数字电子技术课程设计报告洗衣机控制器

1、湖南工程学院课程设计任务书 课程名称： 数字电子技术题 目：洗衣机控制器专业班级 自动化0901 学生姓名 学号 33 指导老师 审 批 任务书下达日期 2011 年11月21日设 计 完成日期 2011 年 12月2日 设计内容与设计要求一、设计内容：1. 设计并制作一个电子定时器，用以控制洗衣机的电机作如下运转：定时到 启动正转20s 暂行10s 反转20s 暂行10 s停止并报警 i_i 定时未到2. 用2个led l1和l2表示洗衣机的动作状态:l1l2=11为正转，01为暂行，10为反转，00为停止。3. 用2位数码管显示洗涤时间（秒数），按倒计时方式对洗涤过程作计时显示，直到时间到

2、停机，并发出音响信号报警。4.* 总洗涤时间可由用户通过十进制拔码盘任意设定，并设置启动键，在预置定时时间后，按启动键开始机器运转。5.*设置停止键，在洗涤过程中随时按该键可终止动作，并使显示器清0。二、设计要求：1 设计思路清晰，给出整体设计框图和总电路图；2 单元电路设计，给出具体设计思路和电路；3 安装 、调试电路；4 写出设计报告； 主要设计条件1提供数字电路实验箱一台；2提供直流电源一台；3必要的元器件和导线等；4 计算机。 说明书格式1、 课程设计封面；2、 课程设计任务书；3、 说明书目录；4、 设计总体思路，基本原理和框图；5、 单元电路设计（各单元电路图）；6、 总电路设计（

3、总电路图）；7、 安装、调试步骤；8、 故障分析与电路改进；9、 总结与设计调试体会；10、 附录（元器件清单）；11、 参考文献；12、 课程设计成绩评分表。 进 度 安 排 第一周 星期一 上午 安排任务、讲课。 星期一 下午- 星期二 下午 查资料、设计星期三 - 第二周 星期二1、 测试元器件2、 测试单元电路3、 调试总电路4、 用ewb软件仿真，打印出图纸第二周 星期三星期四 1、 调试验收2、 写课程设计报告书 星期五 答辩 参 考 文 献1、电子线路设计、实验、测试（第二版） 华中理工大学出版社 谢自美 主编2、新型集成电路的应用-电子技术基础课程设计 华中理工大学出版社 梁宗

4、善 主编3、电子技术基础实验 高等教育出版社-陈大钦 主编目录一设计总体思路. 6二单元电路设计. 71. 一百进制分计数器和六十秒计数器的设计. 72. 循环控制电路. 113.但稳态延时电路. 134总控制电路 14三总电路设计 14四安装调试 16五故障分析与电路改进 17六总结与设计调试体会 17一设计总体思路首先，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结束后

5、，电路报警并清零；同时电机指示灯熄灭。从课程设计要求来看，要求实现电机的正传、反转、暂停，实际上没又电机给我们接上，这回要用四哥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。接下来脉冲是一定的了，但是有分钟计数器和秒钟计数器还要考虑是不是要60分频器，就我们所学过的来说实现循环有移位寄存器；还有个问题，当洗涤时间到了，报警还要一个报警电路，根据人性化、自动化、低成本的设计原则，报警的蜂鸣器不可以长时间的叫，要有个合理的时间，我们可以用一个单稳态电路来实现。看起来还不错啊，如果这样想那就

6、嫌早了点，还有一个问题要解决：如何提取时间并使循环电路工作的信号?方案有两种：一是直接从数值上进行提取信号来控制一个可以实现循环的74ls194来实现；另一种是制作一个二十进制到十进制的循环转化来把这一分钟走完，但是从电路的复杂程度和经济性来说，显然后者太过于复杂，也不利于接线和排故障，虽然难度会大一些、出成果的时间会比别人晚，但是要设计一个真正可以让用户用放心使用的产品，还得这样做。尤其是最后的循环电路用两个194一定可以很容易实现。现在大体上就这样计划，下面说说基本原理首先，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，进行清零，这时用户置入洗涤时间，并按开始按钮，洗衣机开

7、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结束后，电路报警并清零；同时电机指示灯熄灭系统设计框图 二.单元电路设计1.一百进制分计数器和六十秒计数器的设计（1）分、秒计数器的设计一百进制分计数器和六十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

8、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

9、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101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，可以用一个三极管（npn）或者两个或门就可以实现该功能。还有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 就可以实现从09的数字输入。一百进制分计数器和六十秒计数器的原理

10、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

11、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101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

12、当要从外部把它们强制清零时，可以用一个三极管（npn）或者两个或门就可以实现该功能。还有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 就可以实现从09的数字输入。 (2)分、秒计数器的电路图（1）.分钟计时放大电路（2）秒计时放大电路2.秒脉冲发生器试验箱中提供3.循环控制电路（1）其基本原理简述还是采用我们方法，把秒十位上的数提出来作为循环控制系统的输入信号，秒位上的都是相同的，可以不管。我们的目标是把秒十位上输出的二进制数转化成两位三个数：so s1 状态 1 0 右移 1 1 闪烁 0 1 左移 5 0101

13、4 01003 0011 2 00101 0001 0 0000 3.1.1 状态转换表现在我们把192的qa、qb接上一个异或门，qc接上一个反相器，然后把它们出来的信号接到一个与非门后再接到so端，把反相器出来的信号输入到s1端；这样就实现了上述要求。当我们开机时，计数器时被清零的，qa、qb、qc没有输出，这时输出的是000，194的so、s1为11，移位寄存器置数为0010。当192输出的是0101时，so、s1为10，移位寄存器右移动作，因为so、s1的两端接一个与非门出1，再通过一个接在194qb端的与门，结果输出来到发光二极管的还是高电平（如下图所示）；从节点46输出，经过反相器

14、到达节点48的是低电平与门u28没有输出脉冲，所以194做右移直到下一个状态的到来。显然当192的输出是0100是也是一样的。当输出是0011时，so、s1的状态是11，194处于并行置数，其qb端输出一个高电平1，与此同时，从so、s1输出的两个1进入与非门u27，但是在节点46是一个低电平0，所以节点44没有高电平输出。而节点46为高电平1，这时通过u28的脉冲信号可以输出了，与u28的或门u22、u23、u24、u25、u26就可以输出脉冲信号到发光二极管实现闪烁；当192输出的是0010时， so、s1状态从11变为01，移位寄存器192做左移循环，在脉冲的输入下。同右移一样，从so、

15、s1输出到u27再出来的是一个高电平1，所以与门u26输出高电平；当计数器192输出的是0001时，还是和0010时一样；最后当192输出是0000时，其又和输出0011时一样，移位寄存器194处于置数状态，放光二极管闪烁。到此，提取信号、循环电路完成。还是采用我们方法，把秒十位上的数提出来作为循环控制系统的输入信号，秒位上的都是相同的，可以不管。我们的目标是把秒十位上输出的二进制数转化成两位三个数：sos1状态10右移11闪烁01左移501014010030011200101000100000现在我们把192的qa、qb接上一个异或门，qc接上一个反相器，然后把它们出来的信号接到一个与非门后

16、再接到so端，把反相器出来的信号输入到s1端；这样就实现了上述要求。当我们开机时，计数器时被清零的，qa、qb、qc没有输出，这时输出的是000，194的so、s1为11，移位寄存器置数为0010。当192输出的是0101时，so、s1为10，移位寄存器右移动作，因为so、s1的两端接一个与非门出1，再通过一个接在194qb端的与门，结果输出来到发光二极管的还是高电平（如下图所示）；从节点46输出，经过反相器到达节点48的是低电平与门u28没有输出脉冲，所以194做右移直到下一个状态的到来。显然当192的输出是0100是也是一样的。当输出是0011时，so、s1的状态是11，194处于并行置数

17、，其qb端输出一个高电平1，与此同时，从so、s1输出的两个1进入与非门u27，但是在节点46是一个低电平0，所以节点44没有高电平输出。而节点46为高电平1，这时通过u28的脉冲信号可以输出了，与u28的或门u22、u23、u24、u25、u26就可以输出脉冲信号到发光二极管实现闪烁；当192输出的是0010时， so、s1状态从11变为01，移位寄存器192做左移循环，在脉冲的输入下。同右移一样，从so、s1输出到u27再出来的是一个高电平1，所以与门u26输出高电平；当计数器192输出的是0001时，还是和0010时一样；最后当192输出是0000时，其又和输出0011时一样，移位寄存器

18、194处于置数状态，放光二极管闪烁。到此，提取信号、循环电路完成。4.单稳态延时电路555时基电路是一种将模拟功能与逻辑功能巧妙结合在同一硅片上的组合集成电路。它设计新颖，构思奇巧，用途广泛，备受电子专业设计人员和电子爱好者的青睐，人们将其戏称为伟大的小ic。1972年，美国西格尼蒂克斯公司(signetics)研制出tmer ne555双极型时基电路，设计原意是用来取代体积大,定时精度差的热延迟继电器等机械式延迟器。但该器件投放市场后，人们发现这种电路的应用远远超出原设计的使用范围，用途之广几乎遍及电子应用的各个领域，需求量极大。美国各大公司相继仿制这种电路 1974年西格尼蒂克斯公司又在同

19、一基片上将两个双极型555单元集成在一起，取名为nf556。1978年美国英特锡尔公司(intelsil)研制成功cmos型时基电路icm555 1cm556,后来又推出将四个时基电路集成在一个芯片上的四时基电路558 由于采用cmos型工艺和高度集成，使时基电路的应用从民用扩展到火箭、导弹,卫星,航天等高科技领域。在这期间，日本、西欧等各大公司和厂家也竞相仿制、生产。尽管世界各大半导体或器件公司、厂家都在生产各自型号的555556时基电路，但其内部电路大同小异，且都具有相同的引出功能端4.1 其原理图其原理图5。总控制电路现在各单元电路完成了，最后要把它们有效的结合起来联合工作，实现目的功能

20、。我们要求在给分钟置数的同时秒要显示为零；外部还要有强制停止并清零；还有暂停功能。对于置数来说，我们可以在分钟计数器的up端到高电平之间各用一个开关接上，就当给它一个低电平时，计数器就往上增加1。但时，192要求在up端工作的同时，其down端要为高电平，且秒计数器要为零，我们可以让秒计数器清零，同时把脉冲停止了。在高电平上接上一个开关，让它接到一个jk触发器上，同时把jk触发器的jk端接1，让它实现触发功能。让它的q端输出到秒计数器的清零端，这样刚开机或者再按一下开机键就可以对秒计数器清零。把jk触发器的q反端和从分计数器借位端bo反相出来的信号接到一个与非门上，从与非门出来的信号接到分计数

21、器的down端来保证置数的时候down是高电平。但是如果仅是这样的话，当置数完成再一次按开机键（如图中的j3所示）时，没有脉冲信号输入到秒计数器的down端，192并不可以工作。我们可以把脉冲和jk触发器q反端接到一个与门上，然后把它上输出端接到秒计数器的down端以控制计数。先歇息一下。现在的问题是，循环的发光二极管没有受到控制键的控制，所以还得把受到控制的从与门u12出来的信号输出到移位寄存器194的时钟信号clk上。最后要解决一个大问题，当所置的洗衣时间完成后，要发出报警并自动清零。至于报警电路我们知道当计数器全为零的时候，从秒位会发出一个借位信号，一直接到十分位上去，十分位会发出一个借

22、位信号，我们可以用这个信号来作为报警并清零的信号，平时192的借位端保持的是高电平，当有借位信号时，其变成0，我们在分十位借位端接一个非门，再把它和分位的clr端一起接到一个与门，也需要把它接到一个jk触发器（u10）上作为其时钟信号，其后再接到单稳态电路的输入端tri，单稳态的输出端接到蜂鸣器上。而该与门（u14）的另一输入端接在控制开关j3上，与门出去仍然接在jk触发器u9上，这样当洗衣时间完成后，十分计数器的借位端bo端发出的0信号就可以经过以上路径而变成1到达与门u14，同时jk触发器u10得到一个触发信号而输出到单稳态，从而发出报警声，但一段时间后其自动停止。同时u14发出的1信号使

23、u9发出1信号而使秒计数器清零；当然秒脉冲因为u9端的q反端的0信号而使其没有输出，这样原来闪烁的灯不再亮了。到此，一个电路总算还可以了吧，我们有时还需要让它休息一下，我们改变一下洗衣量时，就还需要一个暂停键，这也可以的，只要把秒脉冲切断就可以了。我们可以在控制脉冲输出的与门u12和脉冲到达端之间接入一个由开关控制的jk触发器来控制的与门，这样就可以控制脉冲的输出了。我们知道与门是其中一输入为零时，无论另一端时怎样的其输出为零，但一端为1时，另一端输入什么与门就可以输出什么。现在控制端也连起来了，这样，一个完整的洗衣机控制电路就完成了。三。总电路设计要得到一个良好的设计，需要的总是肯定和否定，

24、几经修改一个电路才得以肯定、采纳。就象循环电路一样，刚开始设计了一种有三个接口的电路，这个接口要求从秒十位输出的信号要化为一种状态，只可以是高有效，到来时进入各自的接口，可以说实现正传、反转、暂停的电路相互独立的，道理如下，当一个高电平来到时让它接到194的so、s1上，其中在接到so的信号上接一个rs触发器，当b端的置数输出时，qb上有一个高电平，把它接到一个d触发器上，d触发器从q反端输出的信号接到刚才的rs触发器的q端使q端为0，这样在脉冲的控制下，其可以做左移动作，如图中的开关1所连接的电路所示，同样，在输入到s1端的电路上接一个rs触发器，从194qb端上反馈回来的信号接到d触发器上

25、，从d触发器的q反端出来的信号接到s1端，这样就可以做右移动作，如图开关2所示。循化要单独设计，如图所示，二极管是保证各个模块间可以独立工作而采用，这样当高电平到达时，194被置数为0000，同时上一个状态，不管时左移的还时右移的都被清零了，这时只要开关1或2接上就可以在脉冲作用下实现闪烁，单个模块演示还时可以的。但是接到电路上就不行了。当开机后，在第一分钟内，它可以右移，也可以闪烁，到了左移就不行了，发光二极管一片空白，但是在接下来的个分钟内，其只有当闪烁时才可以看到。几经试验才知道，时开关3出了问题，不管它时1状态还是0状态，它都比194q端出来的数优先，在3没有工作时，在194q端到le

26、d之间的二极管两端各接一个led就知道，当194做右移或左移时两个发光二极管的状态时不通的，靠近循环led的那各led总不会亮，而接在qb端的led可以定时发亮，从而有上述结论。总电路图译码器放大图 四安装调试调试是设计的试金石，到我们调试的时候，实验室里的人已经不多了，当拿到试验箱的时候才相信调试是很有难度的了，虽然之前从同学那听到了一些说调试很难的话；一看试验箱，完了，产生脉冲的电路上连芯片也不见了，换吧，第二块来了，把领来的元件按单元电路模块大致分了一下插在了面包板上。两个人一组，一个读图指导，一个看芯片管脚插线，速度还是不错啊，听其他同学说，芯片管脚和线路总是接触不良，每次将要成功的时

27、候，不小心碰了一下线就功亏一篑。对这个问题，我们组的胖子把自己的电烙铁也带去了，没办法只能是把芯片管脚加长，这样我们在调试的时候可以说没有遇到这方面的问题了，现在面包办上的芯片接好了，可以加电看结果了，可是，秒计数器输出的一个总是只有偶数，真奇怪了，刚才在前一块上显示是很正常的啊，换了一个数码管还是一样，真是不爽啊！换，继续换，最后终于找到了一个可以用的试验箱了，现在电机转动显示的发光二极管还是不循环，但都是亮的，计数器倒是可以正常工作了，经过几个开关的使用，走上了正规。循环显示灯还是不走，难道脉冲有问题？把194的时钟信号接到led上一看是正常的，突然一个同学说或门74ls32如果输入端悬空

28、则输出为1，难道是这儿出问题了吗?我们当初设计的时候所认为的或门是悬空就为0的，这回给反了。我们给愣住了，重新设计吗?时间来不及了啊，我们组已经只有两天就要完全验收了，我看还是拆了，等设计好了循环电路重新再连接吧，就在这时我们组的其他一同学结果出来了，电路没有问题，问题是出在移位寄存器194的并行置数端的a、c、d是悬空的，没有有接地，真牛，接上看看，事实证明它是正确的。当然，我们不象其他同学一样，一个个芯片或一个个模块的调试了再接上，那是建立在两个周的时间我们花了8天设计而成的结果的自信上的，还有把芯片管脚加长也是我们首先采用的，这些免去了我们意想不到的麻烦，很多同学的电路其实都是可以的，就

29、一个器件管脚有问题全功尽弃五故障分析与电路改进当一个高电平来到时让它接到194的so、s1上，其中在接到so的信号上接一个rs触发器，当b端的置数输出时，qb上有一个高电平，把它接到一个d触发器上，d触发器从q反端输出的信号接到刚才的rs触发器的q端使q端为0，这样在脉冲的控制下，其可以做左移动作，如图中的开关1所连接的电路所示，同样，在输入到s1端的电路上接一个rs触发器，从194qb端上反馈回来的信号接到d触发器上，从d触发器的q反端出来的信号接到s1端，这样就可以做右移动作，如图开关2所示。循化要单独设计，如图所示，二极管是保证各个模块间可以独立工作而采用，这样当高电平到达时，194被置

30、数为0000，同时上一个状态，不管时左移的还时右移的都被清零了，这时只要开关1或2接上就可以在脉冲作用下实现闪烁，单个模块演示还时可以的。但是接到电路上就不行了。当开机后，在第一分钟内，它可以右移，也可以闪烁，到了左移就不行了，发光二极管一片空白，但是在接下来的个分钟内，其只有当闪烁时才可以看到。几经试验才知道，时开关3出了问题，不管它时1状态还是0状态，它都比194q端出来的数优先，在3没有工作时，在194q端到led之间的二极管两端各接一个led就知道，当194做右移或左移时两个发光二极管的状态时不通的，靠近循环led的那各led总不会亮，而接在qb端的led可以定时发亮六.总结与设计调试体会总得来说，这次数电课程设计让我受益颇多。首先，这次课程设计，我从中学会了不少数电方面的知识。因为我们要自己设计电路，就得自己去查找相关资料，弄懂了那些实验室提供的器材的用法后，而且是很熟练，我们才能运用得到自己的设计中去。二要熟练地运用那些芯片，必须得有一定的数电知识基础，这促使我们不断查看书本，不断学习，所以说，这么一次课程设计，也是学习知识的大好机会。其次，这次课程设计大大增强了我们的动手能力。这次是自己设