简易洗衣机控制器设计.doc

武汉理工大学数字电子技术课程设计说明书1课程设计任务书 学生姓名： 杨勇 专业班级： 通信0804 指导教师： 刘雪冬 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：multisim仿真软件，EWB软件，protel dxp2004 要求完成的主要任务: 1. 完成本题目的理论设计，相关参数符号设计目的2. 对理论设计方案进行实物测试或仿真分析，并与理论结果进行对比3. 完成设计报告，详细说明理论设计过程以及测试/仿真分析结果 时间安排：7.5： 理论设计7.67.7：安装调试或仿真7.8： 撰写报告7.9： 答辩指导教师签名： 2010年 7 月 6 日系主任签名： 2010年 7 月 6 日目 录摘 要1Abstact2引言3任务：简易洗衣机控制器4简易洗衣机控制器设计5方案一5方案二5单元电路设计与参数的计算7秒脉冲发生器7分秒计时器8时间译码器10总电路12设计心得14附录一元器件清单15附录二参考文献18武汉理工大学数字电子技术课程设计说明书摘 要本设计是有关简易的洗衣机控制器的设计，利用数字电子技术的知识，通过multisim仿真软件简单地设计仿真洗衣机控制器的工作过程。设计电路中包含有脉冲发生器，分秒计时器和时间译码器，在脉冲信号作用下，不同时刻输出不同的电平信号，以此控制洗衣机的工作过程，利用电路的作用完成洗衣机工作状态的转换。 AbstactThis design is about simple washing machine controller design, using the knowledge of digital electronic technology to make the washing machine controller design and simulation work processes simply through the multisim simulation software . This design contains a pulse generator circuit, minute and second timer and time decoder, under the action of the pulse signal, at different times different level output signal, a controlled washing machines working process, the role of the circuit used to complete the work status of washing machine conversion.引言 设计简易的洗衣机控制器，主要利用了数字电子技术的知识，通过各种芯片，门电路等器件，构成一个能够计时和发出信号的可控电路，通过脉冲发生器，分秒计时器，和时间译码器的共同作用，完成洗衣机的控制目的，并且加入显示数码管后，操作者可以观察到时间，还能通过置数部分对洗衣机的工作进行定时。 任务：简易洗衣机控制器（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图3 洗衣机控制器功能示意图（2）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（可换成指示灯）提醒用户注意。（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）三只LED灯表示“正转”、“反转”和“暂停”3个状态。（5）画出电路原理图。（6）进行电路的仿真与调试。简易洗衣机控制器设计方案一 方案二 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。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。单元电路设计与参数的计算秒脉冲发生器由于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，选择用555定时器构成多谐振荡器，使之产生周期为1s，频率为1Hz的脉冲。各参数经公式计算获得，电路设计如下。 仿真出来的输出信号见下图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74192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。上图是从网上找到的最初设计，不具备预置数功能，只能从让计时器从100分钟开始减计时。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。其中J1，J2，J3，J4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；J5为清零开关，用来使定时清零；J6是暂停开关，可以手动对洗衣机进行暂停控制。 J5清零开关 J6暂停开关J1，J2，J3，J4，置数开关时间译码器在时间译码，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”、橙灯代表“暂停”、黄灯代表“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Z1、Z2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进制计数器的状态中可以找到Z1、Z2的定时信号，经译码后得到如波形Z1、Z2所示的信号。这两个信号以及定时信号T控制门输出后，得到推动电机的工作信号。仿真电路如下图示。A正转，绿灯亮B反转，黄灯亮C暂停，橙灯亮D时间到，红灯亮总电路 总电路图：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J4，对计时器进行预置数，即进行定时。用开关J5进行定时清零，开关J6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。将计时信号通过门电路输出，以指示灯表示信号，使洗衣机工作时满足60到40秒时正转，绿灯亮；39到30秒时暂停，橙灯亮；29到10秒时反转，黄灯亮；9到0秒时暂停，橙灯亮。在这里的设计举例说明，例如29到10秒时黄灯亮，此时秒计时的十位为1或2，用二进制表示为0001和0010，所以对于该处的74192芯片输出信号，输出端QD和QC均为0，低电平，都通过非门74LS04输出到三输入与门74LS11上，为了使满足条件时黄灯能够亮，则还需要一个高电平输入，观察后可知，当74192输出为0001和0010时，QA和QB是相反的，所以，可将QA和QB输出的两个信号接到一个异或门74LS136上，这样可以得到三输入与门的第三个高电平信号，此时可以输出高电平，黄灯亮，洗衣机进入反转工作状态。设计心得 通过这次课程设计，我学习到了很多东西，对于数电所学的知识进行了复习。本次课设中对简易洗衣机控制器的设计，让我对于数字电路和数字电路的工作状态有了切实的了解，比起平时做题，亲自动手进行实验测试仿真要更加令人印象深刻。由于这次是单独做一个课题，相比小组合作，需要投入的时间和精力要更多，这时更需要有自己的思考否则是不能解决遇到的问题的，对于这个简易洗衣机控制器，我也不敢说完全的弄明白了，还是有些不懂的地方，但是因为大部分都是自己动手去做的，所以即使如此，还是有了不少的收获，而且在仿真的时候不仅仅只用了multisim这一个软件，还用到了EWB，protel等，对这些软件的使用也熟悉了，总体来说，本次的数字电子技术课程设计使我对数电的理论和实际了解有所增加，增强了对问题的分析能力动手能力。 附录一元器件清单序号名称描述参考标识数量1单刀双掷开关 SWITCH, SPDT J1, J2, J3, J4, J5, J66 2同步双时钟计数器 74LS, 74LS192N U2, U3, U4, U54 3三输入与门 74LS, 74LS11N U1414同或门 74LS, 74LS266N U171 5异或门 74LS, 74LS136N U161 6四输入与门 74LS, 74LS08N U7, U152 7四输入与非门 CMOS_5V, 4002BD_5V U8, U192 8六反相器 74LS, 74LS04N U13, U182 9双输入与门 74LS, 74LS21N U61 10 555定时器555_TIMER_RATED, 555_TIMER_RATED U11 11 电容CAPACITOR_RATED, 1uF C11 12电容CAPACITOR_RATED, 0.1uF C21 13绿灯PROBE_GREEN, 2.5 V X11 14红灯PROBE_RED, 2.5 V X21 15橙灯PROBE_ORANGE, 2.5 V X31 16黄灯PROBE_YELLOW, 2.5 V X41 17电阻RESISTOR, 1.908k R11 18电阻RESISTOR