洗衣机 数电课设.doc

洗衣机时控电路的设计洗衣机时控电路的设计一、 概述设计一个电子定时器，用以控制洗衣机电机的运转。洗衣机电机的工作顺序：启 动 设置时间正转20s暂停10s反转20s暂停10s否转时间是否为0？电机停止是转图1 洗衣机电机工作顺序技术指标1洗衣机工作时间可在1-19分钟内任意设定（整分钟数）；2规定电动机运行规律为正转20s、停10s、反转20s、停10s、再正转20s，以后反复运行；3要求能显示洗衣机剩余工作时间，每当电机运行一分钟，显示计数器自动减1，直到显示器为“0”时，电机停止运转；4电机正转和反转要有指示灯指示。二、方案论证首先，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到达0，计时电路清零；同时电机指示灯停止灯亮起。方案原理框图如图1所示。 秒脉冲发 生器19进制计数器洗涤时间显示洗涤时间计数器控制门LED灯指示时间译码清零按键置数按键图2 设计方案定时器包含两种定时的概念，一是总洗涤过程的定时，二是在总洗涤过程中包含电机的正转、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0位置。当总定时时间在019分钟以内设定一个数之后时间为高电平1，然后用倒计时的方法每分钟减1直至时间变为0。在此期间，若时间译码显示0100、0101，实现正转；若0000、0011，实现暂停；若0001、0010,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2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按键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。三、电路设计1、秒脉冲发生器由555多谐振荡器直接产生频率为1Hz的方波信号。条件：振荡周期：T=T1+T2=(R1+2R2)Cln2 f=1/T取R1=10K R2=49.9K C=15F所以T=(R1+2R2)Cln2=1 f=1/ T=1HZ因此555多谐振荡器如下：输出信号 图3 秒脉冲发生器2、预置时间与减法器预置时间采用两个十进制加法计数器74LS160同步置数的方式进行连接，使使能端EPT和EPN接高电平，清零端CLR接高电平，CLK1=CLK2接到秒脉冲输出端上。由于题目中要求是用户在019分钟内任意设定时间，所以如图中所示，左侧的74LS160十进制计数器可以实现从09的数字输入，使输入端分别置入0000（0）；而右侧分计数的置数要设计成0、1的二进制计数，这样就可以达到要求的设定时间要求。其中，74LS160的引脚图如图6所示图4 74LS160的引脚图74LS160的功能表如表1所示表1 74LS160的功能表CLRLOADENPENTCLKA B C DQA QB QC QD00 0 0 010A B C D1111计数减法器是运用两个74LS192十进制可逆加减法器来作为分倒计时功能的减法器，19进制分计数器和60进制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（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19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，可以用两个或门就可以实现该功能。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（平时保持高电平，外部给一个力就输入一个低电平）的脉冲上再通过74LS160十进制计数器就可以实现设定时间要求。其中，74LS192的引脚图如图5所示 图5 74LS192的引脚图74LS192的功能表如表2所示表2 74LS192的功能表 UP DOWN CLR LOAD A B C D QA QB QC QD 0 0 A B C D 1 0 1 减计数 1 0 1 加计数 1 0 0 0 0 图6 分秒计时器 3、时间译码及控制门电路设计在此部分电路中，三个指示灯，从左至右依次代表“正转”、“暂停”、“反转”。从59秒到40秒内第一个灯亮，代表正转；从39到30秒内是第二个灯亮，代表暂停；从29到10秒内是第三个灯亮，代表反转；最后剩下的10秒钟是第二个灯亮，代表暂停。如此完成第一个循环，刚好一分钟，之后的时间依次循环。正转：因为是每逢59秒到40秒正转，所以当秒的十位为4和5时，正传的指示灯亮。即Y=DCBA+ DCBA=DBC 暂停：因为是39到30秒和最后十秒电机出现暂停，所以当秒的十位为0和3时，暂停的指示灯亮。即Y=DCBA+DCBA反转：因为从29到10秒电机反转，所以当秒的十位为1和2是，反转指示灯亮。即Y=DCBA+DCBA正转所以根据上式，画出如下译码器：反转暂停正转反转暂停图7 时间译码器及控制门四性能的测试1、秒脉冲发生器的测试秒脉冲一个周期的波形计参数如图所示：图8 秒脉冲测试图2、设定时间图9 设定时间时仿真 如图9，设定时间为12分钟的洗涤时间仿真情况。3、正转图10 洗衣机正转时仿真 如图10，洗衣机在11分53秒时正转的第一个显示灯亮的仿真情况。4、暂停图11 洗衣机暂停时仿真 如图11，洗衣机在11分37秒时暂停的第二个显示灯亮的仿真情况。5、反转图12 洗衣机反转时仿真 如图12，洗衣机在11分27秒时反转的第三个显示灯亮的仿真情况。6、定时时间到图13 定时时间到仿真 如图13，洗衣机定时时间到显示屏清零的仿真情况。五结论经过设计调整后，整个电路应用了平时做实验中用过的器件，知识也平时学过的脉冲的设计，计数器的应用，译码器的利用，与非门的合理连接，最终连成符合任务书上的电路。六性价比 本电路采用的都是简单且常见的元器件，市面上比较容易买的到，性能基本符合技术要求。而且产品的原理和材料基本上和我们设计的相似，从此可以验证，设计还是有一定的合理性。当然若做成产品，还是有些不足之处需要改进。七课设体会及合理化建议本次课程设计，我花了很多精力，主要是在控制电路上，当时实在是想不到该怎样用三个灯分别表示三种状态还有如何将洗衣机置数，去图书馆查资料时也没找到相符合的资料，网上找的论文也有很多问题，要求也和本次课程设计的要求出入很大。可以说，这次课设的电路基本上是自己设计出来的。虽然花了不少的时间，但是收获真的不小。使我对课本以及以前学过的知识有了一个更好的总结与理解. 通过本次课程设计，让我对实验原理也有了更多的了解，对数电中常用的芯片功能及设计方法有了更深刻的了解，对设计实验也有了更深切的体会，以前在做数电实验时也有部分是设计性的实验，不过基本上到最后都是老师告诉我们设计电路，自己虽然也有思考，但基本上没有想出来过，也没起到让自己真正来设计某个电路的目的，而这次有了足够的时间，基本上都是自己一点一点设计的，从某方面来说，还是很有成就感的。 除此之外，它让我对课本知识进行了融会贯通，毕竟，要设计一个完整的电路，单靠某一章节或某一部分的知识是不够的，要在整本书中找自己需要的东西，简单的说，就要做到学以致用。在考虑问题时，不要指望一次就能把问题考虑成熟，要做好不断否定并不断修改的准备。我这次课设最大的体会，就是自己用已有的知识，重新考虑并设计，按自己的思路，达到自己所需要的效果，我觉得，这也正是课程设计真正的目的。参 考 文 献1谢自美.电子线路设计实验 测试 (第三版) M.湖北：华中科技大学出版社，2005年2童诗白、华成英主编者.模拟电子技术基础M.北京：高等教育出版社，2006年3阎石主编.数字电子技术基础M.北京：高等教育出版社，2002年4谭博学主编.集成电路原理与应用M.北京：电子工业出版社，2003年附录总电路图附录元器件清单序号编号名称型号数量1U1，U3 U6，U8数 码 管DCD_HEX_BLUE42U15AJK触发器74LS112D13U2，U4U7，U98421BCD码计数器74LS192D44U5，U19十进制计数器74LS160D25U20555多谐振荡器LM555CM16U14AU1