简易洗衣机控制电路的设计.doc

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1、武汉理工大学数字电子技术基础课程设计说明书 目 录1 Proteus软件介绍12 设计思路23 整体设计框图34 单元电路设计44.1集成芯片44.2 1HZ秒脉冲产生电路54.3 递减计数器与时间显示电路64.4 洗涤时间设置电路84.5 工作状态显示电路94.6 控制开关电路115 整体电路图126 调试与结果分析136.1电路调试与改进.136.2仿真结果分析.137 元器件清单148 心得体会159 参考文献16武汉理工大学数字电子技术基础课程设计说明书1 Proteus软件介绍Proteus软件是英国LABCENTERELECTRONICS公司出版的EDA工具软件。它不仅具有其它ED

2、A工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。Proteus是世界上著名的EDA工具（仿真软件），从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。Proteus软件具有4大功能模块：智能原理图设计、完善的电路仿真功能、独特的单片机协同仿真功能、实用的PCB设计平台。由于Proteus软件界面直观、操作方便、仿真测试和分析功能强大，因此非常适合电子类课程的课堂教学和实践教学，是一种相当好的电子技术实训工具，同时也是学生和电子设计开发人员进行电路仿真分析的重要手段。Proteus软件具有其它EDA

3、工具软件（例：multisim）的功能。这些功能是：（1）原理布图（2）PCB自动或人工布线（3）SPICE电路仿真革命性的特点（1）互动的电路仿真用户甚至可以实时采用诸如RAM，ROM，键盘，马达，LED，LCD，AD/DA，部分SPI器件，部分IIC器件。（2）仿真处理器及其外围电路可以仿真51系列、AVR、PIC、ARM、等常用主流单片机。还可以直接在基于原理图的虚拟原型上编程，再配合显示及输出，能看到运行后输入输出的效果。配合系统配置的虚拟逻辑分析仪、示波器等，Proteus建立了完备的电子设计开发环境。2 设计思路（1）显示模块：首先洗衣机工作时间需要显示，所以我们需要一个显示模块。

4、并且，根据要求可知，洗衣机是先设置时间然后时间递减的，因此我们需要有递减功能的计数器。结合学过的知识，我们采用可逆计数器CT74LS192实现计数功能。计数器配合使用CT74LS48译码器还有数码管实现洗涤时间显示。时间要求显示分秒，分两位显示，秒两位显示，配套四个数码管的需要四片CT74LS192和四片CT74LS48。（2）定时：对于洗衣机电机的工作顺序：启动正转20s暂停10s反转20s暂停10s停止。可知工作一圈是60s，且其呈现周期循环，需要设计一个定时器控制洗衣机电机的运转，我们可利用计数器的功能进行60s的计数，并利用洗衣机电机工作状态转换的时间来设置正转、暂停、反转。（3）LE

5、D显示模拟工作状态：LED1LED4右移循环点亮表示正转，LED1 LED4左移循环点亮表示反转，LED1LED4同时闪烁点亮表示暂停，全灭为停止。根据学习的理论知识，循环移动我们首先想到的是移位寄存器CT74LS194,但是移位寄存器的循环左移还是循环右移，循环点亮和循环熄灭的设置非常复杂，在本次设计中最终没有成功利用它实现LED的控制，于是转换了思路，利用译码器和逻辑门电路构成了正转、暂停、反转的三种不同状态分别为01、00、10，同时利用这三种状态设计出计数器与逻辑门电路，完成了对与之对应的LED工作状态的控制电路。（3）触发信号：洗衣机的工作时间是以秒来显示的，因此需要有一个周期为一秒

6、的脉冲信号触发计数器工作。根据理论知识，用555定时器构成的多谐振荡器的电路结构能够产生矩形脉冲信号。（4）设置时间：要求洗涤时间从0-60分钟可以任意设置，则必须有外部手动控制端进行时间设置。想到我们用的是CT74LS192可逆计数器，计数时只用到了减计数时钟端，因此可以利用加计数时钟端来实现洗涤时间的设置。外部控制端：我们需要启动键和停止键并且停止时，数码管要清零。因此，停止键应该与计数器的清零端有联系。设置好洗涤时间后，按启动键开始进行减计数，因此启动键与脉冲信号有联系，应该与产生秒脉冲的555定时器联系。3 整体设计框图根据上述设计思路，我们分为了脉冲信号产生、洗涤时间显示、洗涤时间设

7、置、LED显示工作状态、外部控制等几个模块，然后整合在一起形成了一个整体的工作框图，如图-3.1所示。仿真过程：首先启动仿真键，然后把电路的启动/暂停开关置于暂停，接下来清零，用户设置洗涤时间，并把启动/暂停开关打到启动，开始工作。工作过程中，利用计数器秒计数的十位数值变换表示电机的工作状态，控制LED的显示与设计要求一致，时间减到零后，电机指示灯出现光报警，工作结束。洗涤时间显示7448译码器电机工作状态指示灯1HZ脉冲产生洗涤时间设置分脉冲计数器秒脉冲计数器控制开关时间译码器 LED工作控制图-3.1 洗衣机控制整体框图4 单元电路设计4.1 集成芯片Proteus中CT74LS192、C

8、T74LS137的逻辑功能图如图-4.1.1所示。图-4.1.1 74LS192逻辑功能图 图-4.1.2 74LS137逻辑功能图输入输出MRPLUPDND3D2D1D0Q3Q2Q1Q01000000dcbadcba011加计数011减计数表-4.1.1 74LS192功能表输入输出是能输入数码输入Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7E1E2LEABC*1*111111110*111111111000000111111110000110111111100010110111111000111110111110010011110111100101111110111001101111110110011

9、111111110100*锁存器中锁存的地址对应的输出端为0，其他输出端为1表-4.1.2 74LS137功能表4.2 1HZ秒脉冲产生电路利用555定时器构成多谐振荡器，产生1HZ矩形脉冲信号，如图-4.2.1。图-4.2.1 1HZ矩形脉冲信号产生电路555定时器构成的多谐振荡器所输出的矩形脉冲信号的频率计算式为故选定元件参数，R1=43K，R2=50K，C1=0.01uF，C2=10uF。其中电容C2的作用是抗干扰。4.3 递减计数器与时间显示电路六十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

10、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D2、D3端接到高电平上，即从输入端置入0110（十进制的6），秒十位的置数端PL和借位端TCD连在一起，再把秒位的TCD端和十秒位的DN连在一起。当秒脉冲从秒位的DN端输入的时候秒计数的74ls192开始从9减到0；这时，它的借位端TCD 会发出一个低电平到秒十位的输入端DN，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TCD发出一个低电平信号，DN为零时，置数端PL等于零，秒十位完成并行置数，下一个DN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

11、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TCD端接到分计数的DN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MR要处于低电平，置数端PL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60分钟的计时器。把四个74LS192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MR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

12、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09的数字输入。如此利用四片74LS192构成的递减计数器（包括秒脉冲计数器和分脉冲计数器）以及洗涤时间显示电路设计如下图-4.3.1所示。图-4.3.1 计时器显示工作电路4.4 洗涤时间设置电路 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09的数字输入。因此设计出洗涤时间设置电路如下图-4.4.1，每次按动开关都将使洗涤时间的对应位（十位或者个位）增加1，最大增加至9，

13、又由于所设置洗涤时间为60分内，故当我们对洗涤时间进行设置时，十位所置数小于6。图-4.4.1 洗涤时间设置电路4.5 工作状态显示电路 第一步：分析洗衣机的工作状态，对于洗衣机电机的工作顺序有“启动正转20s暂停10s反转20s暂停10s停止. ”，我们可以将三种工作状态假设为正转，暂停，反转依次设为01,00,10。从而设计出合适电路如图-4.5.1所示。图-4.5.1 工作状态控制电路第二步：分析实验设计中要求用4个LED模拟洗衣机的动作状态:LED1LED4右移循环点亮表示正转，LED1 LED4左移循环点亮表示反转，LED1LED4同时闪烁点亮表示暂停，全灭为停止，显然可以利用移位寄

14、存器来设计，但是由于本次设计未能成功利用移位寄存器仿真而转换了思路，选择了利用正转、暂停、反转的三种不同状态分别为01、00、10，以1表示工作以0表示暂停从而分次序的完成设计。首先，考虑到LED的连续循环点亮，可以想到控制LED一端电平的连续循环变化达到要求，又由于有4个LED,我们采用4进制计数器即可产生循环变化的4个数，这样我们可以利用译码器从而在4个输出端得到依次变化的低电平，如此，我们可以将LED另一端接高电平，从而实现循环点亮。其次，考虑到存在正转和反转两种不同状态，我们需要改变译码器输入端的数字变化次序，如此分析四个数字变化规律，以及利用正反转表示状态的不同来设计出合适门电路。在

15、此次设计中，我们采用74LS192构成一个4进制减数计数器，同时利用正反停指示器1在正转时电平为0，反转时电平为1来构成合适门电路。简略列出真值表如下表-4.5.1所示。正反停指示器1计数器输出译码器输入端0（正转）11110（正转）10100（正转）01010（正转）00001（反转）11001（反转）10011（反转）01101（反转）0011 表-4.5.1 真值表于是我们可以发现我们可以利用异或门电路来完成这一构想，从而实现出正转与反转两种状态下LED不同的循环状态。最后，剩下的就是暂停状态的显示了。先区分出暂停与工作状态的不同，利用上面设置的工作状态表示，我们可容易得到工作以1表示，

16、暂停以0表示。如此可利用这两种电平控制译码器的工作，容易得到工作时状态如上步分析，暂停时灯全部熄灭。为使其能闪烁，我们可以考虑利用脉冲信号，工作状态的表示与门电路来设计。综合上述分析，我们可以设计出LED控制电路如图-4.5.2所示。图-4.5.2 LED控制电路图4.6 控制开关电路利用借位端由1变为0，作为JK触发器下降沿的脉冲，然后利用相应的门电路来控制计数器的清零端MR和DN端，从而达到控制计数器的要求。为达到使计数器清零效果，利用复位开关人为的制造下降沿脉冲来控制JK触发器的工作，其中JK均置1，实现翻转效果。利用工作开关控制多谐振荡器的电源输入，从而控制脉冲的产生，实现控制电路的目

17、的。如图-4.6.1所示。设计中的报警系统是以蓝色LED灯作为洗衣机停止的报警灯，洗衣机停止工作时蓝色LED闪烁，此时可控制开关切断电源。如图-4.6.2所示。 图-4.6.1 控制开关电路 图-4.6.2 报警灯电路5 整体电路图 综合上面的原理，设计思路，以及每部分电路的设计，得到电路图如图-5.1。 图-5.1 简易洗衣机控制电路6 调试与结果分析6.1电路调试与改进故障1：工作状态控制电路中的A、B、C与U3的Q0、Q1、Q2顺序有误。故障2：时间电路的设定。故障3: 若要控制1HZ脉冲的产生，则JK触发器的R端不应与VCC连接。改进1：LED的循环闪亮主要是改变译码器的输入端，正转时

18、为输入顺序位A，反转时输入顺序应该相反，设置好4进制计数器，然后利用其输出端Q1、Q0的变化规律列出真值表，求出所需门电路。改进2：利用计数器UP特性，为其可控置入低电平以改变十分位和个分位的显示。改进3：利用开关控制555的电源输入，从而控制脉冲信号的产生。6.2仿真结果分析控制开关SW3控制电路的启动、停止工作，当SW3拨向高电位时，电路接通，正常工作；当SW3拨向低电位时，电路未接通电源，停止工作。两个置数按钮可以控制洗涤时间的设置，每按动一次设置按钮，出现一次时钟脉冲信号，计数器加1，从而冲洗涤时间在0-60分钟内任意设定。复位开关控制显示器的清零。计时器部分属于递减计数，实现倒计时功

19、能，当时间减至00时，最高位计数器U1的TCD输出0，经非门电路后产生高电位使LED5亮，实现了报警功能。 译码器和逻辑门电路产生01、00、10三种不同状态控制洗衣机正转、暂停、反转。若设置一个50s周期内，前20s LED1 LED4红灯右移点亮，表示正转；10s LED1 LED4同时闪烁点亮，表示暂停；后20s LED1 LED4红灯左移点亮，表示反转，时间减到0时4个灯全灭，表示停止。7 元器件清单CategoryQuantityReferenceValue,Order CodeResistors1R143kM100KResistors2R2,R350kM100KResistors2

20、R4,R5100kM100KCapacitors1C10.01uMaplin VM87UCapacitors1C210uMaplin VM87UIntegrated Circuits5U1-U4,U1874LS192Integrated Circuits4U5-U874LS48Integrated Circuits1U9555Integrated Circuits2U10,U1174LS00Integrated Circuits1U124027Integrated Circuits2U13,U1574LS137Integrated Circuits1U1474LS08Integrated Ci

21、rcuits1U1674LS32Integrated Circuits1U1774LS86Integrated Circuits1U19NOTDiodes4D1-D4LED-REDDiodes1D5LED-BLUEMiscellaneous1SW3SW-SPDT8 心得体会9 参考文献1 伍时和，吴友宇，凌玲. 数字电子技术基础M.北京：清华出版社，2009.2 康华光, 陈大钦.电子技术基础数字部分(第四版)M.北京：高等教育出版社, 2004.3 张文涛，吴建春.PROTEUS仿真软件应用M.武汉：华中科技大学出版社，20104 张丽华，刘勤勤.数字电子技术基础仿真实验M.西安：电子科技大学出版社，2008.5 罗中华，曾清生.数字电路与逻辑设计M.北京：清华大学出版社，2004. .17