1、武漢理工大學數字電子技術基礎課程設計說明書-1 -1設計思路1.1 設計總體思路從課程設計要求來看，要求實現電機的正傳、反轉、暫停，實際上沒又電機給我們接上，這回要用四個LED燈的狀態來表示，當顯示時間前20秒正傳、暫停10秒、反轉20秒、再暫停10秒，如此一來，周期恰好是60秒，理所當然的分鐘計數器、秒計數器是一 定要有的。接下來脈沖是一定的了，但是有分鐘計數器和秒鐘計數器還要考慮是不是要60分頻器，就我們所學過的來說實現循環有移位寄存器；還有個問題，當洗滌時間到了，報 警還要一個報警電路，根據人性化、自動化、低成本的設計原則，報警的蜂鳴器不可以長 時間的叫，要有個合理的時間，我們可以用一個

2、單穩態電路來實現?？雌饋磉€不錯啊，如 果這樣想那就嫌早了點，還有一個問題要解決：如何提取時間并使循環電路工作的信號？直接從數值上進行提取信號來控制一個可以實現循環的74LS192來實現?，F在大體上就這樣計劃，下面說說基本原理。1.2 基本原理首先，從秒脈沖出來的信號，經過一個控制電路后進入秒計數器進行秒計數，進行清零，這時用戶置入洗滌時間，并按開始按鈕，洗衣機開始工作。當秒計數器變為零的時候， 去分鐘計數器上面借數；與此同時，從十秒位轉化出來的信號進入移位寄存器后，LED燈表示出電機運轉狀態；當用戶設定的洗滌時間結束后，電路報警并清零；同時電機指示燈 熄滅。武漢理工大學數字電子技術基礎課程設計

3、說明書-2 -1.3 系統設計框圖如下圖所示圖2.2.1系統原理框圖3電路模塊設計3.1 芯片 74IS192 的邏輯功能武漢理工大學數字電子技術基礎課程設計說明書-3 -U074LS192圖4.1.174LS192元件示意圖74LS192的功能表如下表4.1.1邏輯示意圖 所示輸入輸出MRPLUPDND3D2D1DOQ3Q2Q1Q01XXXXXXX000000XXdcbadcba01T1XXXX加計數011TXXXX減計數表-4.1.1 74LS192邏輯示意圖3.2 1Hz 矩形脈沖產生電路需要的秒脈沖發生器可以由一個集成的555定時器構成，當電源接通后，VCC通過對R1、R2向電容充電。

4、電容上得到電壓按指數規律上升，當電容上的電壓上身到2/3VCC時, 輸電壓V0為零，電容放電。當電壓下降到1/3VCC時，輸出電平為高電平，電容放電結 束。這樣周而復始便形成了振蕩。如下圖-4.2.1 1Hz矩形脈沖波產生電路。武漢理工大學數字電子技術基礎課程設計說明書-4 -圖421 1Hz矩形脈沖波產生電路555定時器構成的多諧振蕩器所輸出的矩形脈沖信號的頻率計算式為f1.43（Ri2R2）CI故選定元件參數，R仁63K,R2=40K,C1=10uF,C2=0.01uF。其中電容C2的作用是抗干擾用的，以提高電路的穩定性。3.3 遞減計數器與時間顯示（1）分、秒計數器的設計一百進制分計數器

5、和六十秒計數器的原理是一樣的，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來實現分計數和秒計數功能，我們要的只是減計數，所 以我們把它的UP端接到高電平上去，DN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PL端和借位端TCD聯在 一起，再把秒位的TCD端和十秒位的DN聯在一起。當秒脈沖從秒位的DN端輸入的時候 秒計數的192開始從9減到0;這時，R1R163kU1363kU13輸川JHz矩形脈沖波0 01 uF0 01 uFR2R240k555C2C2IOuFIOUF372640k372武漢理工大學數字電子技術基

6、礎課程設計說明書-5 -它的借位端TCD會發出一個低電平到秒十位的輸 入端DN，秒十位的計數從6變到5, 直到變為0;當高低位全為零的時候，秒十位的TCD發出一個低電平信號，DN為零時，置數端PL等于零，秒十位完成并行置數，下一 個DN脈沖來到時，計數器進入下一個循環減計數工作中。對于分計數來說，道理也是一樣的；只是要求，當秒計數完成了，分可以自動減少，需要把秒十位的借位端TCD端接到分計數的DN端作為分計數的輸入信號來實現秒從分計 數上的借位。當然，這些計數器工作，其中的清零端MR要處于低電平，置數端不置數時 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

7、/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。作為洗衣機控制器的 一個模塊，它還得有一定的接口來和其他的模塊連接在一起協調工作，分計數的清零端MR是接在一起的；秒的清零端PL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該功能。還有我們可以利用分計數的UP端來進行外部置數，當把它們各接到一個低觸發（平時保持高電平，外部給一個力就 輸入一個低電平）的脈沖上 就可以實現從09的數字輸入。（2）分、秒計數器的電路圖其電路圖如下所示:武漢理工大學數字電子技術基礎課程設計說明書-6 -U1U5U2I 10U411141 ii |14i

8、00GO01QID2Q2D3Q3UPTCUDNTCDPLMR74LS1S22BU6U3!_7o11SDOQ0 1Q102D303PTCUDNTCDPLMR674LS192(12#13DOQODIQ102Q2D303UPTCUDNTC叫PLMR74LS192DOQO0101D2Q2D3Q3UPTCUONTCDPLMRB15103.4 洗滌時間設置電路我們可以利用分計數的127分鐘U7QAQBQCQDBl RBOQERBIQFLTQG74LS43U8AQABQBuUuDODBUR BOQERBIQFLTQG1!74LS4S圖431時間顯示電路UP端來進行外部置數,131211jo蛋77137T10

9、15.14當把它們各接到一個低觸發（平時保武漢理工大學數字電子技術基礎課程設計說明書-7 -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從09的數字輸入。因此設計出洗滌時間設置電路如下圖441洗滌時間設置電路，每次按動開關都將使洗滌 時間的對應位（十位或者個位）增加1,最大增加至9,又由于所設置洗滌時間為60分內, 故當我們對洗滌時間進行設置時，十位所置數小于6。分計數器十位計數 UP* 分計數器個位計數 UP 、 圖441洗滌時間設置電路3.5 工作狀態顯示電路第一步：分析洗衣機的工作狀態，對于洗衣機電機的工作順序有“啟動一一正轉20s暫停10s反轉20暫停10s停止”我們可以

10、將三種工作狀態假設為正轉，暫停，反轉依次設為01,00,10。從而設計出合適電路如下圖-4.5.1工作狀態顯示電 路：74LSOO圖4.5.1工作狀態顯示電路第二步：分析實驗設計中要求用4個LED模擬洗衣機的動作狀態：LED1LED4右移 循環點亮表示正轉，LED1LED4左移循環點亮表示反轉，LED1LED4同時閃爍點亮 表示暫停，全滅為停止，顯然可以利用移位寄存器來設計，但是由于本次設計未能成功利 用移位寄存器仿真而轉換了思Q0*Q2-U92U14AE1E2LEitU14B74LS137正反等指示燈 jSW3SW4q正反停指示燈 174LSOO武漢理工大學數字電子技術基礎課程設計說明書-8

11、 -路，選擇了利用正轉、暫停、反轉的三種不同狀態分別為01、00、10,以1表示工作以0表示暫停從而分次序的完成設計。首先，考慮到LED的連續循環點亮，可以想到控制LED端電平的連續循環變化達到要 求，又由于有4個LED,我們采用4進制計數器即可產生循環變化的4個數，這樣我們可以 利用譯碼器從而在4個輸出端得到依次變化的低電平，如此，我們可以將LED另一端接高 電平，從而實現循環點亮。其次，考慮到存在正轉和反轉兩種不同狀態，我們需要改變譯碼器輸入端的數字變化 次序，如此分析四個數字變化規律，以及利用正反轉表示狀態的不同來設計出合適門電路。 在此次設計中，我們采用74IS192構成一個4進制減數

12、計數器，同時利用正反停指示器1在正轉時電平為0,反轉時電平為1來構成合適門電路。簡略列出真值表如下表4.5.1正反轉指示電路邏輯表：正反停指示器1計數器輸出譯碼器輸入端0（正轉）11110（正轉）10100（正轉）01010（正轉）00001（反轉）11001（反轉）10011（反轉）01101（反轉）0011表-4.5.1正反轉指示電路邏輯表于是我們可以發現我們可以利用異或門電路來完成這一構想， 從而實現出正轉與反轉兩種 狀態下LED不同的循環狀態。最后，剩下的就是暫停狀態的顯示了。先區分出暫停與工作狀態的不同，利用上面設置的工作狀態表示，我們可容易得到工作以1表示，暫停以0表示。如此可利用

13、這兩種電平控制譯碼器的工作，容易得到工作時狀態如上步分析，暫停時燈全部熄滅。為使其能閃 爍，我們可以考慮利用脈沖信號，工作狀態的表示與門電路來設計。綜合上述分析，我們可以設計出LED控制電路如下圖-4.5.2控制電路武漢理工大學數字電子技術基礎課程設計說明書-9 -U101H工矩形MM輸人3.6 控制開關DOQOD1Qi02Q23Q3UPTCUNTGDPlLMR3二U11U15AET4LS32U15BEU16B74LS56U16AzLsaeSW2AYOBY1C2 Y3E1Y4E2Y5LEYY77LS32U17LJ17DiOS74LSCBD2LED-REDD1LED-REDD4LED-REDLJ

14、17AML&O *JJ17B74LSC長斯忌輛弄關洗衣機指示燈圖4.5.2 LED控制電路武漢理工大學數字電子技術基礎課程設計說明書-10 -現在各單元電路完成了，最后要把它們有效的結合起來聯合工作，實現目的功能。我 們要求在給分鐘置數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。對于置數來說，我們可以在分鐘計數器的UP端到高電平之間各用一個開關接上， 就當 給它一個低電平時，計數器就往上增加1。但是，192要求在UP端工作的同時，其DOWN端要為高電平，且秒計數器要為零，我們可以讓秒計數器清零，同時把脈沖停止了。在高 電平上接上一個開關，讓它接到一個JK觸發器上，同時把

15、JK觸發器的JK端接1,讓它 實現觸發功能。讓它的Q端輸出到秒計數器的清零端，這樣剛開機或者再按一下開機鍵就 可以對秒計數器清零。把JK觸發器的Q反端和從分計數器借位端LCD反相出來的信號接 到一個與非門上，從與非門出來的信號接到分計數器的DOWN端來保證置數的時DOWN是高電平。但是如果僅是這樣的話，當置數完成再一次按開機鍵（如圖所示）時，沒有脈 沖信號輸入到秒計數器的DOWN端，192并不可以工作。我們可以把脈沖和JK觸發器Q反端接到一個與門上， 然后把它上輸出端接到秒計數 器的DOWN端以控制計數。先歇息一下。現在的問題是，循環的發光二極管沒有受到控 制鍵的控制，所以還得把受到控制的從與

16、門U12出來的信號輸出到移位寄存器194的時鐘 信號CLK上。最后要解決一個大問題，當所置的洗衣時間完成后，要發出報警并自動清 零。至于報警電路我們知道當計數器全為零的時候，從秒位會發出一個借位信號，一直接 到十分位上去，十分位會發出一個借位信號，我們可以用這個信號來作為報警并清零的信 號，平時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端一起接到一個與門， 也需要把它接到一個JK觸發 器（U10）上作為其時鐘信號，其后再接到單穩態電路的輸入端TRI，單穩態的輸出端接 到蜂鳴器上。而該與門（U14）的另一輸入端接在控制開關J3上

17、，與門出去仍然接在JK觸發器U9上，這樣當洗衣時間完成后，十分計數器的借位端TCD端發出的0信號就可以 經過以上路徑而變成1到達與門，同時JK觸發器得到一個觸發信號而輸出到單穩態，但 一段時間后其自動停止。同時發出的1信號使U9發出1信號而使秒計數器清零；當然秒 脈沖因為U9端的Q反端的0信號而使其沒有輸出，這樣原來閃爍的燈不再亮了。到此，一個電路總算還可以了吧，我們有時還需要讓它休息一下，我們改變一下洗衣 量時，就還需要一個暫停鍵，只要把秒脈沖切斷就可以了。我們可以在控制脈沖輸出的與武漢理工大學數字電子技術基礎課程設計說明書-11 -門U12和脈沖到達端之間接入一個由開關控制的JK觸發器來控

18、制的與門，這樣就可以控 制脈沖的輸出了。我們知道與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，另一端輸入什么與門就可以輸出什么?，F在控制端也連起來了，這樣，一 個完整的洗衣機控制電路就完成了。LED模擬洗衣機工作狀態的同時，也作為洗衣機的報警系統，全滅為報警武漢理工大學數字電子技術基礎課程設計說明書-12 -5電路圖綜合上面的原理，設計思路,以及每部分電路的設計，得到電路圖如下圖-5.1:Ks0ST-Inn8asBoaa 5S rfi上553CAai；ywsenn1-,AiKS甲當呂雪J. - i V -JT i U小 * *.2円*蓉w ruiro再去呂計pg啟占g日

19、5cl聳Ul L ：_）口V!ftKBfl 5圖5.1電路總圖武漢理工大學數字電子技術基礎課程設計說明書-13 -6元件清單元件序號元件型號主要參數數量C1Cap0.01uF1C2Cap10uF1U1-U4, U1074LS1925U5-U874LS484U9, U1174LS1372U1274LS1121U135551U14A, U14B, U18A, U18B, U2074LS005U15A, U15B74LS322U16A, U16B74LS862U17A, U17B, U17C, U17D, U20A74LS085U19NOT1D1-D4LED-RED4SW1SW -SPDT1SW2S

20、W-SPST1R163k1R240k1R3-R510k3武漢理工大學數字電子技術基礎課程設計說明書-14 -7分析與改進7.1 改進：需改進點1：控制開關的設定需改進點2:工作60分鐘后的清零設置需改進點3：LED控制電路中的燈的循環及其閃爍控制需改進點4:分秒置數開關的設定改進1:利用開關控制555的電源輸入。電路功能實現：兩個置數開關可以控制洗滌時間的設置，控制開關控制電路的工作，復位開關控制顯示器的清零。改進2：利用十分位計數器的借位端平常均為1,工作到60分鐘后為0的特性，設置為JK觸發器的脈沖輸入，從而控制清零端MR。改進3：LED的循環閃亮主要是改變譯碼器的輸入端， 正轉時為輸入順序位A，反轉時輸 入順序應該相反，設置好4進制計數器，然后利用其輸出端Q1、Q0的變化規律列出真值 表，求出所需門電路。改進4:利用觸發器有UP上升沿觸發特性，為其可控置入低電平以改變十分位和個分位 的顯示。7.2 電路分析控制開關SW1控制電路的啟動、停止工作，當SW1撥通時，電路接通，正常工作； 當SW1撥向地時，電路