簡易洗衣機控制器設計.doc

武漢理工大學數(shù)字電子技術課程設計說明書1課程設計任務書 學生姓名： 楊勇 專業(yè)班級： 通信0804 指導教師： 劉雪冬 工作單位： 信息工程學院 題 目: 簡易洗衣機控制器設計 初始條件：multisim仿真軟件，EWB軟件，protel dxp2004 要求完成的主要任務: 1. 完成本題目的理論設計，相關參數(shù)符號設計目的2. 對理論設計方案進行實物測試或仿真分析，并與理論結果進行對比3. 完成設計報告，詳細說明理論設計過程以及測試/仿真分析結果 時間安排：7.5： 理論設計7.67.7：安裝調試或仿真7.8： 撰寫報告7.9： 答辯指導教師簽名： 2010年 7 月 6 日系主任簽名： 2010年 7 月 6 日目 錄摘 要1Abstact2引言3任務：簡易洗衣機控制器4簡易洗衣機控制器設計5方案一5方案二5單元電路設計與參數(shù)的計算7秒脈沖發(fā)生器7分秒計時器8時間譯碼器10總電路12設計心得14附錄一元器件清單15附錄二參考文獻18武漢理工大學數(shù)字電子技術課程設計說明書摘 要本設計是有關簡易的洗衣機控制器的設計，利用數(shù)字電子技術的知識，通過multisim仿真軟件簡單地設計仿真洗衣機控制器的工作過程。設計電路中包含有脈沖發(fā)生器，分秒計時器和時間譯碼器，在脈沖信號作用下，不同時刻輸出不同的電平信號，以此控制洗衣機的工作過程，利用電路的作用完成洗衣機工作狀態(tài)的轉換。 AbstactThis design is about simple washing machine controller design, using the knowledge of digital electronic technology to make the washing machine controller design and simulation work processes simply through the multisim simulation software . This design contains a pulse generator circuit, minute and second timer and time decoder, under the action of the pulse signal, at different times different level output signal, a controlled washing machines working process, the role of the circuit used to complete the work status of washing machine conversion.引言 設計簡易的洗衣機控制器，主要利用了數(shù)字電子技術的知識，通過各種芯片，門電路等器件，構成一個能夠計時和發(fā)出信號的可控電路，通過脈沖發(fā)生器，分秒計時器，和時間譯碼器的共同作用，完成洗衣機的控制目的，并且加入顯示數(shù)碼管后，操作者可以觀察到時間，還能通過置數(shù)部分對洗衣機的工作進行定時。 任務：簡易洗衣機控制器（1）設計一個電子定時器，控制洗衣機按如下洗滌模式進行工作：定時啟動正轉20秒暫停10秒反轉20秒暫停10秒定時未到定時到停機圖3 洗衣機控制器功能示意圖（2）當定時時間達到終點時，一方面使電機停機，同時發(fā)出音響信號（可換成指示燈）提醒用戶注意。（3）用兩位數(shù)碼管顯示洗滌的預置時間（以分鐘為單位），按倒計時方式對洗滌過程作計時顯示，直到時間到而停機。（4）三只LED燈表示“正轉”、“反轉”和“暫停”3個狀態(tài)。（5）畫出電路原理圖。（6）進行電路的仿真與調試。簡易洗衣機控制器設計方案一 方案二 分析：本定時器實際上包含兩級定時的概念，一是總洗滌過程的定時，而是在總洗滌過程中又包含電機的正轉、反轉和暫停三種定時，并且這三種定時是反復循環(huán)直至所設定的總定時時間到位置。當總定時時間在020min以內設定一個輸入之后T為高電平1，然后用倒計時的方法每分鐘減1直至T變?yōu)?.在此期間，若Z1=Z2=1，實現(xiàn)正轉；若Z1=Z2=0，實現(xiàn)暫停；若Z1=1,Z2=0,實現(xiàn)反轉。工作波形如下圖所示。實現(xiàn)定時的方法很多，比如采用單穩(wěn)電路實現(xiàn)定時，又如將定時初值預置到計數(shù)器中，使計數(shù)器運行在減計數(shù)狀態(tài)，當減到全零時，則定時時間到。而方案一的電路原理圖就是采用這種方法來實現(xiàn)的。由秒脈沖發(fā)生器產生的時鐘信號經60分頻后，得到分脈沖信號。洗滌定時的時間的初值先通過撥盤或數(shù)碼開關設置到洗滌時間計數(shù)器中，每當分脈沖到來計數(shù)器減1，直至減到定時時間到為止。運行中間，剩余時間經譯碼后在數(shù)碼管上進行顯示。單元電路設計與參數(shù)的計算秒脈沖發(fā)生器由于555定時器內部的比較器靈敏度高，輸出驅動電流大，功能靈活，而且采用差分電路形式，它的振蕩頻率受電源電壓和溫度的影響很小。所以由555定時器構成的多諧振蕩器的振蕩頻率穩(wěn)定，不易受干擾。因此，選擇用555定時器構成多諧振蕩器，使之產生周期為1s，頻率為1Hz的脈沖。各參數(shù)經公式計算獲得，電路設計如下。 仿真出來的輸出信號見下圖分秒計時器一百進制分計數(shù)器和六十秒計數(shù)器的原理是相同的，不同的是它們的輸入脈沖和進制不同而已。在此，用四片74LS192來實現(xiàn)分計數(shù)和秒計數(shù)功能，要求需要減計數(shù)，所以把它的UP端接到高電平上去,DOWN端接到秒脈沖上。十分秒位上的輸入端B、C端接到高電平上，即從輸入端置入0110（十進制的6），秒十位的LD端和借位端BO聯(lián)在一起，再把秒位的BO端和十秒位的DOWN聯(lián)在一起。當秒脈沖從秒位的DOWN端輸入的時候秒計數(shù)的74192開始從9減到0；這時，它的借位端BO 會發(fā)出一個低電平到秒十位的輸入端DOWN，秒十位的計數(shù)從6變到5，一直到變?yōu)?；當高低位全為零的時候，秒十位的BO發(fā)出一個低電平信號，DOWN為零時，置數(shù)端LD等于零，秒十位完成并行置數(shù)，下一個DOWN脈沖來到時，計數(shù)器進入下一個循環(huán)減計數(shù)工作中。上圖是從網上找到的最初設計，不具備預置數(shù)功能，只能從讓計時器從100分鐘開始減計時。查閱相關資料后，在分計數(shù)部分的十位輸入端、秒個位的脈沖輸入端和四片74192的清零端都設置了開關，利用開關進行置數(shù)，如下圖所示。其中J1，J2，J3，J4為置數(shù)開關，若不置數(shù)則為洗衣機原定工作時間10分鐘，操作開關可使洗衣機工作時間變長；J5為清零開關，用來使定時清零；J6是暫停開關，可以手動對洗衣機進行暫停控制。 J5清零開關 J6暫停開關J1，J2，J3，J4，置數(shù)開關時間譯碼器在時間譯碼，狀態(tài)轉化的單元電路中，用三個指示燈，分別是綠燈代表“正轉”、橙燈代表“暫停”、黃燈代表“反轉”。從60秒到40秒內第一個燈亮，從40到30秒內是第二個燈亮。在30到10秒內是第三個燈亮，然后剩下的十秒鐘是第二個燈亮，如此完成第一個循環(huán)，剛好一分鐘，之后的時間依次循環(huán)。當時間減到0時，由報警燈亮，用紅燈表示，提醒定時時間到。 由于Z1、Z2的定時長度可分解為10s的倍數(shù)，由秒脈沖到分脈沖的變換的60進制計數(shù)器的狀態(tài)中可以找到Z1、Z2的定時信號，經譯碼后得到如波形Z1、Z2所示的信號。這兩個信號以及定時信號T控制門輸出后，得到推動電機的工作信號。仿真電路如下圖示。A正轉，綠燈亮B反轉，黃燈亮C暫停，橙燈亮D時間到，紅燈亮總電路 總電路圖：由各單元電路綜合連接得到。此電路可基本實現(xiàn)洗滌狀態(tài)、洗滌剩余時間的顯示，洗滌時間的預置，強制停機，啟動可控等功能。通過開關J1到J4，對計時器進行預置數(shù)，即進行定時。用開關J5進行定時清零，開關J6進行手動暫停功能。秒計時和分計時之間的74192芯片構成60進制計數(shù)器，由于是定時操作，作減法計數(shù)。將計時信號通過門電路輸出，以指示燈表示信號，使洗衣機工作時滿足60到40秒時正轉，綠燈亮；39到30秒時暫停，橙燈亮；29到10秒時反轉，黃燈亮；9到0秒時暫停，橙燈亮。在這里的設計舉例說明，例如29到10秒時黃燈亮，此時秒計時的十位為1或2，用二進制表示為0001和0010，所以對于該處的74192芯片輸出信號，輸出端QD和QC均為0，低電平，都通過非門74LS04輸出到三輸入與門74LS11上，為了使?jié)M足條件時黃燈能夠亮，則還需要一個高電平輸入，觀察后可知，當74192輸出為0001和0010時，QA和QB是相反的，所以，可將QA和QB輸出的兩個信號接到一個異或門74LS136上，這樣可以得到三輸入與門的第三個高電平信號，此時可以輸出高電平，黃燈亮，洗衣機進入反轉工作狀態(tài)。設計心得 通過這次課程設計，我學習到了很多東西，對于數(shù)電所學的知識進行了復習。本次課設中對簡易洗衣機控制器的設計，讓我對于數(shù)字電路和數(shù)字電路的工作狀態(tài)有了切實的了解，比起平時做題，親自動手進行實驗測試仿真要更加令人印象深刻。由于這次是單獨做一個課題，相比小組合作，需要投入的時間和精力要更多，這時更需要有自己的思考否則是不能解決遇到的問題的，對于這個簡易洗衣機控制器，我也不敢說完全的弄明白了，還是有些不懂的地方，但是因為大部分都是自己動手去做的，所以即使如此，還是有了不少的收獲，而且在仿真的時候不僅僅只用了multisim這一個軟件，還用到了EWB，protel等，對這些軟件的使用也熟悉了，總體來說，本次的數(shù)字電子技術課程設計使我對數(shù)電的理論和實際了解有所增加，增強了對問題的分析能力動手能力。 附錄一元器件清單序號名稱描述參考標識數(shù)量1單刀雙擲開關 SWITCH, SPDT J1, J2, J3, J4, J5, J66 2同步雙時鐘計數(shù)器 74LS, 74LS192N U2, U3, U4, U54 3三輸入與門 74LS, 74LS11N U1414同或門 74LS, 74LS266N U171 5異或門 74LS, 74LS136N U161 6四輸入與門 74LS, 74LS08N U7, U152 7四輸入與非門 CMOS_5V, 4002BD_5V U8, U192 8六反相器 74LS, 74LS04N U13, U182 9雙輸入與門 74LS, 74LS21N U61 10 555定時器555_TIMER_RATED, 555_TIMER_RATED U11 11 電容CAPACITOR_RATED, 1uF C11 12電容CAPACITOR_RATED, 0.1uF C21 13綠燈PROBE_GREEN, 2.5 V X11 14紅燈PROBE_RED, 2.5 V X21 15橙燈PROBE_ORANGE, 2.5 V X31 16黃燈PROBE_YELLOW, 2.5 V X41 17電阻RESISTOR, 1.908k R11 18電阻RESISTOR