1、 课程设计报告课程设计题目：简易洗衣机控制系统班级：学号姓名：指导教师：设计时间：2015 年 7 月目录摘要第 1 章 概述第 2 章 课程设计任务及要求2.1 设计任务2.2 设计要求第 3 章 系统设计3.1 方案论证3.2 系统设计3.2.1 结构框架图及说明3.2.2 系统原理图及工作原3.3 单元电路设计3.3.1 单元电路工作原理3.3.2 元件参数选择第 4 章 软件仿真4.1 仿真电路图4.2 仿真过程4.3 仿真结果第 5 章 安装调试（略）5.1 调试要点5.2 调试过程中出现的问题及解决方法第 6 章 结论第 7 章 使用仪器设备清单参考文献收获、体会和建议摘 要本设计
2、实现电机的正传、反转、暂停，用两个 LED 灯的三种状态来表示，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，正好一个 60 秒减计数器可以构成一个循环结构。循环的总时间可以用一个外围 100 进制减计数器解决，并用两个数码管显示时间。这样一个电路的主体电路就构造出来了，然后一步步实现其具体的功能。用一个 74LS74 触发器控制整个电路的停止和清零以及连接蜂鸣器计构成报警模块。信号发生器仿真时就直接用方波信号代替，安装电路的时候就直接用脉冲信号。设置两个开关以控制电路的启动和随时停止。其基本原理是：首先，从秒脉冲出来的信号，经过
3、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，电路报警并清零；同时电机指示灯熄灭。关键词：计数器 指示灯 触发器第 1 章 概述洗衣机的简易定时控制系统要求实现电机的正传、反转、暂停，需要用 4个 LED 灯的状态来表示，一个周期为 60s，前 20 秒正传、暂停 10 秒、反转 20秒、再暂停 10 秒。因此需要分钟计数器、秒计器、秒脉冲产生器脉。涉及到分钟计数器和秒钟计数器所以需要考虑
4、是 60 分频器，就我们所学过的来说实现循环有移位寄存器；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。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，但是性能较好。第 2 章 课程设计任务及要求2.1 设计任务洗衣机简易定时控制系统实现
5、电机的正传、反转、暂停，需要用 4 个LED 灯的状态来表示，一个周期为 60s，前 20 秒正传、暂停 10 秒、反转 20 秒、再暂停 10 秒。2.2 设计要求 1.洗衣机电机的工作顺序：启动正转 20s 暂行 10s 反转 20s 暂行 10 s停止2. 用 4 个 LED 模拟洗衣机的动作状态:LED1LED4 右移循环点亮表示正转，LED1LED4 左移循环点亮表示反转，LED1LED4 同时闪烁点亮表示暂停，全灭为停止。3. 用数码管显示洗涤时间，按倒计时方式对洗涤过程作计时显示，直到时间到停机，并发出音响信号报警。4. 洗涤时间在 0-60 分钟内可由用户任意设定，并设置启动键
6、，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。 第 3 章 系统设计3.1 方案论证本实验采取先用 multisim7 软件对交通灯定时系统的原理仿真，再采用分模块时间进行操作台实现的简易科学方法。实验中采用较为基本的芯片来实现计数器计数、状态转换等功能，这些都是在数字电子模拟课程中重点学习掌握的知识，所以对实物的实现比较容易。3.2 系统设计3.2.1 结构框图及说明如下所示：3.2.2 系统原理图及工作原理3.3 单元电路设计3.3.1 单元电路工作原理1.一百进制分计数器和六十秒计数器设计（1）分、秒计数器的设计1.分、秒
7、计数器模块 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
8、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 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
9、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。2秒脉冲产生器原理秒脉冲发生器由 555 定时器电路及外围电路组成，电路接通电源的瞬间，由于电容 C1 来不及充电， Vc=0V，所以 555 定时器状态为 I，输出 Vo 为高电平。同时，集电极输出端 D
10、IS 对地断开，电源 Vcc 对电容 C1 充电，电路进入暂稳态I，此后，电路周而复始地产生周期性的输出脉冲。多谐振荡器两个暂稳态的维持时间取决于 RC 充、放电回路的参数。暂稳态的维持时间，即输出 Vo 的正向脉冲宽度 T10.7(R1+R2)C1；暂稳态的维持时间，即输出 Vo 的负向脉冲宽度 T20.7R2C1。因此，振荡周期 T=T1+T2=0.7(R1+2R2)C1，振荡频率 f=1/T。正向脉冲宽度 T1与振荡周期 T 之比称矩形波的占空比，由上述条件可得 D=（R1+R2）/（R1+2R2） ，若使 R2R1，则 D1/2，即输出信号的正负向脉冲宽度相等的矩形波（方波） 。若 T
11、=1s,令 C=10uF，R1=39k ，则 R2 约为 51k。555 定时器构成多谐振荡器的工作波形图原理图：3. .指示灯显示模块 用 2 片 74LS151 数据选择器，将秒针的十位输出信号的低三位依次连接到74LS151 的 A、B、C 输入端，74LS151 的输出端分别连接一个 LED 灯。 电路图如下：4.控制电路 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。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
12、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
13、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
14、，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 U9 发出 1 信号而使秒计数器清零；当然秒脉冲因为
15、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。其整体原理图如下：3.2.2 元件参数选择电容 C=10uF电阻 R1=39K R
16、2=51K (用固定电阻 47K 与 5K 的点位器相串联代替电阻 R2)。第 4 章 软件仿真4.1 仿真电路图（1）分、秒计数器（2）秒脉冲产生器仿真波形图（3）整体电路图仿真4.2 仿真过程及结果正转：反转：暂停：停止：第 5 章 安装调试本设计仅实现至 Multisim 软件仿真阶段，未进行实际的安装调试，因此省略安装调试的环节。第 6 章 结论经过一周的努力，我终于完成了电子课程设计交通灯定时控制电路系统。通过两周不断的查找资料的过程让我积累了很多实际操作经验，已初步掌握了数电的应用技术，以及数字电路的知识和有关器件的应用。我深刻地体会到数字电子技术对当代社会发展的重要作用。 经过这
17、次课程设计，我学到很多东西。社会的不断发展电子产品实践使我认识到我现在所学的知识还远远不够，在实际操作应用中有些问题还不能解决，所以我要在今后的学习中更加努力，学好自己的专业知识以充实自己，来适应日新月异的现代社会。 在这次课程设计中，我学会了 Multisim 的使用和操作,学会了如何利用网络资源 ,学会了怎么看电路图,读电路图 ,这些都使我受益匪浅，并为我以后的学习和工作积累了丰富的经验。经过了这次课程设计，深有感触，收获也是不少的，它使我们对课本以及以前学过的知识有了一个更好的总结与理解，也让我们知道了，光分开使不够的，从外面学到的知识要把形成一各整体，这也很好的训练了外面对开发一个项目
18、应该有怎样的思路和准备更清晰。它让我学会了如何把理论与实践结合起来。有这样的机会和收获，要感谢老师的辅导以及同学的帮助，无论是学习还是生活，生活是实在的，要踏实走路，虽然自己走出来的路要崎岖的多，但觉得踏实、放心。第 7 章 使用仪器设备清单器件型号 用途介绍 数量74LS192 计数器 474LS08 四 2 输入与门 274LS04 六反相器 174LS32 四 2 输入或门 274LS00 四 2 输入与非门 274LS86 四 2 输入异或门 174LS74 双 D 触发器 174LS151 8 选 1 选择器 2BUZZER 蜂鸣器 1数码管 4LED 灯 2参考文献1.李景宏，马学文.电子技术实验教程.沈阳：东北大学出版社.2002.王永军，李景华编著.数字逻辑与数字系统.北京：电子工业出版社，20023.高吉祥，易凡编著.电子技术基础实验与课程设计.北京：电子工业出版社，20024.陈大钦编著. 电子技术基础实验. 北京：高等教育出版社，2000
