简易洗衣机控制电路的设计

数字电子技术基础课程设计说明书数字电子技术基础课程设计说明书目录11.数电课设概述11.1课程设计意义11.2开发环境PROTEUS简介22.电路设计的思路33.基本原理与设计框图44.电路分步设计与实现44.1秒脉冲发生器54.2分秒计数器74.3洗涤时间设置电路84.4工作状态显示电路104.5控制开关114.6报警电路125仿真电路图136故障分析与改进147小结与体会158参考文献1.数电课设概述1.1课程设计意义A.培养学生正确的设计思想，理论联系实际的工作作风，严肃认真、实事求是的科学态度和勇于探索的创新精神。B.锻炼学生自学软件的能力及分析问题、解决问题的能力。C.通过课程设计，使学生在理论计算、结构设计、绘图、查阅设计资料、标准与规范的运用和计算机应用方面的能力得到训练和提高。D.巩固、深化和扩展学生的理论知识与初步的专业技能。E.为今后从事电子技术领域的工程设计打好基础基本要求。1.2开发环境PROTEUS简介PROTEUS软件是由英国LabCenterElectronics公司开发的EDA工具软件，由ISIS和ARES两个软件构成，其中ISIS是一款便捷的电子系统仿真平台软件，ARES是一款高级的布线编辑器，它集成了高级原理布线图、混合模式SPICE电路仿真、PCB设计以及自动布线来实现一个完整的电子设计。通过PROTEUSISIS软件的VSM（虚拟仿真技术），用户可以对模拟电路、数字电路、模数混合电路，以及基于微控制器的系统连同所有外围接口电子元器件一起仿真。在原理图中，电路激励源、虚拟仪器、图以及直接布置在线路上的探针一起出现在电路中。任何时候都能通过“运行”按钮或“空格”键对电路进行仿真。PROTEUS有两种截然不同的仿真方式：交互式仿真和基于图表的仿真。其中交互式仿真可实时观测电路的输出，因此可用于检验设计的电路是否能正常工作。而基于图表的仿真能够在仿真过程中放大一些特别的部分，进行一些细节上的分析，因此基于图表的仿真可用于研究电路的工作状态和进行细节的测量。PROTEUS软件的模拟仿真直接兼容厂商的SPICE模型，采用了扩充的SPICE3F5电路仿真模型，能够基于图表的频率特性、直流电的传输特性、参数的扫描、噪声的分析、傅里叶分析等，具有超过8000种的电路仿真模型。PROTEUS软件的数字仿真支持JDEC文件的物理器件仿真，有全系列的TTL和CMOS数字电路仿真模型，同时一致性分析易于系统的自动测试。PROTEUS软件支持许多通用的微控制器，如PIC、AVR、HC11以及8051；包含强大的调试工具，可对寄存器、存储器实时监测；具有断点调试功能及单步调试功能；具有对显示器、按钮、键盘等外设进行交互可视化仿真的功能。此外，PROTEUS可对IARC-SPY、KEIL等开发工具的源程序进行调试。此外，在PROTEUS中配置了各种虚拟仪器，如示波器、逻辑分析仪、频率计，便于测量和记录仿真的波形、数据。2.电路设计的思路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——>停止...”设计一个定时器控制洗衣机电机的运转,分析知道其一次运转的周期有60s，且其呈现周期循环，我们可利用计数器的功能进行60s的计数，即需要一个秒计数器，并利用洗衣机电机工作状态转换的时间来设置正转、暂停、反转。如此则需为计数器设置一合适脉冲，设计中的秒计数器所需脉冲必为1HZ脉冲，因此我们可以考虑555定时器，利用其构成多谐振荡器产生矩形脉冲信号。而对于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，且洗涤时间在0-99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从而构成分计数器的工作脉冲。在要求中要求倒计时且有启动开关，显然我们需要递减计数器，和利用开关控制计数器清零端CR的电平或555电源输入以控制电路工作。对于用4个LED模拟洗衣机的动作状态:LED1～LED4右移循环点亮表示正转，LED1～LED4左移循环点亮表示反转，LED1～LED4同时闪烁点亮表示暂停，LED1～LED4同时闪烁点亮并且蜂鸣器发出报警声为停止，显然可以利用移位寄存器来设计，但是由于本次设计未能成功利用移位寄存器仿真而转换了思路，利用了译码器和逻辑门电路构成了正转、暂停、反转的三种不同状态分别为01、00、11，同时利用这三种状态设计出计数器与逻辑门电路设计了与之对应的LED工作状态电路。对于设置洗涤时间，我们可以设置分钟计数器来设置洗涤时间。3.基本原理与设计框图首先，控制开关SW1接地，洗衣机不转动，这时用户自定义洗涤时间，然后将控制开关SW1接高电平，555接通电源。由555构成的多谐振荡器产生的1Hz脉冲信号经过一个控制电路后进入秒计数器进行秒计数。利用秒计数器十位上的数值变换表示出电机运转状态，同时利用计数器和门电路设计出合适电路使LED工作达到设计要求；当用户设定的洗涤时间结束后，电路报警并清零；同时电机指示灯闪烁。设计框图4.电路分步设计与实现4.1秒脉冲发生器由555定时器构成的多谐振荡器产生秒脉冲由555定时器构成的多谐振荡器的电路图如图4.1.1所示，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。因此采用此。图4.1.1由555定时器构成的多谐振荡器555定时器构成的多谐振荡器所输出的矩形脉冲信号的频率计算式为故选定元件参数，R1=43K，R2=50K，C1=10uF，C2=0.01uF。其中电容C2的作用是抗干扰图4.1.2555定时器的引脚4.2分秒计数器图4.2.1分秒计数器其中，74LS192的引脚图如图4.2.2所示图4.2.274LS192的引脚图74LS192的功能表如表4.2.3所示 输入 输出 MR PL CP CP P3 P2 P1 P0 Q3 Q2 Q1 Q0 1 × × × × × × × 0 0 0 0 0 0 × × d c b a d c b a 0 1 　 1 × × × × 加计数 0 1 1 　 × × × × 减计数表4.2.374LS192功能表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0－9的数字输入。4.3洗涤时间设置电路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0－9的数字输入。因此设计出洗涤时间设置电路如下图4.3，每次按动开关都将使洗涤时间的对应位（十位或者个位）增加1，最大增加至9，又由于所设置洗涤时间为60分内，故当我们对洗涤时间进行设置时，十位所置数小于6。图4.34.4工作状态显示电路第一步：分析洗衣机的工作状态，对于洗衣机电机的工作顺序有“启动——>正转20s——>暂停10s——>反转20s——>暂停10s——>停止...”，我们可以将三种工作状态假设为正转，暂停，反转依次设为01,00,10。从而设计出合适电路如下图4.4.1：图4.4.1第二步：分析实验设计中要求用4个LED模拟洗衣机的动作状态:LED1～LED4右移循环点亮表示正转，LED1～LED4左移循环点亮表示反转，LED1～LED4同时闪烁点亮表示暂停，全灭为停止，显然可以利用移位寄存器来设计，但是由于本次设计未能成功利用移位寄存器仿真而转换了思路，选择了利用正转、暂停、反转的三种不同状态分别为01、00、10，以1表示工作以0表示暂停从而分次序的完成设计。首先，考虑到LED的连续循环点亮，可以想到控制LED一端电平的连续循环变化达到要求，又由于有4个LED,我们采用4进制计数器即可产生循环变化的4个数，这样我们可以利用译码器从而在4个输出端得到依次变化的低电平，如此，我们可以将LED另一端接高电平，从而实现循环点亮。其次，考虑到存在正转和反转两种不同状态，我们需要改变译码器输入端的数字变化次序，如此分析四个数字变化规律，以及利用正反转表示状态的不同来设计出合适门电路。在此次设计中，我们采用74ls192构成一个4进制减数计数器，同时利用正反停指示器1在正转时电平为0，反转时电平为1来构成合适门电路。简略列出真值表如下表4.4.2： 正反停指示器1 计数器输出 译码器输入端 0（正转） 11 11 0（正转） 10 10 0（正转） 01 01 0（正转） 00 00 1（反转） 11 00 1（反转） 10 01 1（反转） 01 10 1（反转） 00 11表4.4.2于是我们可以发现我们可以利用异或门电路来完成这一构想，从而实现出正转与反转两种状态下LED不同的循环状态。最后，剩下的就是暂停状态的显示了。先区分出暂停与工作状态的不同，利用上面设置的工作状态表示，我们可容易得到工作以1表示，暂停以0表示。如此可利用这两种电平控制译码器的工作，容易得到工作时状态如上步分析，暂停时灯全部熄灭。为使其能闪烁，我们可以考虑利用脉冲信号，工作状态的表示与门电路来设计。综合上述分析，我们可以设计出LED控制电路如下图4.4.3：图4.4.34.5控制开关利用借位端由1变为0，作为JK触发器下降沿的脉冲，然后利用相应的门电路来控制计数器的清零端MR和DN端，从而达到控制计数器的要求。为达到使计数器清零效果，利用复位开关人为的制造下降沿脉冲来控制JK触发器的工作，其中JK均置1，实现翻转效果。利用工作开关控制多谐振荡器的电源输入，从而控制脉冲的产生，实现控制电路的目的。设计中为尽量利用资源，以LED作为了洗衣机停止的报警系统，停止时显示屏均为0且LED闪烁，此时可控制开关切断电源。4.6报警电路当数码管显示的时间变为“零”的时候，报警电路会驱动蜂鸣器发出声音报警。当计数器进行减计数到零后，74LS290芯片的四个输出端都为低电平，于是我们采用四输入与非门讲低电平转化为高电平，但是在仿真的过程中发现5V无法驱动蜂鸣器，所以我们在蜂鸣器的其中一个端子接上负电源，并且经过一番调试之后才找到负电源合适的电压值。调试的过程中要不断测量蜂鸣器两端的电压。5仿真电路图综合上面的原理，设计思路，以及每部分电路的设计，得到电路图如下图-5.1：图5.16故障分析与改进故障1：计数器的进制设置与计数器之间的连接改进1：减法计数器的借位端平常为1，有借位时为0，利用此特性，将其连接在高位计数器的DN端作为其脉冲输入。计数器的进制设置依靠其输入端D3、D2、D1、D0的置数。故障2：LED控制电路中的灯的循环控制改进2：LED的循环闪亮主要是改变译码器的输入端，正转时为输入顺序位A，反转时输入顺序应该相反，设置好4进制计数器，然后利用其输出端Q1、Q0的变化规律列出真值表，求出所需门电路。故障3：分秒置数开关的设定改进3：利用UP特性，为其可控置入低电平以改变十分位和个分位的显示。故障4：JK触发器的输入脉冲的人为控制改进4：同改进4中开关的设置方式一样，不过需与我们设定的借位脉冲输入巧妙连接。故障5：控制开关的设定改进5：利用开关控制555的电源输入。电路功能实现：两个置数开关可以控制洗涤时间的设置，控制开关控制电路的工作，复位开关控制显示器的清零。7小结与体会8参考文献1、《电子技术基础：数字部分（第五版）》康华光  高等教育出版社2006.012、《数字电子技术基础》伍时和清华大学出版社2009.043、《电子线路设计·实验·测试（第三版）》谢自美华中科技大学出版社2006.084、《数字电子技术基本》阎石清华大学出版社2007.085、《PROTEUS入门实用教程》周润景机械工业出版社2007.09本科生课程设计成绩评定表 姓名 性别 专业、班级 04 课程设计题目： 课程设计答辩或质疑记录： 成绩评定依据： 最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定）指导教师签字：年月日�EMBEDEquation.3\*MERGEFORMAT���蜂鸣器报警电路图15_1370720316.unknown