电子课程设计
题目： 洗衣机定时控制器
学 院： 电子信息工程学院
班 级： 测控111201 姓 名： 罗以建 学 号： [1**********]3 指导教师： 刘 鑫
2013年12 月 26日
目 录
1、 2、 3、 4、
设计任务要求„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 2 总体框图„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 2 选择器件„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 4 功能模块„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 6
5、总体设计电路图„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 10 6、分析与改进„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 11 7、小结与体会„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 12 8、元器件清单„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 13 参考文献„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„13
一，设计任务与要求
1、设计任务
(1) 控制洗衣机的正反转电动机应做运转，洗衣机的正反转用指示灯代替
(2)用两位数码管显示洗涤的预置时间，按倒计时方式对洗涤过程做计时显示，直到时间到而停机
(3) 当定时时间到达终点，一反面使电机停止，同时发出音响信号提醒用户注意。 （4）洗涤过程在送入预置时间后就开始运行
2，设计要求：
写出设计步骤，画出设计电路图，并在Multisim软件中进行仿真，选择电子器件设计电路图，试验箱连线，实现硬件电路功能
2.总框体图
2.1设计总思路
一分钟定时到 正转秒暂停10 20秒暂停10秒 停机 循环 2.2.设计分思路
1、 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——>正转20s——>„„——>时间到停止”设计一个定时器控制洗衣机的电机的运转，由其正传反转及暂停时间分析知道洗衣机运转的周期为60s，并且呈现周期循环，知道时间到停止为止。我们可以利用计数器的功能进行60s的计数，及需要一个秒计数器，并且利用洗衣机的电机工作状态转换的时间来设置正转吗、暂停、反转。
2、如此则需要为计数器设置一个合适的脉冲，设计中的秒计数器所需的脉冲必为1HZ脉冲，因此可以考虑555定时器，利用其构成多谐振荡器产生矩形脉冲信号。
3、对于用数码管显示洗涤时间，按倒计数方式对洗涤对洗涤过程作倒计时显示，并且洗涤时间在10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。分析知道我们还需要设置一个分钟计数器，可以利用秒计数器的借位端
BO端连接到分计数器的DOWN端作为分计数器的输入信号来实现秒从分计数器上的借位从而构成分计数器的工作脉冲。在要求中要求倒计时，显然我们需要递减计数器，和利用开关控制计数器的清零端CR的电平或555电源输入以控制电路工作。
4、对于用LED模拟洗衣机的工作状态：LED1点亮表示正转，LED2点亮表示暂停，LED3点亮表示反转。显然可以利用74ls138译码器，将秒十位的Qa、Qb、Qc分别接至A、B、C端进行译码，将输出4、5，0、3，1、2分别接至与非门输出分别接至LED1、LED2、LED3，从而实现洗衣机工作状态的指示。 2.3、基本原理与设计框图
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，这时用户置入洗涤时间，并按开始按钮，洗衣机开始工作。利用秒计时器十位上的数值变换表示出电机的运转状态，同时利用译码器和门电路设计出适合的电路使LED工作达到设计要求；当用户设定的洗涤时间结束后，电路报警。 有设计思路作出设计方案如下： 设计方案；
3.选择器件
3、1 芯片74ls192的逻辑功能
U1
CLR~LOADUPDOWNABCD
~CO~BO
QAQBQCQD
74LS192D
74ls192的逻辑功能表如下表所示
3.2，555定时器
555定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。它也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。555 定时器的内部电路框图如下图所示。
表 555定时器的功能表
3. 3, 74ls138译码器
74HC138基本功能
74LS138 为3 线－8 线译码器，共有 54/74S138和 54/74LS138 两种线路结构型式，其74LS138工作原理如下：
当一个选通端（G1）为高电平，另两个选通端（/(G2A)和/(G2B)）为 低电平时，可将地址端（A、B、C）的二进制编码在一个对应的输出端以低 电平译出。
74LS138的作用:
利用 G1、/(G2A)和/(G2B)可级联扩展成 24 线译码器；若外接一个反 相器还可级联扩展成 32 线译码器。
若将选通端中的一个作为数据输入端时，74LS138还可作数据分配器
74ls138功能管脚
74ls138的内部结构图
4，功能模块
4、1 1HZ脉冲产生电路
利用555定时器构成多谐振荡器如下图，产生1HZ矩形脉冲信号。
555定时器构成多谐振荡器
555定时器构成多谐振荡器所属出的矩形脉冲信号的频率计算式为： f=1.43/[(R1+2R2)C1]
故选定原件参数，R1=84K，R2=30K，C1=10μF，C2=0.01μF。其中电容C2的作用是抗干扰。
4.2，递减计数器与时间显示
六十进制分计数器和六十进制秒计数器的原理是一样的，不同的只是它们的输入脉冲的进制不同而已，我们利用四片74ls192来实现分计数和秒计数功能，我们要的只是递减计数，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LOAD端和借位端BO连接在一起. 当秒脉冲从DOWN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5，一直减到0；当高低位全为0的时候，秒十位的BO发出一个低电平信号，DOWN位0时，置数端LOAD等于0，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，道理当然也是一样的；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，这些计数起工作，其中清零端CLR要处于低电平，置数端LOAD不置数时要处于高电平。把四个74ls192的Qa、Qb、Qc、Qd都接到外部显示电路
上就可以看到时间的显示了。作为洗衣机控制的一个模块，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，分计数器和秒计数的清零端CLR是接在一起的，计数器正常工作是CLR处于低电平，所以当要从外部强制清零的时候要给CLR端送一个高电平信号。利用计数器的UP端进行外部置数，当它们各接到低电平（平时保持高电平，外部给一个低电平就输入一个低电平）的脉冲上，就可以实现0~9的置数了。
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 工作状态的显示电路
对于工作状态的显示部分电路，根据题目要求知道洗衣机运转一个周期正好是1分钟，因此我们可以想到利用秒十位192的低三位输出，利用译码器及基本的门电路来实现电路工作状态的显示。具体做法是将秒十位的Qa、Qb、Qc分别接至A、B、C端进行译码，将输出4、5，0、3，1、2分别接至与非门输出分别接至LED1、LED2、LED3，从而实现洗衣机工作状态的指示。
如此则得到设计显示控制部分的电路图如下所示
5、总电路图
5 .1 ，模块之间连接关系
模块之间555产生的多谐振荡器与左下角192的down端相连，其中右下角的192与138相连，138的三个输入端分别与Qa，Qb，Qc端相连，经过Multisim验证，所得结论正确，
6、分析与改进
故障1：计数器的进制设置于计数器之间的连接 故障2：LED指示灯的状态指示 故障3：工作后的停止设置 故障4：分秒置数开关的设定 故障5：清零开关的设置
故障6；一开始我就想从右下角的192的B0管脚接到左上角的192down端给予脉冲，到后来我就发现不对劲，因为Bo既要给自己置位又要输送脉冲，就产生干扰，导致左上角管教不递减计数。
改进1：减法计数器的BO平常位高电平，有借位时为低电平。利用此特性，将其连接在高位计数器的DOWN端作为脉冲的输入，计数器的进制设置依靠其数入端D3、D2、D1、D0的置数。
改进2：LED灯的点亮与熄灭指示显示主要是取决于192的输出低三位，根据输入与输出的关系，然后再利用指示灯应该点亮还是熄灭的规律列出真值表，求出所需要的门电路为与非门。
改进3：利用四个cd4072或门改进，当四个数码管输出全为零时为高电平，未了使192停止不计时，则在四个数码管上再接一个与门，当四个数码管为低电平时它才为低，其它情况为高电平，再接个非门用开关控制，并且与清零端相连，当是个数码管倒计时为0后，最终产生一个低电平给清零端，使其停止，但洗衣机开始运行时必须打开开关，运行后再关闭即可
改进4：利用UP端的特性，为其可控置入低电平以改变十分位和个分为的数字显示，即实现置数功能。为防止其置数的抖动，利用555定时器构成单稳态电路，从而实现置数功能的准确性，实现置数功能。
改进5； 74ls192CLR端平时为低电平，当需要清零时送入一个高电平信号即实现清零功能。
电路功能实现：两个置数开关可以实现0~100分钟以内任意洗涤时间的设置，数码显示
其洗涤的剩余时间，LED灯为其指示洗衣机当前的工作状态，复位开关控制显示器的清零。 改进6；将第右下角第二个数码管的或门后接在第三个的down端，当数码管从六计时到零后，产生一个低电平脉冲，然后给右上角第三个数码管，从而解决了问题
7、小结与体会
经过了长达三个星期的艰苦奋战，我的洗衣机定时器终于成功了。可以说我已经是筋疲力尽了。刚开始做的时候是热情饱满的，可是做着做着就有些烦躁了。特别是在遇到问题而无法解决的时候，更是没有耐心去检查电路究竟出错在哪里。我觉得做这次的设计做大的问题是对基础知识的掌握不好问题，有些芯片没见过，也没听说过，所以需要慢慢理解与掌握，还有思路的断线，有些功能不能实现，就几天想不出来，但是真正想出来了解与掌握，最后发现其实不难。
可以说这次课程设计要是没有耐心、细心和决心是绝对做不好的。在遇到困难的时候没我也退缩过，特别是在最后的时候看到别的同学的都已经做好的时候，自己的心里也真的很不是滋味。还有点后悔自己当时上课的时候没好好的听课。但是在最后的关头我们没有放弃，并且互相鼓励，最终我们战胜了一切的困难，取得了胜利。当看到我们的作品成功的时候，我的心里特别的激动，两周的辛苦没有白费。
这次设计最大的收获就是做每一件事都必须要有耐心，如果没有耐心我觉得什么事都不会成功。还有就是在遇到困难的时候绝对不能低头，要有恒心和毅力去战胜一切苦难。这次设计不仅锻炼了我的动手能力，还在不知不觉中考验着我的毅力和耐心。从这次设计当中然我懂得了许多道理，要想成功就一定要付出比别人更多的代价。
总体来说感觉还是很开心，因为把理论与实际结合是一种非常有效的学习过程，获益匪浅。
8，所用器件
参考文献
《multisim10的电子仿真》„„„„„„„„„„„„„„„„„„„王连英主编； 《电子电路》„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„瞿安连主编