簡易洗衣機(jī)控制器設(shè)計(jì).doc

武漢理工大學(xué)數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)說明書1課程設(shè)計(jì)任務(wù)書 學(xué)生姓名： 楊勇 專業(yè)班級(jí)： 通信0804 指導(dǎo)教師： 劉雪冬 工作單位： 信息工程學(xué)院 題 目: 簡易洗衣機(jī)控制器設(shè)計(jì) 初始條件：multisim仿真軟件，EWB軟件，protel dxp2004 要求完成的主要任務(wù): 1. 完成本題目的理論設(shè)計(jì)，相關(guān)參數(shù)符號(hào)設(shè)計(jì)目的2. 對(duì)理論設(shè)計(jì)方案進(jìn)行實(shí)物測試或仿真分析，并與理論結(jié)果進(jìn)行對(duì)比3. 完成設(shè)計(jì)報(bào)告，詳細(xì)說明理論設(shè)計(jì)過程以及測試/仿真分析結(jié)果 時(shí)間安排：7.5： 理論設(shè)計(jì)7.67.7：安裝調(diào)試或仿真7.8： 撰寫報(bào)告7.9： 答辯指導(dǎo)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(wù)：簡易洗衣機(jī)控制器4簡易洗衣機(jī)控制器設(shè)計(jì)5方案一5方案二5單元電路設(shè)計(jì)與參數(shù)的計(jì)算7秒脈沖發(fā)生器7分秒計(jì)時(shí)器8時(shí)間譯碼器10總電路12設(shè)計(jì)心得14附錄一元器件清單15附錄二參考文獻(xiàn)18武漢理工大學(xué)數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)說明書摘 要本設(shè)計(jì)是有關(guān)簡易的洗衣機(jī)控制器的設(shè)計(jì)，利用數(shù)字電子技術(shù)的知識(shí)，通過multisim仿真軟件簡單地設(shè)計(jì)仿真洗衣機(jī)控制器的工作過程。設(shè)計(jì)電路中包含有脈沖發(fā)生器，分秒計(jì)時(shí)器和時(shí)間譯碼器，在脈沖信號(hào)作用下，不同時(shí)刻輸出不同的電平信號(hào)，以此控制洗衣機(jī)的工作過程，利用電路的作用完成洗衣機(jī)工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)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(shè)計(jì)簡易的洗衣機(jī)控制器，主要利用了數(shù)字電子技術(shù)的知識(shí)，通過各種芯片，門電路等器件，構(gòu)成一個(gè)能夠計(jì)時(shí)和發(fā)出信號(hào)的可控電路，通過脈沖發(fā)生器，分秒計(jì)時(shí)器，和時(shí)間譯碼器的共同作用，完成洗衣機(jī)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(shí)間，還能通過置數(shù)部分對(duì)洗衣機(jī)的工作進(jìn)行定時(shí)。 任務(wù)：簡易洗衣機(jī)控制器（1）設(shè)計(jì)一個(gè)電子定時(shí)器，控制洗衣機(jī)按如下洗滌模式進(jìn)行工作：定時(shí)啟動(dòng)正轉(zhuǎn)20秒暫停10秒反轉(zhuǎn)20秒暫停10秒定時(shí)未到定時(shí)到停機(jī)圖3 洗衣機(jī)控制器功能示意圖（2）當(dāng)定時(shí)時(shí)間達(dá)到終點(diǎn)時(shí)，一方面使電機(jī)停機(jī)，同時(shí)發(fā)出音響信號(hào)（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(yù)置時(shí)間（以分鐘為單位），按倒計(jì)時(shí)方式對(duì)洗滌過程作計(jì)時(shí)顯示，直到時(shí)間到而停機(jī)。（4）三只LED燈表示“正轉(zhuǎn)”、“反轉(zhuǎn)”和“暫停”3個(gè)狀態(tài)。（5）畫出電路原理圖。（6）進(jìn)行電路的仿真與調(diào)試。簡易洗衣機(jī)控制器設(shè)計(jì)方案一 方案二 分析：本定時(shí)器實(shí)際上包含兩級(jí)定時(shí)的概念，一是總洗滌過程的定時(shí)，而是在總洗滌過程中又包含電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和暫停三種定時(shí)，并且這三種定時(shí)是反復(fù)循環(huán)直至所設(shè)定的總定時(shí)時(shí)間到位置。當(dāng)總定時(shí)時(shí)間在020min以內(nèi)設(shè)定一個(gè)輸入之后T為高電平1，然后用倒計(jì)時(shí)的方法每分鐘減1直至T變?yōu)?.在此期間，若Z1=Z2=1，實(shí)現(xiàn)正轉(zhuǎn)；若Z1=Z2=0，實(shí)現(xiàn)暫停；若Z1=1,Z2=0,實(shí)現(xiàn)反轉(zhuǎn)。工作波形如下圖所示。實(shí)現(xiàn)定時(shí)的方法很多，比如采用單穩(wěn)電路實(shí)現(xiàn)定時(shí)，又如將定時(shí)初值預(yù)置到計(jì)數(shù)器中，使計(jì)數(shù)器運(yùn)行在減計(jì)數(shù)狀態(tài)，當(dāng)減到全零時(shí)，則定時(shí)時(shí)間到。而方案一的電路原理圖就是采用這種方法來實(shí)現(xiàn)的。由秒脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)經(jīng)60分頻后，得到分脈沖信號(hào)。洗滌定時(shí)的時(shí)間的初值先通過撥盤或數(shù)碼開關(guān)設(shè)置到洗滌時(shí)間計(jì)數(shù)器中，每當(dāng)分脈沖到來計(jì)數(shù)器減1，直至減到定時(shí)時(shí)間到為止。運(yùn)行中間，剩余時(shí)間經(jīng)譯碼后在數(shù)碼管上進(jìn)行顯示。單元電路設(shè)計(jì)與參數(shù)的計(jì)算秒脈沖發(fā)生器由于555定時(shí)器內(nèi)部的比較器靈敏度高，輸出驅(qū)動(dòng)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(shí)器構(gòu)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(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器，使之產(chǎn)生周期為1s，頻率為1Hz的脈沖。各參數(shù)經(jīng)公式計(jì)算獲得，電路設(shè)計(jì)如下。 仿真出來的輸出信號(hào)見下圖分秒計(jì)時(shí)器一百進(jìn)制分計(jì)數(shù)器和六十秒計(jì)數(shù)器的原理是相同的，不同的是它們的輸入脈沖和進(jìn)制不同而已。在此，用四片74LS192來實(shí)現(xiàn)分計(jì)數(shù)和秒計(jì)數(shù)功能，要求需要減計(jì)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(jìn)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(dāng)秒脈沖從秒位的DOWN端輸入的時(shí)候秒計(jì)數(shù)的74192開始從9減到0；這時(shí)，它的借位端BO 會(huì)發(fā)出一個(gè)低電平到秒十位的輸入端DOWN，秒十位的計(jì)數(shù)從6變到5，一直到變?yōu)?；當(dāng)高低位全為零的時(shí)候，秒十位的BO發(fā)出一個(gè)低電平信號(hào)，DOWN為零時(shí)，置數(shù)端LD等于零，秒十位完成并行置數(shù)，下一個(gè)DOWN脈沖來到時(shí)，計(jì)數(shù)器進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)減計(jì)數(shù)工作中。上圖是從網(wǎng)上找到的最初設(shè)計(jì)，不具備預(yù)置數(shù)功能，只能從讓計(jì)時(shí)器從100分鐘開始減計(jì)時(shí)。查閱相關(guān)資料后，在分計(jì)數(shù)部分的十位輸入端、秒個(gè)位的脈沖輸入端和四片74192的清零端都設(shè)置了開關(guān)，利用開關(guān)進(jìn)行置數(shù)，如下圖所示。其中J1，J2，J3，J4為置數(shù)開關(guān)，若不置數(shù)則為洗衣機(jī)原定工作時(shí)間10分鐘，操作開關(guān)可使洗衣機(jī)工作時(shí)間變長；J5為清零開關(guān)，用來使定時(shí)清零；J6是暫停開關(guān)，可以手動(dòng)對(duì)洗衣機(jī)進(jìn)行暫?？刂?。 J5清零開關(guān) J6暫停開關(guān)J1，J2，J3，J4，置數(shù)開關(guān)時(shí)間譯碼器在時(shí)間譯碼，狀態(tài)轉(zhuǎn)化的單元電路中，用三個(gè)指示燈，分別是綠燈代表“正轉(zhuǎn)”、橙燈代表“暫?！?、黃燈代表“反轉(zhuǎn)”。從60秒到40秒內(nèi)第一個(gè)燈亮，從40到30秒內(nèi)是第二個(gè)燈亮。在30到10秒內(nèi)是第三個(gè)燈亮，然后剩下的十秒鐘是第二個(gè)燈亮，如此完成第一個(gè)循環(huán)，剛好一分鐘，之后的時(shí)間依次循環(huán)。當(dāng)時(shí)間減到0時(shí)，由報(bào)警燈亮，用紅燈表示，提醒定時(shí)時(shí)間到。 由于Z1、Z2的定時(shí)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(jìn)制計(jì)數(shù)器的狀態(tài)中可以找到Z1、Z2的定時(shí)信號(hào)，經(jīng)譯碼后得到如波形Z1、Z2所示的信號(hào)。這兩個(gè)信號(hào)以及定時(shí)信號(hào)T控制門輸出后，得到推動(dòng)電機(jī)的工作信號(hào)。仿真電路如下圖示。A正轉(zhuǎn)，綠燈亮B反轉(zhuǎn)，黃燈亮C暫停，橙燈亮D時(shí)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(shí)現(xiàn)洗滌狀態(tài)、洗滌剩余時(shí)間的顯示，洗滌時(shí)間的預(yù)置，強(qiáng)制停機(jī)，啟動(dòng)可控等功能。通過開關(guān)J1到J4，對(duì)計(jì)時(shí)器進(jìn)行預(yù)置數(shù)，即進(jìn)行定時(shí)。用開關(guān)J5進(jìn)行定時(shí)清零，開關(guān)J6進(jìn)行手動(dòng)暫停功能。秒計(jì)時(shí)和分計(jì)時(shí)之間的74192芯片構(gòu)成60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，由于是定時(shí)操作，作減法計(jì)數(shù)。將計(jì)時(shí)信號(hào)通過門電路輸出，以指示燈表示信號(hào)，使洗衣機(jī)工作時(shí)滿足60到40秒時(shí)正轉(zhuǎn)，綠燈亮；39到30秒時(shí)暫停，橙燈亮；29到10秒時(shí)反轉(zhuǎn)，黃燈亮；9到0秒時(shí)暫停，橙燈亮。在這里的設(shè)計(jì)舉例說明，例如29到10秒時(shí)黃燈亮，此時(shí)秒計(jì)時(shí)的十位為1或2，用二進(jìn)制表示為0001和0010，所以對(duì)于該處的74192芯片輸出信號(hào)，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(shí)黃燈能夠亮，則還需要一個(gè)高電平輸入，觀察后可知，當(dāng)74192輸出為0001和0010時(shí)，QA和QB是相反的，所以，可將QA和QB輸出的兩個(gè)信號(hào)接到一個(gè)異或門74LS136上，這樣可以得到三輸入與門的第三個(gè)高電平信號(hào)，此時(shí)可以輸出高電平，黃燈亮，洗衣機(jī)進(jìn)入反轉(zhuǎn)工作狀態(tài)。設(shè)計(jì)心得 通過這次課程設(shè)計(jì)，我學(xué)習(xí)到了很多東西，對(duì)于數(shù)電所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行了復(fù)習(xí)。本次課設(shè)中對(duì)簡易洗衣機(jī)控制器的設(shè)計(jì)，讓我對(duì)于數(shù)字電路和數(shù)字電路的工作狀態(tài)有了切實(shí)的了解，比起平時(shí)做題，親自動(dòng)手進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測試仿真要更加令人印象深刻。由于這次是單獨(dú)做一個(gè)課題，相比小組合作，需要投入的時(shí)間和精力要更多，這時(shí)更需要有自己的思考否則是不能解決遇到的問題的，對(duì)于這個(gè)簡易洗衣機(jī)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?yàn)榇蟛糠侄际亲约簞?dòng)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(shí)候不僅僅只用了multisim這一個(gè)軟件，還用到了EWB，protel等，對(duì)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(shù)課程設(shè)計(jì)使我對(duì)數(shù)電的理論和實(shí)際了解有所增加，增強(qiáng)了對(duì)問題的分析能力動(dòng)手能力。 附錄一元器件清單序號(hào)名稱描述參考標(biāo)識(shí)數(shù)量1單刀雙擲開關(guān) SWITCH, SPDT J1, J2, J3, J4, J5, J66 2同步雙時(shí)鐘計(jì)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(shí)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