汽车油量监测报警器的设计.docx
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汽车油量监测报警器的设计
汽车油量监测报警器的设计
（说明书）
双桶洗衣机控制电路的设计
班级
学号
学生姓名
指导教师
1
课程设计任务书
课程名称电子线路课程设计
课程设计题目双桶洗衣机控制电路的设计
课程设计的内容及要求:
一、设计说明与技术指标
本课程设计的任务是设计一个模拟洗衣机工作过程的控制电路，首先选择工作方式（洗涤或甩干），确定后按下开始按钮，洗衣机开始工作。
对电路设计的具体要求如下:
1.洗涤状态:
洗衣机在“正转、停止、反转、停止”四个状态下循环，正转（反
转）的时间为9秒，正转、反转之间的停止时间为3秒;
甩干状态:
电机高速旋转。
2.控制工作时间，具有倒计时功能;
3.可通过按钮手动暂停洗衣机工作，还可恢复洗衣机继续工作;
4.工作结束后，蜂鸣器鸣响5声以作提示（1kHz）。
[注]洗涤电机正反转可由输出的两个控制信号，分别控制开关K1和K2来完成。
二、设计要求
1（在选择器件时，应考虑成本。
2（根据技术指标，通过分析计算确定电路和元器件参数。
3（画出电路原理图（元器件标准化，电路图规范化）。
三、实验要求
1（根据技术指标制定实验方案;验证所设计的电路，用软件仿真。
2（进行实验数据处理和分析。
四、推荐参考资料
1.杨萍.数字电路和数字系统（[M]北京:
人民邮电出版社，2009年
2.宋竹霞.数字电路实验.[M]北京:
清华大学出版社，2011年
五、按照要求撰写课程设计报告
2
成绩评定表:
序号评定项目评分成绩1设计方案正确，具有可行性，创新性（15分）2设计结果可信（例如:
系统分析、仿真结果）（15分）3态度认真，遵守纪律（15分）4设计报告的规范化、参考文献充分（不少于5篇）（25分）5答辩（30分）
总分
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
3
一、概述
双桶洗衣机，从90年代开始几乎每家每户都有，可以说是必不可少的东西。
所谓双桶洗衣机，就是洗衣，脱水2合一的洗衣机，由一个洗涤桶和一个脱水桶组成。
这种洗衣机洗净度高，耗电量小，洗涤和脱水时间可任意选择。
接通电源后，根据衣物的多少注入适量的洗涤剂和水，打开洗涤定时器来控制洗涤机电的正反向运转和洗涤工作的时间，通过三角带降低转速传递到齿轮箱，再通过齿轮箱进行二次减速，并带动波轮进行正反向旋转，利用波轮正反向旋转产生的水流，来达到洗净衣物的目的。
需要甩干时，打开脱水定时器来控制脱水电机的运行及脱水时间，脱水桶通过制动轮连接至电机，电机带动脱水桶高速旋转产生的离心力将衣物中的水份从衣物中分离出去，达到甩干衣物的目的。
本次课设目的就是设计双桶洗衣机控制电路，洗涤状态:
洗衣机在“正转、停止、反转、停止”四个状态下循环，正转（反转）的时间为9秒，正转、反转之间的停止时间为3秒;甩干状态:
电机高速旋转。
控制工作时间，具有倒计时功能;可通过按钮手动暂停洗衣机工作，还可恢复洗衣机继续工作;工作结束后，蜂鸣器鸣响5声以作提示（1kHz）。
整体思路、原理及方法:
通过555定时器产生1Hz的秒脉冲给计数器，通过计数器倒计时控制整体工作时间、以及洗涤循环工作时间。
洗涤循环利用74153数据选择器、JK触发器的特性完成。
总体工作时间是以分钟显示，可以通过向74192芯片的UP端输入信号达到调整工作时间的目的，当工作时间到00分的时候触发停机，停止计时，蜂鸣器鸣响，停止指示灯亮。
通过分别控制秒脉冲的输入开关、预置数开关实现暂停及初始化功能。
本设计能够完成两种模式的切换，能在洗涤状态自己设置工作时间，并按照一定规律，正反正反转，达到洗衣的目的。
还能在甩干状态设置甩干时间，并带动电机高速运转。
并通过指示灯显示工作状态。
本报告将就方案论证、电路设计、性能测试、对比总结等方面进行阐述。
二、方案论证
1.555定时器部分:
设计一个双桶洗衣机控制电路，首先需要一个能产生秒脉冲的装置，第一个就想到了成本低，性能可靠的555定时器。
4
方案一:
方案一原理框图如图1所示。
采用了555定时器应用多谐振荡器直接产生1Hz秒脉冲信号的方法。
多谐振荡器又称为无稳态触发器，它没有稳定的输出状态，只有两个暂稳态。
在电路处于某一暂稳态后，经过一段时间可以自行触发翻转到另一暂稳态。
两个暂稳态自行相互转换而输出一系列矩形波，也可用作方波发生器。
图1555定时器构成的多谐振荡器
方案二:
方案二考虑了如果555产生频率过低的时候会不太稳定，从而只让555定时器产生频率比较高的信号，然后经过一系列分频电路产生更为稳定的秒脉冲信号。
例如让555构成的多谐振荡器产生1KHz的信号，然后经过千分频器的分频得到，产生1Hz的秒脉冲信号。
千分频器如图2。
图2千分频器
5
本设计在考虑的可行性，电路的复杂性后采用的是方案一，555构成单稳态电路实现延时较容易实现且电路不复杂，且性价比较高。
2.整体电路设计论证:
在设计过程中，我产生了两种想法，方案如下:
方案一:
定时器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以内设定一个数之后T为高电平1，然后用倒计时的方法.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。
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。
如图3所示的电路原理框图就是采用这种方法实现的。
洗涤时间显
示
状秒脉控计数洗涤时间态冲发制器计数器显生器门示
清零
时间译码置数
图3总体设计方案一功能框图
方案二:
与方案一不同的是方案二没有采用控制门的部分，而是通过T触发器以及数据选择器74153的特性完成循环部分的计数、切换工作状态，循环部分计数和工作时间计数分别独立。
功能框图如图4所示。
6
蜂鸣器、指示
灯控制
工作时间显示
逻辑门电路
保持状态显示
工作时间倒计时
555定时器产
生秒脉冲
循环时间倒计时
置数
置数端
153数据选择器T触发器
图4总体设计方案二功能框图
在考虑了方案的可行性后，采取第二种方案，这种方案在设计上来说，思路清晰，且模块化分工明确，即使部分电路故障，也能很快找到错误的原因。
且就芯片选择来说方案二采用的都是数电教材中经常出现的芯片，如74192,74153等等，经济，可行性高。
同时能够采用控制循环时间倒计时来启用不同的洗衣模式，通过置数端修改调整工作时间倒计时。
具体到循环时间倒计时电路来说究竟用到了何种特性，将会在下一部分，电路设计，进行详细的阐述。
三、电路设计
1.秒脉冲部分
555定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。
555定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。
它也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。
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通过公式，可计算出振荡周期:
（1）T,（R，2R）C，ln212
6
（2）T,（43000，2，50000），10，10，0.7s,1.43，0.7s,1.001s
由式
（2）得知当R1=43KΩ、R1=50KΩ、C=10uF时能产生周期为1秒的振荡信号，组成图如图5所示。
图5555构成的多谐振荡器
2.计数部分
在整个系统的计数部分，因为我们要有倒计时的功能，显然更为常见的74LS160芯片就不适用了，这里我首先想到的就是74LS192加减计数器，这个芯片可以很好的满足课设要求。
74LS192芯片管脚如图6所示。
图674LS192加减计数器管脚示意图
8
首先74LS192是双时钟方式的十进制可逆计数器（bcd,二进制）。
CPU（UP端）为加计数时钟输入端，CPD（DOWN端）为减计数时钟输入端。
LD为预置输入控制端，异步预置。
CR为复位输入端，高电平有效，异步清除。
CO为进位输出:
1001状态后负脉冲输出，BO为借位输出:
0000状态后负脉冲输出。
下表1为74LS192加减计数器的真值表，从中也可看出当MR端置高电平时，为置零功能;当PL为低电平时，置数;当CPD端（DOWN端）为高电平、CPU（UP端）有一个从低电平到高电平的跃变时，进行加计数;当CPU（UP端）为高电平、CPD（DOWN端）有一个从低电平到高电平的跃变时，进行减计数。
表174LS192加减计数器真值表
输入输出MRPLCPUCPDP3P2P1P0Q3Q2Q1Q0
1XXXXXXX0000
00XXdcbadcba
01?
1XXXX加计数
011?
XXXX减计数
我们通过上面的图6以及表1的数据，可以设计出一个可置数的分秒倒计时电路和一个可工作的10秒内倒计时电路，这两块就分别是图4总体设计中的工作倒计时部分以及循环工作计数部分。
对于工作时间倒计时电路，我们需要它有预置数（秒是60进制）、置数（设置工作时间）的功能。
对于循环工作计数电路，我们需要它有异步清零（开机清零）、按照一定循环置数的功能（循环置数部分将在下一节进行详细分析）。
工作时间计数器预置数、循环工作计数器开机清零实现:
按照图7所示将5V电源、10KΩ电阻，1uF电容与地相接，在开机通电后，电阻电容之间就会产生一个从0V渐变到5V的电压，通过这个特性，在其后加上两个非门，就能分别产生一个高电平跃变、一个低电平跃变，如图8示波器所示。
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图7计数器预置数，开机清零部分电路
图8计数器预置数，开机清零部分电路波形
图中橘黄色线为渐变电压;绿色线为通向循环时间计数器的置零端的信号，通过74LS192真值表得知置零端高电平有效，即在开机的瞬间有一个高电平信号，从而实现了开机置零;黄色线为通向工作之间计数器置数端的信号，通过74LS192真值表得知置数端低电平有效，即在开机的瞬间有一个低电平信号，从而实现了开机预置数。
工作时间计数器置数的实现:
如果要手动设定时间，则必须要有开关实现按动加
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时间的功能，如图9给出了一种设计方案:
图9工作时间计数器置数方案
，这也是利用了加减计数器的性质，当我们每按下、放开一次开关，计数器就会加1
当按下开关，UP端变为低电平，当再次打开开关，UP端变为高电平，此时就有一个从低电平到高电平的跃变，计数器就会加1，从而实现设定工作时间的功能。
3.循环工作部分
上一节提到了循环计数部分要有按照一定规律循环置数的功能，关于这一块，最终选择了74LS153双4选一数据选择器加T触发器（JK触发器J、K端都置1）来完成，先阐述一下74LS153这个芯片，芯片的管脚示意图如图10所示。
图1074LS153数据选择器管脚图
图中的C0、C1、C2、C3是四个数据输入端，Y为输出端，A、B是地址输入端。
11
利用指定A、B的代码，能够从C0、C1、C2、C3这四个输入数据中选出任何一个并送到输出端。
因此，用数据选择器可以实现数据的多路分时传送。
这个数据多路分时传送对于这个课设是很重要的，正是它控制了循环时间、如何
、74LS153的真值表就能看出。
循环、什么时候循环。
具体的通过表2
表274LS153数据选择器的真值表
选择输入端数据输入端选通脉冲输出
BAC0C1C2C3GY
XXXXXX10
000XXX00
001XXX01
01X0XX00
01X1XX01
10XX0X00
10XX1X01
11XXX000
11XXX101
通过了解74LS153数据选择器的使用方法，这时只需要用JK触发器控制A、B选择输入端，就可以实现数据多路分时传送，即在正转模式9秒倒计时、暂停模式3秒倒计时、反转模式9秒倒计时如此循环。
应为需要用74LS192进行计数，就需要4位的二进制数表示，从而需要2块74LS153双四选一数据选择器，即4个双四选一数据选择器。
4位二进制数分别由1Y,2Y,3Y,4Y提供，这样只需要控制A、B输入，以及在C0,C1,C2,C3输入不同信号就能达到目的。
实际连接电路图如图11所示，此时A、B端口分别接T触发器的1Q’、2Q’。
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图11数据选择器的连接
单独连接数据选择器还没有用，我们还需要两个T触发器完成AB端的输入以及状态灯的显示，如图12为T触发器的接法，第一个T触发器CLK接循环计数的借位输出端，当循环计数器到0时触发一个时钟脉冲。
第二个T触发器的CLK接第一个T触发器的Q输出，滞后一个状态。
图12T触发器的连接
13
为了更加明了T触发器输出，即A、B之间的关系，两个T触发器输出即A、B输入波形图如图13所示。
图13A、B输入波形图
结合图13与图74LS153的真值表表2，当A=1;B=1时让数据选择器置入9，即1001。
随即T触发器输出都变为0，当正转9秒读完，就会重新置入下一个数3（即0011）同时向T触发器的CLK传入一个信号，进入下一状态，同理当A=1;B=0时准备置入9（1001），当A=0;B=1时准备置入3（0011）。
具体如下表3，通过整个表就可以确定图11中数据选择器的连接方法。
1C0，1C1，1C2，1C3，2C0，2C2，4C1，4C3端接高电平;2C1，2C3，3C0，3C1，3C2，3C3，4C0，4C2端接低电平。
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表3T触发器与数据选择器的解析表格
A、B状态数据选择器工作状态计数器内数字机器工作状态
C3决定Y
A=1;B=1让1Y,2Y,3Y,4Y分别为0无
1，0，0，1
C0决定Y
A=0;B=0让1Y,2Y,3Y,4Y分别为9正转
0，0，1，1
C1决定Y
A=1;B=0让1Y,2Y,3Y,4Y分别为3暂停
1，0，0，1
C2决定Y
A=0;B=1让1Y,2Y,3Y,4Y分别为9反转
0，0，1，1
C3决定Y
A=1;B=1让1Y,2Y,3Y,4Y分别为3暂停
1，0，0，1
状态灯的显示电路如图14.
图14状态指示灯显示电路
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正转时
（3）Y,（A，B）'正
暂停时
Y,A（4）暂
反转时
（5）Y,A'B反
通过以上的各部分就能组成循环工作状态切换、显示的功能。
4.七段数码管显示部分
这个部分按理来说应该由74LS192的A，B，C，D输出接入74LS47显示译码器的输入端，然后74LS47的A，B，C，D，E，F，G端接到共阳数码管的输入端才能驱动七段数码管显示数字，但在仿真实验中为了线路简洁省去了译码器的部分。
74LS47的管脚图如图15所示。
接法如图16所示。
图1574LS47管脚图
74LS47是BCD-7段数码管译码器/驱动器，74LS47的功能用于将BCD码转化成数码块中的数字,通过它解码，可以直接把数字转换为数码管的显示。
LT:
试灯输入，是为了检查数码管各段是否能正常发光而设置的。
当LT=0时，无论输入A3，A2，A1，A0为何种状态，译码器输出均为低电平，也就是七段将全亮,若驱动的数码管正常，是显示8。
BI:
灭灯输入，是为控制多位数码显示的灭灯所设置的。
当BI=0时，不论LT和输入A3，A2，A1，A0为何种状态，译码器输出均为高电平，使共阳极数码管熄灭。
RBI:
灭零输入，它是为使不希望显示的0熄灭而设定的。
当对每一位A3=A2=A1=A0=0时，本应显示0，但是在RBI=0作用下，使译码器输出全为高电平。
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RBO:
灭零输出，它和灭灯输入BI共用一端，两者配合使用，可以实现多位数码显示的灭零控制。
图16七段数码显示管部分接法
5.逻辑控制电路部分
这一部分主要掌控洗衣结束的判断，以及洗衣机停机流程。
通过图17所示的逻辑门电路，判断工作时间是否为00分钟，若是，则输出一个高电平。
图17控制停机部分逻辑门电路
停机指示灯及蜂鸣器部分如图18所示，当输入为高电平的时候，灯亮，蜂鸣器以1KHz的频率鸣响。
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图18停机指示灯及蜂鸣器电路
当停止信号发生的时候，不仅要提示用户，还要停止计数器继续倒计。
这时就需要用到逻辑门判断是否有停止信号输入，若有则不再继续向计数器输入秒脉冲。
这一部分的电路图如图19所示。
图中已经去除其他连线，只连关键部分，方便观看。
图19计数器部分电路图
如图，停止信号为1时，经过一个非门变为低电平，这样在和秒脉冲经过一个与门，输出就为低电平，这样两个部分的计数器都得不到秒脉冲信号，从而实现停机的功能。
6.洗衣模式切换部分
报告中要求我们有两种洗衣模式，即洗涤状态和甩干状态，我们已经在电路设计的第三部分:
循环工作部分了解通过给74LS153芯片输入不同电平控制循环工作计数器的循环状态，经过一定修改，可以得到如下的电路图如图20、图21。
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图20洗衣状态控制开关部分1
图21洗衣状态控制开关部分2
通过这两图可以了解当为洗涤状态时，经过一个非门，低电平变为高电平，让74LS153能够选择数据。
当为甩干状态的时候用一个与非门控制T触发器的工作状态，并用与门和停止信号的非相接，达到工作时间控制甩干电机工作的功能。
四、性能测试
1.555定时器产生秒脉冲的测试
要让555定时器产生正确的秒脉冲信号，则电容电阻一定要选择好，就如公式
（2）所示的那样，又考虑到实验室没有很齐全的电阻，所以只能做到近似，占空比几乎达不到50%，如图22所示。
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图22秒脉冲波形图
根据图中可以了解秒脉冲基本满足要求，对于精度要求不高的电路来说可以使用。
2.计数部分测试
这一部分的测试，主要看能否开机置数、加工作时间等。
打开电源后状态如图23所示。
此时数据正常，工作倒计时为初始的1分钟，工作循环开始倒计时。
图23计数部分初始值
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接下来进行置数，用开关F设定工作时间为23分钟。
如图24所示。
4计数部分设定工作时间图2
在工作了3分钟后工作时间由23分钟变为了20分钟，如图25所示。
图25计数部分工作状态
由以上可以看出计数部分工作正常，倒计时正常。
3.循环工作部分测试
这一部分的测试工作主要是看循环能不能正常的进行，即9秒正转，3秒暂停，9秒反转，3秒暂停的工作循环状态。
经过测试，这一部分也能很好的正常的完成，如图26所示三种状态的表示。
21
图26循环中三种工作状态
22
4.逻辑控制部分测试
逻辑控制部分的测试就是要看门电路工作是否正常，能否发出停机信号，测试结果如图27所示。
图27停止状态灯及蜂鸣器
当工作时间为0时，停止灯亮，蜂鸣器发出声音，同时计数停止，可以看出这一部分工作正常。
5.模式切换测试
洗涤模式在循环部分时已经有测试，故只需测试甩干状态，如图28所示。
图28甩干模式测试
当处于甩干模式时，甩干桶电机高速正转，同时洗涤桶处于暂停的状态。
当定时结束，高速正转灯灭，停止灯亮。
此部分功能也是正常的。
6.电路整体性能测试
电路整体性能测试良好，各部分功能正常，基本能够满足课设的各项要求，暂停的实现可用信号源前的开关实现，其他功能上文都已经叙述。
23
五、结论
根据测试结果，本设计能够完成洗衣机在“正转、停止、反转、停止”四个状态下循环，正转（反转）的时间为9秒，正转、反转之间的停止时间为3秒;甩干状态下电机高速旋转。
控制工作时间，具有倒计时功能;可通过按钮手动暂停洗衣机工作，还可恢复洗衣机继续工作;工作结束后，蜂鸣器一直鸣响。
因为这是第一次做关于数电的课设，各方面经验不足，导致和任务书的要求还是有些许不同，例如在蜂鸣器这块，本设计只能一直鸣响，而报告书要求的是鸣响5声，其实这个问题我也响了挺久，没有找到一种节省芯片的设计方案，最后考虑到电路已经有些复杂，最终这个问题就没能解决，还有在切换模式的时候是要进行清零重新置数的，但是在电路设计完成之后才发现这个问题，想更改又不知从何改起，索性在开机置数的部分加入了开关，实现手动清零置数，也好比是家里洗衣机的停止键。
但是经过这一段时间的学习与请教，我还是完成了绝大多数的设计要求，并且解决了一个又一个的核心技术难点。
本设计的核心技术点应该就在选用T触发器与74LS153数据选择器进行分时数据传输，从而达到置入循环计数的数字的目的。
同时将74LS153数据选择器的输入端作为模式切换的入口，当为高电平的时候进入洗涤循环，当为低电平的时候洗涤桶电机一直处于暂停状态。
通过这个特性，设置一个单刀双掷开关，一端接高电平，一端接低电平，用低电平加非门设置为洗涤模式，用高电平加几个逻辑门设置为甩干模式。
测试后没有干扰，工作状态正常。
通过本次课设加强了解决实际问题的能力，加深了对数电的理解，它让我对课本知识进行了融会贯通，毕竟，要设计一个完整的电路，单靠某一章节或某一部分的知识是不够的。
此次课设对我来说也是印象深刻，因为我花了很多的精力在其中，翻遍了网上的类似报告、书籍和论文，都和本课设相差挺大，所以电路的设计显得比较困难，这更为锻炼磨练自己，并且收获颇丰。
参考文献
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高等教育出版社，2006[2]谢自美.电子线路设计?
实验?
测试（第三版）[M].湖北:
华中科技大学出版社，2005[3]童诗白、华成英主编者.模拟电子技术基础[M].北京:
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高等教育出版社，2002[5]谭博学主编.集成电路原理与应用[M].北京:
电子工业出版社，2003[6]薛文、华慧明编著.新编实用电子技术快速入门[M].福州:
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清华大学出版社，2008[9]李毅主编.数字电子技术实验[M].西安:
西北工业大学出版社，2009[10]刘鸣主编.电子线路综合设计实验教程[M].天津:
天津大学出版社，2008
25
附录I总电路图
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附录II元器件清单
序号编号名称型号数量1U1,U2四2输入或门74LS3222U8,U11,U12,U13,U14加减计数器74LS19253U15,U16数据选择器74LS15324U10,U17四2输入与门74LS0825U3,U19六输入非门74LS0426U9双JK触发器74LS11217U18四2输入与非门74LS0018S1,S2,S4单刀单掷开关SP
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