洗衣机数电课程设计.docx

目 录1 设计任务与要求311 基本设计任务32 方案论证33 电路设计33.1 总体方框图33.2 工作原理34 各主要电路及部件工作原理34.1 555单稳态触发电路34.2 递减计数器与时间显示34.3 74LS192的简要说明54.4 洗衣机工作状态显示电路65 原理总图76 元器件清单77 调试过程及测试数据（或者仿真结果）87.1 通电前检查87.2 通电检查87.2.1外接的两个CD4511与74LS192及数码管之间的连接工作状态87.2.2四大74LS192的工作状况87.2.3 接入555电路的工作状况87.2.4控制洗衣机三大状态的74LS138的工作状态97.3 结果分析98 小结99 设计体会及今后的改进意见99.1 体会99.2 本方案特点及存在的问题109.3 改进意见10参考文献10 正 文1 设计任务与要求11 基本设计任务设计并制作一个洗衣机定时控制器，定时器工作模式如下：(1)洗涤时间在0-99分钟内由用户自行设定，单位为每分钟。(2)用两位数码管对洗涤过程作计时显示（以分钟为单位），直到时间到而停机。(3)当定时时间到时，在洗衣机停止工作的同时发出音频信号提醒用户注意。提示：可用三个发光二极管表示洗衣机工作状态。参考元器件：74HC190/192，CD4511，74HC160/161，74HC138/139，74HC00/02/082 方案论证方案一：1.对于洗衣机电机的工作顺序:“启动正转20s暂停10s反转20s暂停10s正转20s时间到停止”设计一个定时器控制洗衣机的电机的运转，由其正传反转及暂停时间分析知道洗衣机运转的周期为60s，并且呈现周期循环，知道时间到停止为止。我们可以利用计数器的功能进行60s的计数，及需要一个秒计数器，并且利用洗衣机的电机工作状态转换的时间来设置正转暂停反转。2.如此则需要为计数器设置一个合适的脉冲，设计中的秒计数器所需的脉冲必为1HZ脉冲，因此可以考虑555定时器，利用其构成多谐振荡器产生矩形脉冲信号。3.对于用数码管显示洗涤时间，按倒计数方式对洗涤对洗涤过程作倒计时显示，并且洗涤时间在20分钟内可由用户任意设定，并设置启动键，在预置定时时间后，按启动键开始机器运转。分析知道我们还需要设置一个分钟计数器，可以利用秒计数器的借位端BO端连接到分计数器的DOWN端作为分计数器的输入信号来实现秒从分计数器上的借位从而构成分计数器的工作脉冲。在要求中要求倒计时，显然我们需要递减计数器，和利用开关控制计数器的清零端CR的电平或555电源输入以控制电路工作。4.对于用LED模拟洗衣机的工作状态：LED1点亮表示正转，LED2点亮表示暂停，LED3点亮表示反转。显然可以利用74LS138译码器，将秒十位的Qa、Qb、Qc分别接至A、B、C端进行译码，将输出4、5，0、3，1、2分别接至与非门输出分别接至LED1、LED2、LED3，从而实现洗衣机工作状态的指示。方案二：（采用什么方法，特点等）综合考虑，采用哪种方案3 电路设计3.1 总体方框图 图3-1 总体方框图3.2 工作原理首先，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，这时用户置入洗涤时间，并按开始按钮，洗衣机开始工作。利用秒计时器十位上的数值变换表示出电机的运转状态，同时利用译码器和门电路设计出适合的电路使LED工作达到设计要求；当用户设定的洗涤时间结束后，电路报警。4 各主要电路及部件工作原理4.1 555单稳态触发电路利用555定时器构成多谐振荡器如图3-1，产生1HZ矩形脉冲信号。555定时器构成多谐振荡器所属出的矩形脉冲信号的频率计算式为：f=1.43/(R1+2R2)C1故选定原件参数，R1=43K，R2=50K，C1=10F，C2=0.01F。其中电容C2的作用是抗干扰。4.2 递减计数器与时间显示六十进制分计数器和六十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的进制不同而已，我们利用四片74ls192来实现分计数和秒计数功能，我们要的只是递减计数，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D2、D3端接到高电平上，即从输入端置入0110(十进制的6)，秒十位的置数端LOAD端和借位端BO连接在一起，再把秒位的BO端和十秒位的DOWN接在一起。当秒脉冲从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5，一直减到0；当高低位全为0的时候，秒十位的BO发出一个低电平信号，DOWN位0时，置数端LOAD等于0，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，道理当然也是一样的；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，这些计数起工作，其中清零端CLR要处于低电平，置数端LOAD不置数时要处于高电平。把四个74ls192的Qa、Qb、Qc、Qd都接到外部显示电路上就可以看到时间的显示了。作为洗衣机控制的一个模块，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，分计数器和秒计数的清零端CLR是接在一起的，计数器正常工作是CLR处于低电平，所以当要从外部强制清零的时候要给CLR端送一个高电平信号。利用计数器的UP端进行外部置数，当它们各接到低电平（平时保持高电平，外部给一个低电平就输入一个低电平）的脉冲上，就可以实现0到9的置数了。如此利用两片74ls192构成的递减计数器（包括秒脉冲计数器和分脉冲计数器）以及洗涤时间显示电路设计如下：图4-2 递减计数器与时间显示功能图4.3 74LS192的简要说明如图（a）、（b）中的192引脚说明： 为置数端， 为加计数端， 为减计数端， 为非同步进位输出端， 为非同步借位输出端，P0、P1、P2、P3为计数器输入端， 为清除端，Q0、Q1、Q2、Q3为数据输出端。下图3-3-1是其功能表：输入输出CLRLOADUPDOWND3D2D1D0Q3Q2Q1Q01000000dcbadcba011加数器0 11减数器图3-3-1 74LS192的功能表4.4 洗衣机工作状态显示电路对于工作状态的显示部分电路，根据题目要求知道洗衣机运转一个周期正好是1分钟，因此我们可以想到利用秒十位192的低三位输出，利用译码器及基本的门电路来实现电路工作状态的显示。具体做法是将秒十位的Qa、Qb、Qc分别接至A、B、C端进行译码，将输出4、5，0、3，1、2分别接至与非门输出分别接至LED1、LED2、LED3，从而实现洗衣机工作状态的指示。图4-4洗衣机工作状态显示电路5 原理总图图5-1 原理总图6 元器件清单表格6-1元件名称规格数量十进制加减计数器74HC1922个计数器74HC1601个数据选择器74HC1381个译码器CD45112个与非门74HC001个或非门74HC021个与门74HC081个NE5551个数码管共阴2个发光二极管3个电阻33018个10k11个电容0.01UF1个10UF1个7 调试过程及测试数据（或者仿真结果）为使电路便于调试我们采用分块调试的方法。7.1 通电前检查电路安装完毕后，经检查电路各部分接线正确，电源、元器件之间无短路，器件无接错现象。7.2 通电检查7.2.1外接的两个CD4511与74LS192及数码管之间的连接工作状态在焊接时，我在NE555的输出端焊了一个排针。上电时，先不将NE555接入电路，将信号发生器的输入端接在NE555输出端的排针上，给一个频率为1HZ，幅值为5V，偏移量为2.5V的脉冲。上电后，首先可以看到的是数码管的显示与否，在测试的时候我发现其中的十位的数码管显示不正常，于是我检查其与cd4511的连接情况，终于发现是因为接a、g引脚和cd4511上的a、g时候接反了，按照这样的方法仿佛调试直到显示与理论相符的数值就可以了。7.2.2四大74LS192的工作状况上电后在做完上述的测试后，主控制电路的74ls192对外进行倒计数，从而可以达到控制电路的各项运行，通过测试各个点的电平及相互之间的连接，在通过我加载在电路上的数码管，我就可以很方便地看出其中数字的变化情况，从中发现不对的状况在视其情况进行检查改正再调试。7.2.3 接入555电路的工作状况这是一个产生1hz的脉冲电路，通过单独的上电测试，通过示波器的波形观察，我就可以看出是否是产生的1hz的方波，事实上由于元件电阻或电容的不理想导致其波形有一定的偏差，但是其测试结果与理论相差并不是太大的。7.2.4控制洗衣机三大状态的74LS138的工作状态上电后我通过连接上整体的电路，可以看见发光二级管的工作状态，从而可以判断74ls138是否工作在我设计的理论状态，如果不是或有偏差，就可以检查与192的连接情况，同时比照原理图查看自身的线路连接情况。如果没有偏差，我们就可以看到分别控制代表洗衣机正转、暂停、反转的二极管是依次亮灭的。7.3 结果分析经过上述一系列的调试运行之后，我们可以看到在整体上已经可以运行电路了，但是要把四大模块连接起来又是一个有讲究的地方，我们在总体的连接上可以使用各种逻辑判断，从而改进电路，同时可以保证电路的总体功能的实现和电路的性能的改善与提高。 图7-3 测试图8 小结这次设计最大的收获就是做每一件事都必须要有耐心，如果没有耐心我觉得什么事都不会成功。还有就是在遇到困难的时候，要善于借鉴别人的经验教训，从而对比自己发现不足和错误，我们绝对不能向困难低头，要有恒心和毅力去战胜一切它。这次设计不仅锻图8-1 电路板图炼了我的动手能力，还在不知不觉中考验着我的毅力和耐心。从这次设计当中然我懂得了要想成功就一定要付出比别人更多的代价。总体来说感觉还是很满足的，因为把理论与实际结合是一种非常有效的学习过程，获益匪浅。也为我们以后的生活学习的道路上打下了很好的基础。9 设计体会及今后的改进意见9.1 体会经过了长时间的设计焊接调试，我做的洗衣机定时控制器终于成功了。可以说我感到很累，刚开始做的时候是热情饱满的，可是做着做着就有些烦了。特别是在遇到问题而无法解决的时候，而且电路的线路比较复杂，就更是没有耐心去检查电路了。我觉得做这次的设计最大的难点是焊接调试问题。这个电路看起来好做，但是实际与想象的差距还是很大的，因为在焊接的时候线路复杂，而且许多都交织在一起，又有好多焊在一个引脚上，特别是在焊接集成块上的密集引脚的时候，一不小心就会造成焊接错误。有时候由于焊接的不好会产生虚焊，这些问题都是比较难控制的，而且一旦错了就很难找到错误的根源。甚至我有一次由于不仔细清理残余的线头而把两个本来不该连在一起的引脚连在了一起，而这种牵连很难发现，在这个问题我反复的比照原理图检查并且上电调试测试各个电压及其他参数也没有找到错误，后来在看到别人也有了这个错误并且发现了，我才找到了根源所在。可以说这次课程设计要是没有耐心、细心、信心、决心是绝对做不好的。9.2 本方案特点及存在的问题1：计数器的进制设置于计数器之间的连接2：LED指示灯的状态指示3：工作后的停止设置4：分秒置数开关的设定5：清零开关的设置9.3 改进意见1：减法计数器的BO平常位高电平，有借位时为低电平。利用此特性，将其连接在高位计数器的DOWN端作为脉冲的输入，计数器的进制设置依靠其数入端D3、D2、D1、D0的置数。2：LED灯的点亮与熄灭指示显示主要是取决于192的输出低三位，根据输入与输出的关系，然后再利用指示灯应该点亮还是熄灭的规律列出真值表，求出所需要的门电路为与非门。3：利用四个192输出全为零时停止再减计数，将四个192的16位输出进行或运算，在与555秒脉冲进行与运算后再送入秒计数的个位192的DOWN端，即可实现倒计时结束后的停止减计数功能。达到洗衣机停止的效果。4：利用UP端的特性，为其可控置入低电平以改变十分位和个分为的数字显示，即实现置数功能。为防止其置数的抖动，利用电容与电阻的组合连接电路，就可以实现置数功能的准确性，实现置数功能。5 ：74ls192CLR端平时为低电平，当需要清零时送入一个高电平信号即实现清零功能。电路功能实现：两个置数开关可以实现020分钟以内任意洗涤时间的设