数电课程设计洗衣机控制系统

精品文档 1欢迎下载 课程设计报告 课程设计题目 简易洗衣机控制系统 班级 学号姓名 指导教师 设计时间 2015 年 7 月 目录 精品文档 2欢迎下载 摘要摘要 第第 1 1 章章 概述概述 第第 2 2 章章 课程设计任务及要求课程设计任务及要求 2 1 设计任务 2 2 设计要求 第第 3 3 章章 系统设计系统设计 3 1 方案论证 3 2 系统设计 3 2 1 结构框架图及说明 3 2 2 系统原理图及工作原 3 3 单元电路设计 3 3 1 单元电路工作原理 3 3 2 元件参数选择 第第 4 4 章章 软件仿真软件仿真 4 1 仿真电路图 4 2 仿真过程 4 3 仿真结果 第第 5 5 章章 安装调试 略 安装调试 略 5 1 调试要点 5 2 调试过程中出现的问题及解决方法 第第 6 6 章章 结论结论 第第 7 7 章章 使用仪器设备清单使用仪器设备清单 参考文献参考文献 收获 体会和建议收获 体会和建议 摘摘 要要 精品文档 3欢迎下载 本设计实现电机的正传 反转 暂停 用两个 LED 灯的三种状态来表 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 正好一个 60 秒减计数器可以构成一个循环结构 循环 的总时间可以用一个外围 100 进制减计数器解决 并用两个数码管显示时间 这样一个电路的主体电路就构造出来了 然后一步步实现其具体的功能 用一 个 74LS74 触发器控制整个电路的停止和清零以及连接蜂鸣器计构成报警模块 信号发生器仿真时就直接用方波信号代替 安装电路的时候就直接用脉冲信号 设置两个开关以控制电路的启动和随时停止 其基本原理是 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 关键词关键词 计数器 指示灯 触发器 第 1 章 概述 精品文档 4欢迎下载 洗衣机的简易定时控制系统要求实现电机的正传 反转 暂停 需要用 4 个 LED 灯的状态来表示 一个周期为 60s 前 20 秒正传 暂停 10 秒 反转 20 秒 再暂停 10 秒 因此需要分钟计数器 秒计器 秒脉冲产生器脉 涉及到分 钟计数器和秒钟计数器所以需要考虑是 60 分频器 就我们所学过的来说实现循 环有移位寄存器 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 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 但是性能较好 第 2 章 课程设计任务及要求 2 1 设计任务 洗衣机简易定时控制系统实现电机的正传 反转 暂停 需要用 4 个 LED 灯的状态来表示 一个周期为 60s 前 20 秒正传 暂停 10 秒 反转 20 秒 再暂停 10 秒 2 2 设计要求 精品文档 5欢迎下载 1 洗衣机电机的工作顺序 启动 正转 20s 暂行 10s 反转 20s 暂行 10 s 停止 2 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 3 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 直到时间到 停机 并发出音响信号报警 4 洗涤时间在 0 60 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 5 设置停止键 在洗涤过程中随时按该键可终止动作 并使显示器清 0 第 3 章 系统设计 3 1 方案论证 本实验采取先用 multisim7 软件对交通灯定时系统的原理仿真 再采用分模 块时间进行操作台实现的简易科学方法 实验中采用较为基本的芯片来实现计 数器计数 状态转换等功能 这些都是在数字电子模拟课程中重点学习掌握的 知识 所以对实物的实现比较容易 3 2 系统设计 精品文档 6欢迎下载 3 2 1 结构框图及说明 如下所示 3 2 2 系统原理图及工作原理 3 3 单元电路设计 3 3 1 单元电路工作原理 1 一百进制分计数器和六十秒计数器设计 1 分 秒计数器的设计 1 分 秒计数器模块 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 精品文档 7欢迎下载 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 精品文档 8欢迎下载 2 秒脉冲产生器原理 秒脉冲发生器由 555 定时器电路及外围电路组成 电路接通电源的瞬间 由 于电容 C1 来不及充电 Vc 0V 所以 555 定时器状态为 I 输出 Vo 为高电平 同时 集电极输出端 DIS 对地断开 电源 Vcc 对电容 C1 充电 电路进入暂稳态 I 此后 电路周而复始地产生周期性的输出脉冲 多谐振荡器两个暂稳态的维 持时间取决于 RC 充 放电回路的参数 暂稳态 的维持时间 即输出 Vo 的正 向脉冲宽度 T1 0 7 R1 R2 C1 暂稳态 的维持时间 即输出 Vo 的负向脉冲宽 度 T2 0 7R2C1 因此 振荡周期 T T1 T2 0 7 R1 2R2 C1 振荡频率 f 1 T 正向脉冲宽度 T1 与振荡周期 T 之比称矩形波的占空比 由上述条件可得 D R1 R2 R1 2R2 若使 R2 R1 则 D 1 2 即输出信号的正负向脉冲宽度相等的矩 形波 方波 若 T 1s 令 C 10uF R1 39k 则 R2 约为 51k 555 定时器构成多谐振荡器的工作波形图 原理图 精品文档 9欢迎下载 3 指示灯显示模块 用 2 片 74LS151 数据选择器 将秒针的十位输出信号的低三位依次连接到 74LS151 的 A B C 输入端 74LS151 的输出端分别连接一个 LED 灯 电路图 如下 精品文档 10欢迎下载 精品文档 11欢迎下载 4 控制电路 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 精品文档 12欢迎下载 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 其整体原理图如下 精品文档 13欢迎下载 3 2 2 元件参数选择 电容 C 10uF 电阻 R1 39K R2 51K 用固定电阻 47K 与 5K 的点位器相串联代替电阻 R2 精品文档 14欢迎下载 第 4 章 软件仿真 4 1 仿真电路图 1 分 秒计数器 2 秒脉冲产生器 精品文档 15欢迎下载 仿真波形图 精品文档 16欢迎下载 3 整体电路图仿真 4 2 仿真过程及结果 正转 精品文档 17欢迎下载 反转 暂停 精品文档 18欢迎下载 停止 第 5 章 安装调试 本设计仅实现至 Multisim 软件仿真阶段 未进行实际的安装调试 因此省 略安装调试的环节 精品文档 19欢迎下载 第 6 章 结论 经过一周的努力 我终于完成了电子课程设计 交通灯定时控制电路系 统 通过两周不断的查找资料的过程让我积累了很多实际操作经验 已初步掌 握了数电的应用技术 以及数字电路的知识和有关器件的应用 我深刻地体会 到数字电子技术对当代社会发展的重要作用 经过这次课程设计 我学到很多 东西 社会的不断发展电子产品实践使我认识到我现在所学的知识还远远不够 在实际操作应用中有些问题还不能解决 所以我要在今后的学习中更加努力 学好自己的专业知识以充实自己 来适应日新月异的现代社会 在这次课程设 计中 我学会了 Multisim 的使用和操作 学会了如何利用网络资源 学会了怎么 看电路图 读电路图 这些都使我受益匪浅 并为我以后的学习和工作积累了丰 富的经验 经过了这次课程设计 深有感触 收获也是不少的 它使我们对课本以 及以前学过的知识有了一个更好的总结与理解