简易洗衣机控制器设计.docx

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简易洗衣机控制器设计

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，proteldxp2004

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

7.6～7.7：

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

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。

Abstact

Thisdesignisaboutsimplewashingmachinecontrollerdesign,usingtheknowledgeofdigitalelectronictechnologytomakethewashingmachinecontrollerdesignandsimulationworkprocessessimplythroughthemultisimsimulationsoftware.

Thisdesigncontainsapulsegeneratorcircuit,minuteandsecondtimerandtimedecoder,undertheactionofthepulsesignal,atdifferenttimesdifferentleveloutputsignal,acontrolledwashingmachine'sworkingprocess,theroleofthecircuitusedtocompletetheworkstatusofwashingmachineconversion..

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0~20min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,J6

6

2

同步双时钟计数器

74LS,74LS192N

U2,U3,U4,U5

4

3

三输入与门

74LS,74LS11N

U14

1

4

同或门

74LS,74LS266N

U17

1

5

异或门

74LS,74LS136N

U16

1

6

四输入与门

74LS,74LS08N

U7,U15

2

7

四输入与非门

CMOS_5V,4002BD_5V

U8,U19

2

8

六反相器

74LS,74LS04N

U13,U18

2

9

双输入与门

74LS,74LS21N

U6

1

10

555定时器

555_TIMER_RATED,555_TIMER_RATED

U1

1

11

电容

CAPACITOR_RATED,1uF

C1

1

12

电容

CAPACITOR_RATED,0.1uF

C2

1

13

绿灯

PROBE_GREEN,2.5V

X1

1

14

红灯

PROBE_RED,2.5V

X2

1

15

橙灯

PROBE_ORANGE,2.5V

X3

1

16

黄灯

PROBE_YELLOW,2.5V

X4

1

17

电阻

RESISTOR,1.908kΩ

R1

1

18

电阻

RESISTOR,4kΩ

R2

1

19

数码管

HEX_DISPLAY,DCD_HEX_GREEN

U9,U10,U11,U12

4

20

电源VCC

POWER_SOURCES,VCC

VCC

1

21

接地

POWER_SOURCES,GROUND

0

1

附录二参考文献

[1]谢自美主编,《电子线路设计实验测试》（第三版）,华中科技大学出版社2006

[2]《新型集成电路的应用――电子技术基础课程设计》，梁宗善主编，华中科技大学出版社

[3]《电子技术基础课程设计》，孙梅生等编著，高等教育出版社。