数字电路课程设计洗衣机控制电路设计.docx
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数字电路课程设计洗衣机控制电路设计
数字电路课程设计---洗衣机控制电路设计
辽宁工业大学
数字电子技术基础课程设计（论文）
题目:
洗衣机控制电路设计
院（系）:
电子与信息工程学院
专业班级:
电子102班
学号:
100404056
学生姓名:
李宏
指导教师:
吕娓
教师职称:
副教授
起止时间:
2012.12.17~2012.12.28
数字电子技术基础课程设计（论文）
课程设计（论文）任务及评语
院（系）:
电子与信息工程学院教研室:
电子信息工程学号100404056学生姓名李宏专业班级电子102班
课程设计（论
洗衣机控制电路设计
文）题目
设计要求:
普通洗衣机的主要控制电路是一个定制器，它按照一定的洗涤程序控制
电机做正向和反向转动。
定时器可以采用机械式，也可以采用电子式，这里
要求用中小规模集成芯片设计制作一个电子定时器，来控制洗衣机的电机作
如下运转。
课定时转动正转（20s）暂停（10s）反转（20s）暂停（10s）停止程
设
计定时未到）
论如果定时时间到，则停机并发出音响信号。
文
1.设电机用继电器控制。
洗涤定时时间在0~20min内由用户任意设定。
）
任2.用两为数码管显示洗涤的预置时间，倒计时方式对洗涤过程作计时务
显示，显示至时间到而停机。
3.当定时时间到达终点时，一方面使电机停转，同时发出音响信号提
醒用户注意。
洗涤过程在送入预置时间后即开始运转。
指
导教
师
评语
及平时成绩（20%）:
论文成绩（60%）:
成
绩答辩成绩（20%）:
总成绩:
指导教师签字:
学生签字:
年月日
II
数字电子技术基础课程设计（论文）
摘要
本设计是基于数字电路定时器的洗衣机简易控制电路。
通过预置洗衣机的洗涤时间来自动的正反转和暂停，并且用不同的指示灯来表示洗衣机的正逆暂停三状态。
当到达一定时间后，会自动报警，发出蜂鸣声。
同时，用两位数码管来显示预置时间和洗涤剩余时间，具有良好的用户界面。
电路主要分为显示电路，秒脉冲发生电路，计时电路，报警状态电路和洗衣机正反转控制电路。
显示电路使用的是两个单位的共阴极八段数码管，秒脉冲发生电路采用了使用广泛的555定时器芯片，通过控制供电，产生秒信号，作为个芯片的时钟信号。
计时电路使用的是十进制的可逆计数器74LS192芯片，分别设计为十进制和六进制电路，用于完成时间的定时，计时功能。
报警电路和状态显示电路使用的是简单的74LS04非门和78LS08双输入与门组成的逻辑电路，分别控制蜂鸣器和发光二极管，来实现报警和状态显示。
次课程设计经实验与软件仿真，具有良好的可靠性，洗衣机控制电路的一般要求。
关键词:
洗衣机控制电路;数字电子控制;定时器
III
数字电子技术基础课程设计（论文）
第1章洗衣机控制电路方案设计........................................1
1.1洗衣机控制电路的应用意义.....................................1
1.2洗衣机控制电路设计的要求及技术指标...........................1
1.3洗衣机控制电路的方案设计.....................................1
1.4总体设计方案的框图及分析.....................................2第2章洗衣机控制电路各单元电路设计..................................3
2.1秒脉冲发生器的设计...........................................3
2.2一百进制分计数器和六十秒计数器的设计.........................3
2.3循环控制电路电路设计.........................................5第3章系统设计与分析...............................................7
3.1整体电路及工作原理...........................................7
3.2部分电路的分析及仿真.........................................9第4章课程设计的总结..............................................12参考文献...........................................................13附录:
元器件清单...................................................14
IV
数字电子技术基础课程设计（论文）
第1章洗衣机控制电路方案设计1.1洗衣机控制电路的应用意义
现代生活人民生活水平越来越高，家家户户几乎都有一台洗衣机。
洗衣机由于洗涤方便受到广大用户的喜爱。
随着时代的发展洗衣机也在不停革新、发展。
本次课程设计要求利用定时器、数码管、LED等数字电路器件设计实现简易洗衣机功能。
设计时考虑了很多种情况，根据本人的能力选择了一种。
这个方案总共使用了一些或门、与门、非门以及电阻电容若干，74LS192NE555定时器各一个完成了简易洗衣机的功能实现。
随着现在电子技术的发展和人们生活水平的提高，在不久的将来将会出现功能更加全面的全自动化洗衣机。
1.2洗衣机控制电路设计的要求及技术指标
普通洗衣机的主要控制电路是一个定制器，它按照一定的洗涤程序控制电机做正向和反向转动。
定时器可以采用机械式，也可以采用电子式，这里要求用中小规模集成芯片设计制作一个电子定时器，来控制洗衣机的电机作如下运转。
正转20S，暂停10S，反转20S，暂停10S。
如果定时时间到，则停机并发出音响信号。
设电机用继电器控制。
洗涤定时时间在0~20min内由用户任意设定。
用两为数码管显示洗涤的预置时间，倒计时方式对洗涤过程作计时显示，显示至时间到而停机。
当定时时间到达终点时，一方面使电机停转，同时发出音响信号提醒用户注意。
洗涤过程在送入预置时间后即开始运转。
三只LED灯表示“正转”、“反转”和“暂停”3个状态。
1.3洗衣机控制电路的方案设计
方案一:
从课程设计要求来看，要求实现电机的正传、反转、暂停，实际上没有电机给我们接上，这回要用四个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，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
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数字电子技术基础课程设计（论文）
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。
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?
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;
方案二
另一种实现循环的电路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。
经过两方案比较后方案一更加符合设计要求，而且更加经济。
1.4总体设计方案的框图及分析
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，电路报警并清零;同时电机指示灯熄灭。
洗涤时间显示
百进制分秒计数秒脉冲
计数器器
电机运转指示
总控制电路
报警控制蜂鸣器
图1-1总体框图
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第2章洗衣机控制电路各单元电路设计2.1秒脉冲发生器的设计
秒脉冲发生器由NE555电路及外围电路组成，其中R9=480K、R8=480K,C3=1uF的电阻电容值决定了脉冲宽度。
既T=（R8+2R9）C2ln2当T=1S，即可凑出R8、R9、C3其中C3=0.01uF是为了保持输出的波形的稳定。
如图2-4所示，R9=480、C3=1uF组成一个串联RC充放电电路，在NE555的7脚上输出一个方波信号，C3上得到一个三角波。
此三角波送到NE555的2脚输入端。
由NE555内部的比较器和门电路共同作用，维持7脚上的方波信号和3脚上的输出方波。
图2-1秒脉冲发生器原理图
2.2一百进制分计数器和六十秒计数器的设计
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;
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数字电子技术基础课程设计（论文）
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
，一直到变为0;当高低位全为零的时候，秒十位的BO发出一个低数从6变到5
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
图2-2分秒计数器电路图
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2.3循环控制电路电路设计
（1）其基本原理简述
还是采用我们的方法，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
5010140100
3001120010
1000100000
表2-1状态转换表
现在我们把秒十位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，计数器是被清零的，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，其QB端输出一个高电平1，与此同时，从So、S1输出的两
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数字电子技术基础课程设计（论文）
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
，这时通过U28的脉冲信号可以输出了，与U28的输出。
而节点46为高电平1
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。
图2-3循环控制电路
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第3章系统设计与分析
3.1整体电路及工作原理
图3-1系统总原理图
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。
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，
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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J5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。
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U16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，我们在分十位借位端接一个非门，再把它和分位的CLR端一起接到一个或门，
U13）上作为其时钟信号，其后再接到单稳态电也需要把它接到一个JK触发器（
路的输入端TRI，单稳态的输出端接到蜂鸣器上。
而该或门（U20）的另一输入端接在控制开关J5上，或门出去仍然接在JK触发器U11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到达或门U20，同时JK触发器U13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U20发出的1信号使U11发出1信号而使秒计数器清零;当然秒脉冲因为U11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，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U15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。
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3.2部分电路的分析及仿真
（1）秒脉冲发生器仿真
图3-2秒脉冲发生器仿真电路
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。
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（2）分秒计数器的仿真
图3-3分秒计数器仿真图
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（3）控制电路及计数器部分仿真
图3-4计数器及控制电路部分仿真
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第4章课程设计的总结
本课程设计为洗衣机控制电路的设计，用到的主要是数字电子技术基础的相关知识，综合性强，广泛应用到生活中的各种领域。
根据所学的知识设计出满足特定要求的电路，经过各方案设计比较，参数计算及各单元电路的仿真，最后的设计要求都正确合理，得到所需的设计电路。
本设计具有系统性，而且具有一定的探索性，在设计过程中出现过很多问题，最主要的为电路的设计，仿真，片子的选取会比较困难，本次课程设计加强了对EWB，MAX-PLUS,PROTUES等软件的熟练程度，同时，进一步巩固了计数器，振荡器，控制器等等相关知识点。
当然，在查找资料时，拓宽了本专业领域的知识面，学到很多新的东西。
如果仿真结果与预想结果有差异，就要检查电路是否正常，各器件选择是否正确，线路是否连接完整，EWB等软件是否应用正确，经过一一的问题排查已达到理想的效果，电路的仿真过程将直观地展现出来。
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数字电子技术基础课程设计（论文）
参考文献
[1]阎石，《数字电子技术基础技术》第五版，高等教育出版社2003[2]鲁宝春，王景利，刘毅，关维国，《电子技术基础实验》，东北大学出版社2011.
[3]《数字电子技术基础学习指导》,辽宁工业大学电子信息工程教研室2011.[4]陈光明，施金鸿，杜金莲，《电子技术课程设计与综合实训》，北京航空航天出版社.
[5]彭介华、主编《电子技术课程设计指导》，高等教育出版社2007
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数字电子技术基础课程设计（论文）
附录:
元器件清单
器件型号用途介绍数量备注NE555555集成定时器1脉冲发生器74LS192计数器4分秒计数器74LS194移位寄存器1循环电路74LS04反向器2电路连接与门逻辑与2输出显示或门逻辑或4输出显示异或门逻辑异或2电路连接与非门逻辑与非2电路连接
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