數(shù)電課程設(shè)計洗衣機控制系統(tǒng)

課程設(shè)計報告課程設(shè)計題目：簡易洗衣機限制系統(tǒng)班級：學號姓名：指導老師：設(shè)計時間：2015年7月書目摘要概述課程設(shè)計任務及要求2.1設(shè)計任務2.2設(shè)計要求系統(tǒng)設(shè)計3.1方案論證3.2系統(tǒng)設(shè)計結(jié)構(gòu)框架圖及說明3.2.2系統(tǒng)原理圖及工作原3.3單元電路設(shè)計單元電路工作原理元件參數(shù)選擇第4章軟件仿真4.1仿真電路圖4.2仿真過程4.3仿真結(jié)果第5章安裝調(diào)試（略）5.1調(diào)試要點5.2調(diào)試過程中出現(xiàn)的問題及解決方法第6章結(jié)論第7章運用儀器設(shè)備清單參考文獻收獲、體會和建議摘要本設(shè)計實現(xiàn)電機的正傳、反轉(zhuǎn)、暫停，用兩個LED燈的三種狀態(tài)來表示，當顯示時間前20秒正傳、暫停10秒、反轉(zhuǎn)20秒、再暫停10秒，如此一來，周期恰好是60秒，正好一個60秒減計數(shù)器可以構(gòu)成一個循環(huán)結(jié)構(gòu)。循環(huán)的總時間可以用一個外圍100進制減計數(shù)器解決，并用兩個數(shù)碼管顯示時間。這樣一個電路的主體電路就構(gòu)造出來了，然后一步步實現(xiàn)其詳細的功能。用一個74LS74觸發(fā)器限制整個電路的停止和清零以及連接蜂鳴器計構(gòu)成報警模塊。信號發(fā)生器仿真時就干脆用方波信號代替，安裝電路的時候就干脆用脈沖信號。設(shè)置兩個開關(guān)以限制電路的啟動和隨時停止。其基本原理是：首先，從秒脈沖出來的信號，經(jīng)過一個限制電路后進入秒計數(shù)器進行秒計數(shù)，進行清零，這時用戶置入洗滌時間，并按起先按鈕，洗衣機起先工作。當秒計數(shù)器變?yōu)榱愕臅r候，去分鐘計數(shù)器上面借數(shù)；和此同時，從十秒位轉(zhuǎn)化出來的信號進入移位寄存器后，LED燈表示出電機運轉(zhuǎn)狀態(tài)；當用戶設(shè)定的洗滌時間結(jié)束后，電路報警并清零；同時電機指示燈熄滅。關(guān)鍵詞：計數(shù)器指示燈觸發(fā)器概述洗衣機的簡易定時限制系統(tǒng)要求實現(xiàn)電機的正傳、反轉(zhuǎn)、暫停，須要用4個LED燈的狀態(tài)來表示，一個周期為60s，前20秒正傳、暫停10秒、反轉(zhuǎn)20秒、再暫停10秒。因此須要分鐘計數(shù)器、秒計器、秒脈沖產(chǎn)生器脈。涉及到分鐘計數(shù)器和秒鐘計數(shù)器所以須要考慮是60分頻器，就我們所學過的來說實現(xiàn)循環(huán)有移位寄存器；當洗滌時間到了，報警還要一個報警電路，依據(jù)人性化、自動化、低成本的設(shè)計原則，報警的蜂鳴器不行以長時間的叫，要有個合理的時間，我們可以用一個單穩(wěn)態(tài)電路來實現(xiàn)。還有一個問題要解決：如何提取時間并使循環(huán)電路工作的信號?方案有兩種：一是干脆從數(shù)值上進行提取信號來限制一個可以實現(xiàn)循環(huán)的74LS194來實現(xiàn)；另一種是制作一個二十進制到十進制的循環(huán)轉(zhuǎn)化來把這一分鐘走完，但是從電路的困難程度和經(jīng)濟性來說，明顯后者太過于困難，也不利于接線和排故障，雖然難度會大一些，但是性能較好。第2章課程設(shè)計任務及要求2.1設(shè)計任務洗衣機簡易定時限制系統(tǒng)實現(xiàn)電機的正傳、反轉(zhuǎn)、暫停，須要用4個LED燈的狀態(tài)來表示，一個周期為60s，前20秒正傳、暫停10秒、反轉(zhuǎn)20秒、再暫停10秒。2.2設(shè)計要求

1.洗衣機電機的工作依次：

啟動——>正轉(zhuǎn)20s——>暫行10s——>反轉(zhuǎn)20s——>暫行10s——>停止2.用4個LED模擬洗衣機的動作狀態(tài):LED1～LED4右移循環(huán)點亮表示正轉(zhuǎn)，LED1～LED4左移循環(huán)點亮表示反轉(zhuǎn)，LED1～LED4同時閃耀點亮表示暫停，全滅為停止。3.用數(shù)碼管顯示洗滌時間，按倒計時方式對洗滌過程作計時顯示，直到時間到停機，并發(fā)出音響信號報警。4.洗滌時間在0-60分鐘內(nèi)可由用戶隨意設(shè)定，并設(shè)置啟動鍵，在預置定時時間后，按啟動鍵起先機器運轉(zhuǎn)。5.設(shè)置停止鍵，在洗滌過程中隨時按該鍵可終止動作，并使顯示器清0。第3章系統(tǒng)設(shè)計3.1方案論證本試驗實行先用multisim7軟件對交通燈定時系統(tǒng)的原理仿真，再采納分模塊時間進行操作臺實現(xiàn)的簡易科學方法。試驗中采納較為基本的芯片來實現(xiàn)計數(shù)器計數(shù)、狀態(tài)轉(zhuǎn)換等功能，這些都是在數(shù)字電子模擬課程中重點學習駕馭的學問，所以對實物的實現(xiàn)比較簡單。3.2系統(tǒng)設(shè)計3.2.1結(jié)構(gòu)框圖及說明如下所示：3.2.2系統(tǒng)原理圖及工作原理3.3單元電路設(shè)計3.3.1單元電路工作原理1.一百進制分計數(shù)器和六十秒計數(shù)器設(shè)計（1）分、秒計數(shù)器的設(shè)計1.分、秒計數(shù)器模塊一百進制分計數(shù)器和六十秒計數(shù)器的原理是一樣的，不同的只是它們的輸入脈沖和進制不同而已，我們用四片74LS192來實現(xiàn)分計數(shù)和秒計數(shù)功能，我們要的只是減計數(shù)，所以我們把它的UP端接到高電平上去,DOWN端接到秒脈沖上；非常秒位上的輸入端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192起先從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，始終到變?yōu)?；當凹凸位全為零的時候，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。對于分計數(shù)來說，道理也是一樣的；只是要求，當秒計數(shù)完成了，分可以自動削減，須要把秒十位的借位端BO端接到分計數(shù)的DOWN端作為分計數(shù)的輸入信號來實現(xiàn)秒從分計數(shù)上的借位。當然，這些計數(shù)器工作，其中的清零端CR要處于低電平，置數(shù)端不置數(shù)時要處于高電平。這是一個獨立工作的最高可以顯示101分鐘的計時器。把四個192的QA/QB/QC/QD都接到外部的顯示電路上就可以看到時間的顯示了。作為洗衣機限制器的一個模塊，它還得有肯定的接口來和其他的模塊連接在一起協(xié)調(diào)工作，分計數(shù)的清零端LD是接在一起的；秒的清零端LD又是接在一起的，所以當要從外部把它們強制清零時，可以用一個三極管（NPN）或者兩個或門就可以實現(xiàn)該功能。還有我們可以利用分計數(shù)的UP端來進行外部置數(shù)，當把它們各接到一個低觸發(fā)（平常保持高電平，外部給一個力就輸入一個低電平）的脈沖上就可以實現(xiàn)從0－9的數(shù)字輸入。

2．秒脈沖產(chǎn)生器原理秒脈沖發(fā)生器由555定時器電路及外圍電路組成，電路接通電源的瞬間，由于電容C1來不及充電，Vc=0V，所以555定時器狀態(tài)為I，輸出Vo為高電平。同時，集電極輸出端DIS對地斷開，電源Vcc對電容C1充電，電路進入暫穩(wěn)態(tài)I，此后，電路周而復始地產(chǎn)生周期性的輸出脈沖。多諧振蕩器兩個暫穩(wěn)態(tài)的維持時間取決于RC充、放電回路的參數(shù)。暫穩(wěn)態(tài)Ⅰ的維持時間，即輸出Vo的正向脈沖寬度T1≈0.7(R1+R2)C1；暫穩(wěn)態(tài)Ⅱ的維持時間，即輸出Vo的負向脈沖寬度T2≈0.7R2C1。因此，振蕩周期T=T1+T2=0.7(R1+2R2)C1，振蕩頻率f=1/T。正向脈沖寬度T1和振蕩周期T之比稱矩形波的占空比Ｄ，由上述條件可得D=（R1+R2）/（R1+2R2），若使R2>>R1，則D≈1/2，即輸出信號的正負向脈沖寬度相等的矩形波（方波）。若T=1s,令C=10uF，R1=39kΩ，則R2約為51kΩ。555定時器構(gòu)成多諧振蕩器的工作波形圖原理圖：

3..指示燈顯示模塊用2片74LS151數(shù)據(jù)選擇器，將秒針的十位輸出信號的低三位依次連接到74LS151的A、B、C輸入端，74LS151的輸出端分別連接一個LED燈。電路圖如下：

4.限制電路在各單元電路完成了，最終要把它們有效的結(jié)合起來聯(lián)合工作，實現(xiàn)目的功能。我們要求在給分鐘置數(shù)的同時秒要顯示為零；外部還要有強制停止并清零；還有暫停功能。對于置數(shù)來說，我們可以在分鐘計數(shù)器的UP端到高電平之間各用一個開關(guān)接上，就當給它一個低電平常，計數(shù)器就往上增加1。但時，192要求在UP端工作的同時，其DOWN端要為高電平，且秒計數(shù)器要為零，我們可以讓秒計數(shù)器清零，同時把脈沖停止了。在高電平上接上一個開關(guān)，讓它接到一個JK觸發(fā)器上，同時把JK觸發(fā)器的JK端接1，讓它實現(xiàn)觸發(fā)功能。讓它的Q端輸出到秒計數(shù)器的清零端，這樣剛開機或者再按一下開機鍵就可以對秒計數(shù)器清零。把JK觸發(fā)器的Q反端和從分計數(shù)器借位端Bo反相出來的信號接到一個和非門上，從和非門出來的信號接到分計數(shù)器的DOWN端來保證置數(shù)的時候DOWN是高電平。但是假如僅是這樣的話，當置數(shù)完成再一次按開機鍵（如圖中的J3所示）時，沒有脈沖信號輸入到秒計數(shù)器的DOWN端，192并不行以工作。我們可以把脈沖和JK觸發(fā)器Q反端接到一個和門上，然后把它上輸出端接到秒計數(shù)器的DOWN端以限制計數(shù)。先休息一下?，F(xiàn)在的問題是，循環(huán)的發(fā)光二極管沒有受到限制鍵的限制，所以還得把受到限制的從和門U12出來的信號輸出到移位寄存器194的時鐘信號CLK上。最終要解決一個大問題，當所置的洗衣時間完成后，要發(fā)出報警并自動清零。至于報警電路我們知道當計數(shù)器全為零的時候，從秒位會發(fā)出一個借位信號，一干脆到非常位上去，非常位會發(fā)出一個借位信號，我們可以用這個信號來作為報警并清零的信號，平常192的借位端保持的是高電平，當有借位信號時，其變成0，我們在分十位借位端接一個非門，再把它和分位的CLR端一起接到一個和門，也須要把它接到一個JK觸發(fā)器（U10）上作為其時鐘信號，其后再接到單穩(wěn)態(tài)電路的輸入端TRI，單穩(wěn)態(tài)的輸出端接到蜂鳴器上。而該和門（U14）的另一輸入端接在限制開關(guān)J3上，和門出去仍舊接在JK觸發(fā)器U9上，這樣當洗衣時間完成后，非常計數(shù)器的借位端Bo端發(fā)出的0信號就可以經(jīng)過以上路徑而變成1到達和門U14，同時JK觸發(fā)器U10得到一個觸發(fā)信號而輸出到單穩(wěn)態(tài)，從而發(fā)出報警聲，但一段時間后其自動停止。同時U14發(fā)出的1信號使U9發(fā)出1信號而使秒計數(shù)器清零；當然秒脈沖因為U9端的Q反端的0信號而使其沒有輸出，這樣原來閃耀的燈不再亮了。到此，一個電路終于還可以了吧，我們有時還須要讓它休息一下，我們變更一下洗衣量時，就還須要一個暫停鍵，這也可以的，只要把秒脈沖切斷就可以了。我們可以在限制脈沖輸出的和門U12和脈沖到達端之間接入一個由開關(guān)限制的JK觸發(fā)器來限制的和門，這樣就可以限制脈沖的輸出了。我們知道和門是其中一輸入為零時，無論另一端時怎樣的其輸出為零，但一端為1時，另一端輸入什么和門就可以輸出什么?，F(xiàn)在限制端也連起來了，這樣，一個完整的洗衣機限制電路就完成了。其整體原理圖如下：元件參數(shù)選擇電容C=10uF電阻R1=39KR2=51K(用固定電阻47K和5K的點位器相串聯(lián)代替電阻R2)。第4章軟件仿真4.1仿真電路圖（1）分、秒計數(shù)器（2）=1\*GB3①秒脈沖產(chǎn)生器=2\*GB3②仿真波形圖（3）整體電路圖仿真4.2仿真過程及結(jié)果正轉(zhuǎn)：反轉(zhuǎn)：暫停：停止：第5章安裝調(diào)試本設(shè)計僅實現(xiàn)至Multisim軟件仿真階段，未進行實際的安裝調(diào)試，因此省略安裝調(diào)試的環(huán)節(jié)。第6章結(jié)論經(jīng)過一周的努力，我最終完成了電子課程設(shè)計——交通燈定時限制電路系統(tǒng)。通過兩周不斷的查找資料的過程讓我積累了許多實際操作閱歷，已初步駕馭了數(shù)電的應用技術(shù)，以及數(shù)字電路的學問和有關(guān)器件的應用。我深刻地體會到數(shù)字電子技術(shù)對當代社會發(fā)展的重要作用。經(jīng)過這次課程設(shè)計，我學到許多東西。社會的不斷發(fā)展電子產(chǎn)品實踐使我相識到我現(xiàn)在所學的學問還遠遠不夠，在實際操作應用中有些問題還不能解決，所以我要在今后的學習中更加努力，學好自己的專業(yè)學問以充溢自己，來適應日新月異的現(xiàn)代社會。在這次課程設(shè)計中，我學會了Multisim的運用和操作,學會了如何利用網(wǎng)絡資源,學會了怎么看電路圖,讀電路圖,這些都使我受益匪淺，并為我以后的學習和工作積累了豐富的閱歷。經(jīng)過了這次課程設(shè)計，深有感受，收獲也是不少的，它使我們對課本以及以前學過的學問有了一個更好的總結(jié)和理解，也讓我們知道了，光分開使不夠的，從外面學到的學問要把形成一各整體，這也很好的訓練了外面對開發(fā)一個項目應當有怎樣的思路和打算更清楚。它讓我學會了如何把理論和實踐結(jié)合起來。有這樣的機會和收獲，要感謝老師的輔導以及同學的幫助，無論是學習還是生活，生活是實在的，要踏實走路，雖然自己走出來的路要坎坷的多，但覺得踏實、放心。第7章運用儀器設(shè)備清單器件型號用途介紹數(shù)量74L