，并且实行起来比较简单，故本设计采用方案一。3.单元电路设计与参数的计算3.1 秒脉冲发生器 由555定时器构成的多谐振荡器的电路图如图2.1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。 图3.1 NE555引脚图表3.1 NE555功能表 仿真电路如下图：图3.2 秒脉冲发生器电路图 仿真出来的输出信号见下图：图3.3仿真输出波形计算值：占空比=(R1+R2)/(R1+2R2)=53.47%3.2 分秒计时器一百进制分计数器和六十秒计数器的原理是相同的，不同的是它们的输入脉冲和进制不同而已。在此，用四片74LS192来实现分计数和秒计数功能，要求需要减计数，所以把它的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（十进制的6），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74LS192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。图3.4 74LS192引脚图表3.2 74LS192功能表查阅相关资料后，在分计数部分的十位输入端、秒个位的脉冲输入端和四片74192的清零端都设置了开关，利用开关进行置数，如下图所示。图3.5 74LS192秒分连接电路其中J1，J2，J3为置数开关，若不置数则为洗衣机原定工作时间10分钟，操作开关可使洗衣机工作时间变长；J4为清零开关，用来使定时清零；J5是暂停开关，可以手动对洗衣机进行暂停控制。置数开关通过控制分十位的初始值进行定时置数；清零开关通过控制74LS192的清零端来控制清零；暂停开关是通过一个单刀双置开关在时钟脉冲与VCC之间进行切换实现暂停功能。3.3 数码显示器数码显示部分主要是将洗衣剩余时间显示出来，通过七段共阳极数码管与4线-7段译码器74LS47联合使用，显示数码。仿真中，数码显示使用的是数码管与74LS47集成的原件，实际焊接中使用的是分立原件。图3.6 74LS47引脚图图3.3 74LS47功能表数码显示仿真结果如下图所示：图3.7 数码显示3.4电机控制电路在时间译码，状态转化的单元电路中，用三个指示灯，分别是绿灯代表“正转”、黄灯代表“暂停”、蓝灯代表“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，由报警灯亮，用红灯表示，提醒定时时间到。 由于秒电路的定时长度可分解为10s的倍数，由秒脉冲到分脉冲的变换的60进制计数器十位的状态中，经过译码器74LS138可以得到电机的控制信号。图3.8 74LS138引脚图表3.4 74LS138功能表仿真电路如下图示：图3.9 电机控制部分电路仿真结果1：正转，蓝色灯亮图3.10 正转仿真结果2：暂停，黄色灯亮图3.11 暂停仿真结果3：反转，蓝色灯亮图3.12 反转3.5 报警电路当到达洗衣设定的时间，即四位数码管全部显示零时，报警的灯应该亮起来提醒用户衣服已经洗完，同时要停止电机的工作。本设计通过将四片74LS192的输出经过门电路进行与或非等逻辑运算来得到触发信号，使D触发器输出发生反转，点亮发光二极管同时关闭时钟信号的输入。图3.13报警电路由于市场上这种四输入的与非门和与们难以买到，实际焊接时用的是两输入的门电路来代替，共用到了三种门电路芯片拉替代它们：74LS00(四2输入端与非门),74LS02(四2输入端或非门)，74LS08(四2输入端与门)。这三款芯片的引脚图很功能表分别如下：图3.14 74LS00引脚图表3.5 74LS真值表图3.15 74LS02引脚图表3.6 74LS02 真值表图3.16 74LS08引脚图图3.7 74LS08真值表报警仿真结果，LED4亮，计数停止：图3.17 报警进行复位后，LED4熄灭，等待下一轮工作：图3.18 报警后复位4、总体电路1）总电路图分析由各单元电路综合连接得到。此电路可基本实现洗涤状态、洗涤剩余时间的显示，洗涤时间的预置，强制停机，启动可控等功能。通过开关J1到J3，对计时器进行预置数，即进行定时。用开关J4进行定时清零，开关J5进行手动暂停功能。秒计时和分计时之间的74192芯片构成60进制计数器，由于是定时操作，作减法计数。 将计时的分钟十位通过3-8译码器74LS138输出，以指示灯表示信号，使洗衣机工作时满足60到40秒时正转，绿色灯亮；39到30秒时暂停，黄灯亮；29到10秒时反转，蓝灯亮；9到0秒时暂停，黄灯亮。在这里的设计举例说明，例如29到10秒时蓝灯亮，此时分钟为1或2，所以此时的译码输出为Y1或Y2，致使蓝灯亮。2）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。，不足的是没有将电路报警后停机的功能设计好，电机只能停在暂停状态，没能做到真正的停机。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。5. 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。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。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，最后在老师和同学们的辛勤指导下，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衷心的感附录二 元件清单附录二 表1 元件清单表编号名称数量注1单刀双掷开关5个21K电阻1个310K电阻1个468K电阻1个510uf电容1个电解电容、耐压值50V60.1uf电容