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简易洗衣机控制系统论文
数字逻辑开放性实验设计（论文）
题目：
简易洗衣机控制器的设计与制作
目录
第一章设计总体思路，基本原理和框图1
1.1设计总体思路1
1.2基本原理1
1.3系统设计框图2
第二章单元电路设计3
2.1一百进制分计数器和六十秒计数器的设计3
2.2秒脉冲发生器4
2.3循环控制电路6
2.4单稳态延时电路7
2.5总控制电路8
第三章总电路图10
第四章安装调试步骤11
第五章故障分析与电路改进12
第六章总结与调试体会14
第七章附录（元器件清单）15
参考文献16
第一章设计总体思路，基本原理和框图
1.1设计总体思路
从课程设计要求来看，要求实现电机的正传、反转、暂停，实际上没有电机被我们接上，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，如此一来，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。
看起来还不错啊，如果这样想那就显早了点，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、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。
现在大体上就这样计划，下面说说基本原理。
1.2基本原理
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。
1.3系统设计框图
第二章单元电路设计
2.1一百进制分计数器和六十秒计数器的设计
（1）分、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；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。
（2）分、秒计数器的电路图
2.2秒脉冲发生器
（1）秒脉冲发生器原理
我们所需要的秒脉冲发生器可以由一个集成的555定时器构成，当电源接通后，VCC通过对R1、R2向电容充电。
电容上得到电压按指数规律上升，当电容上的电压上身到2/3VCC时，输电压VO为零，电容放电。
当电压下降到1/3VCC时，输出电平为高电平，电容放电结束。
这样周而复始便形成了振荡。
我们要的周期是1秒，频率是1赫兹。
周期T可以由下面的公式可知：
T＝R1.R2lnC
（2）其原理图如下所示
2.3循环控制电路
（1）其基本原理简述
还是采用我们方法，把秒十位上的数提出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：
So
S1
状态
1
0
右移
1
1
闪烁
0
1
左移
5
0101
4
0100
3
0011
2
0010
1
0001
0
0000
现在我们把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，计数器时被清零的，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没有高电平输出。
而节点46为高电平1，这时通过U28的脉冲信号可以输出了，与U28的或门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。
（2）其原理图
2.4单稳态延时电路
其原理图
2.5总控制电路
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，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J3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。
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端输入为零时，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。
第三章总电路图
第四章安装调试步骤
虽然软件设计是非常重要的，但是还是纸上谈兵啊，真正要到了安装调试的时候，这又是一个另一个比设计还头痛的事，我们说它令人头痛事有原因的，按理是通的，但调试不一定可以出来，甚至于设计是错误的，调试是设计的试金石啊！
到我们调试的时候，实验室里的人已经不多了，当拿到试验箱的时候才相信调试是很有难度的了，虽然之前从同学那听到了一些说调试很难的话；一看试验箱，完了，产生脉冲的电路上连芯片也不见了，换吧，第二块来了，把领来的元件按单元电路模块大致分了一下插在了面包板上。
两个人一组，一个读图指导，一个看芯片管脚插线，速度还是不错啊，听其他同学说，芯片管脚和线路总是接触不良，每次将要成功的时候，不小心碰了一下线就功亏一篑。
对这个问题，我们组的胖子把自己的电烙铁也带去了，没办法只能是把芯片管脚加长，这样我们在调试的时候可以说没有遇到这方面的问题了，现在面包办上的芯片接好了，可以加电看结果了，可是，秒计数器输出的一个总是只有偶数，真奇怪了，刚才在前一块上显示是很正常的啊，换了一个数码管还是一样，真是不爽啊！
换，继续换，最后终于找到了一个可以用的试验箱了，现在电机转动显示的发光二极管还是不循环，但都是亮的，计数器倒是可以正常工作了，经过几个开关的使用，走上了正规。
循环显示灯还是不走，难道脉冲有问题？
把194的时钟信号接到LED上一看是正常的，突然一个同学说或门74LS32如果输入端悬空则输出为1，难道是这儿出问题了吗?
我们当初设计的时候所认为的或门是悬空就为0的，这回给反了。
我们给愣住了，重新设计吗?
时间来不及了啊，我们组已经只有两天就要完全验收了，我看还是拆了，等设计好了循环电路重新再连接吧，就在这时我们组的其他一些同学结果出来了，电路没有问题，问题是出在移位寄存器194的并行置数端的A、C、D是悬空的，没有接地，真牛，接上看看，事实证明它是正确的。
第五章故障分析与电路改进
要得到一个良好的设计，需要的总是肯定和否定，几经修改一个电路才得以肯定、采纳。
就像循环电路一样，刚开始设计了一种有三个接口的电路，这个接口要求从秒十位输出的信号要化为一种状态，只可以是高有效，到来时进入各自的接口，可以说实现正传、反转、暂停的电路相互独立的，道理如下，当一个高电平来到时让它接到194的So、S1上，其中在接到So的信号上接一个RS触发器，当B端的置数输出时，QB上有一个高电平，把它接到一个D触发器上，D触发器从Q反端输出的信号接到刚才的RS触发器的Q端使Q端为0，这样在脉冲的控制下，其可以做左移动作，如图中的开关1所连接的电路所示，同样，在输入到S1端的电路上接一个RS触发器，从194QB端上反馈回来的信号接到D触发器上，从D触发器的Q反端出来的信号接到S1端，这样就可以做右移动作，如图开关2所示。
循化要单独设计，如图所示，二极管是保证各个模块间可以独立工作而采用，这样当高电平到达时，194被置数为0000，同时上一个状态，不管时左移的还时右移的都被清零了，这时只要开关1或2接上就可以在脉冲作用下实现闪烁，单个模块演示还时可以的。
但是接到电路上就不行了。
当开机后，在第一分钟内，它可以右移，也可以闪烁，到了左移就不行了，发光二极管一片空白，但是在接下来的1分钟内，其只有当闪烁时才可以看到。
几经试验才知道，时开关3出了问题，不管它时1状态还是0状态，它都比194Q端出来的数优先，在3没有工作时，在194Q端到LED之间的二极管两端各接一个LED就知道，当194做右移或左移时两个发光二极管的状态时不通的，靠近循环LED的那个LED总不会亮，而接在QB端的LED可以定时发亮，从而有上述结论。
其图如下所示：
第六章总结与调试体会
这次开放性课程设计让我学到了很多，不光是从理论技术到实行设计，还有自我心态的调节与完善。
调试的过程可以说是非常枯燥与乏味，每一个细节上的疏漏都可能导致不可逆的严重失败。
我终于理解从理论到实践的过度充满了艰辛。
时间在不停的流逝，我的设计任务却还没有什么进展。
看到其他的同学完成设计作品欢喜洋溢的样子，自己心中不禁更加焦躁与不安。
但我一定要把握这次难得的机会，要相信自己和同伴。
经过数日夜以继日的鏖战，设计思路和初步构建终于完成。
这次开放性课程设计更是将我们三年学过的知识系统的联系在了一起，C语言内核编程，电子电路的逻辑构建，集成电路设计，等等。
不仅是一个综合系统整合的过程，也是一个完善并提高自我知识的过程。
更重要的是，我充分理解的团队意识的内涵，任何困难与艰险在团队人员的分工努力下都会各个击破，迎刃而解。
虽然大家都已是筋疲力尽，但却乐此不彼，两个艰难却又充实的礼拜，同伴们彼此加深了的信心，我们手握共同的目标，勇往直前。
收获总在风雨后，我们都在不段成长，认知自我，完善自我。
当然，我们还存在着很多不足和缺陷，我要感谢我的老师，是您给了我这样来之不易的机会和不懈的教诲与栽培，我要感谢我的同学和伙伴，是我们彼此的努力与信任换来了今日的成功。
今后我要更加努力的学习与生活，笑对今后前所未有波折与挑战！
第七章附录（元器件清单）
器件型号
用途介绍
数量
74LS192
计数器
4
74LS194
移位寄存器
1
74LS08
四2输入与门
2
74LS04
六反向器
1
74LS32
四2输入或门
2
74LS00
四2输入与非门
2
74LS86
四2输入异或门
1
74LS76
双JK触发器
2
NE555
555集成定时器
2
参考文献
[1]历雅萍、易映萍.实电子技术课程设计.化学工业出版社，1996
[2]彭介华.电子技术课程设计指导.高等教育出版社，1997
[3]谢自美.电子线路设计、实验、测试.华中理工出版社，1998
[4]阎 石.数字电子技术基础.高等教育出版社，2000
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