武漢理工大學《數字電子技術》課程設計說明書課程設計任務書學生姓名：徐鶴專業班級：通信1005指導教師：劉新華工作單位：信息工程學院題目:簡易洗衣機控制器設計初始條件：利用定時器、數碼管、LED等數字電路器件設計實現簡易洗衣機功能。（也可以使用單片機系統設計）要求完成的主要任務:（包括課程設計工作量及技術要求，以及說明書撰寫等具體要求）1課程設計工作量：1周內完成對簡易洗衣機控制電路的設計、仿真與調試。2技術要求：洗衣機電機的工作順序：啟動——>正轉20s——>暫停10s——>反轉20s——>暫停10s——>停止=1\*GB3①設計一個定時器控制洗衣機電機的運轉，=2\*GB3②三只LED燈表示“正轉”、“反轉”和“暫停”3個狀態。=3\*GB3③用數碼管顯示洗滌時間，按倒計時方式對洗滌過程作計時顯示，直到時間到停機，并發出音響信號報警。④設置停止鍵，在洗滌過程中隨時按該鍵可終止動作，并使顯示器清0。3查閱至少5篇參考文獻。按《武漢理工大學課程設計工作規范》要求撰寫設計報告書。全文用A4紙打印，圖紙應符合繪圖規范。時間安排： 第17周（7、8節）：理論講解

第18周：理論設計及實驗室安裝調試；

地點：鑒主15通信工程實驗室（1），鑒主13通信工程專業實驗室；

第19周：撰寫設計報告及答辯；地點：鑒主17樓研究室。

指導教師簽名：年月日系主任（或責任教師）簽名：年月日目錄1緒論 32設計任務要求及總體思路 33設計基本原理 44設計方案 45單元電路的設計和元件的選擇 65.1秒脈沖發生器 65.2分秒計數器 85.3時間譯碼及控制門 115.4總電路圖 126仿真結果 136.1秒脈沖發生器 136.2分秒計數器 136.2.1正轉 146.2.2暫停 156.2.3反轉 166.2.4定時時間到 177仿真結果分析 188體會 189元器件清單 1910參考文獻 20摘要現代生活人民生活水平越來越高，家家戶戶幾乎都有一臺洗衣機。洗衣機由于洗滌方便受到廣大用戶的喜愛。隨著時代的發展洗衣機也在不停革新、發展。本次課程設計要求利用定時器、數碼管、LED等數字電路器件設計實現簡易洗衣機功能。設計時考慮了很多種情況，根據本人的能力選擇了一種。這個方案總共使用了一些或門、與門、非門以及電阻電容若干，74LS192NE555定時器各一個完成了簡易洗衣機的功能實現。1.緒論從課程設計要求來看，要求實現電機的正傳、反轉、暫停，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。接下來脈沖是一定發熱了，我們可以用555定時器構成的多諧振蕩器來產生脈沖。除了這些，還要求在定時結束后有一個指示燈亮來提示定時時間到，還要求電路有清零和置數的功能，這些用邏輯電平開關即可以實現。2.設計的任務要求及總體思路2.1設計任務和要求設計一個電子定時器，控制洗衣機按如圖1洗滌模式進行工作圖2.1洗滌模式（1）當定時時間達到終點時，一方面使電機停機，同時發出音響信號（可換成指示燈）提醒用戶注意。（2）用兩位數碼管顯示洗滌的預置時間（以分鐘為單位），按倒計時方式對洗滌過程作計時顯示，直到時間到而停機。（3）三只LED燈表示“正轉”、“反轉”和“暫停”3個狀態。2.2設計的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，我們可以用一個單穩態電路來實現。但是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?方案有兩種：一是直接從數值上進行提取信號來控制一個可以實現循環的74LS194來實現；另一種是制作一個二十進制到十進制的循環轉化來把這一分鐘走完，但是從電路的復雜程度和經濟性來說，顯然后者太過于復雜，也不利于接線和排故障，雖然難度會大一些、出成果的時間會比別人晚，但是要設計一個真正可以讓用戶用放心使用的產品，還得這樣做。尤其是最后的循環電路用兩個194一定可以很容易實現。3設計的基本原理首先，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。4設計方案方案一框圖如圖4.1所示圖4.1設計方案一方案二框圖如圖4.2所示清零置數秒脈沖發生器秒脈沖發生器60進制計數器洗滌時間顯示洗滌時間計數器控制門功放繼電開關執行電機時間譯碼圖4.2設計方案二本定時器實際上包含兩級定時的概念，一是總洗滌過程的定時，而是在總洗滌過程中又包含電機的正轉、反轉和暫停三種定時，并且這三種定時是反復循環直至所設定的總定時時間到位置。當總定時時間在0~20min以內設定一個書之后T為高電平1，然后用倒計時的方法每分鐘減1直至T變為0.在此期間，若Z1=Z2=1，實現正轉；若Z1=Z2=0，實現暫停；若Z1=1,Z2=0,實現反轉。實現定時的方法很多，比如采用單穩電路實現定時，又如將定時初值預置到計數器中，使計數器運行在減計數狀態，當減到全零時，則定時時間到。如圖所示的電路原理框圖就是采用這種方法實現的。由秒脈沖發生器產生的時鐘信號經60分頻后，得到分脈沖信號。洗滌定時的時間的初值先通過撥盤或數碼開關設置到洗滌時間計數器中，每當分脈沖到來計數器減1，直至減到定時時間到為止。運行中間，剩余時間經譯碼后在數碼管上進行顯示。經比較后，采用第二種方案。5單元電路的設計和元件的選擇5.1秒脈沖發生器方案一：由555定時器構成的多諧振蕩器

由555定時器構成的多諧振蕩器的電路圖如圖4所示，由于555定時器內部的比較器靈敏度高，輸出驅動電流大，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定時器構成的多諧振蕩器的振蕩頻率穩定，不易受干擾。因此采用此方案。555定時器構成的多諧振蕩器如圖5.1所示圖5.1由555定時器構成的多諧振蕩器555定時器的引腳圖如圖5.2所示圖5.2555定時器的引腳圖方案二：由門電路構成的多諧振蕩器如圖5.3所示圖6由門電路構成的多諧振蕩器圖5.3由門電路構成的多諧振蕩器由門電路構成的多諧振蕩器的電路，在此電路中，當電源電壓波動時，會使振蕩頻率不穩定，在Vth與VDD/2不相等時，影響尤為嚴重，而Vth容易受溫度、電源電壓及干擾的影響，因此頻率穩定性較差，不宜采用此方案。5.2分秒計數器分秒計數器如圖5.4所示圖5.4分秒計數器其中，74LS192的引腳圖如圖5.5所示圖5.574LS192的引腳圖74LS192的功能表如表5.1所示表5.174LS192功能表百進制分計數器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,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（十進制的6），秒十位的LD端和借位端BO聯在一起，再把秒位的BO端和十秒位的DOWN聯在一起。當秒脈沖從秒位的DOWN端輸入的時候秒計數的192開始從9減到0；這時，它的借位端BO會發出一個低電平到秒十位的輸入端DOWN，秒十位的計數從6變到5，一直到變為0；當高低位全為零的時候，秒十位的BO發出一個低電平信號，DOWN為零時，置數端LD等于零，秒十位完成并行置數，下一個DOWN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BO端接到分計數的DOWN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CR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/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0－9的數字輸入。5.3時間譯碼及控制門時間譯碼及控制門如圖5.6所示圖5.6時間譯碼及控制門在此部分電路中，三個指示燈，從上至下依次代表“正轉”、“暫停”、“反轉”。從60秒到40秒內第一個燈亮，從40到30秒內是第二個燈亮。在30到10秒內是第三個燈亮，然后剩下的十秒鐘是第二個燈亮，如此完成第一個循環，剛好一分鐘，之后的時間依次循環。當時間減到0時，最上面的燈亮，提醒定時時間到。5.4總電路圖總電路圖如圖5.7所示圖5.7總電路圖6仿真結果6.1秒脈沖發生器圖6.1秒脈沖發生器仿真6.2分秒計數器圖6.2分秒計數器仿真6.2.1正轉圖6.3洗衣機正轉時仿真6.2.2暫停圖6.4洗衣機暫停時仿真6.2.3反轉圖6.5洗衣機反轉時仿真6.2.4定時時間到圖6.6定時時間到仿真7仿真結果分析在仿真的過程中，出現的結果基本符合要求，計數器的工作也很理想，“正轉”、“反轉”、“暫停”的指示燈動作也很好，定時結束時，自動清零，同時指示燈亮，提醒時間到。，唯一不足的是沒有將電路置數的功能設計好，只能按照預設的時間100分鐘開始工作。除此之外，由于555定時器的電阻值設定的不是很理想，以至于出現的脈沖波形不是標準的占空比為百分之五十的方波。不過，總的來說，仿真結果我是比較滿意的，我覺得比較成功。8心得體會通過這次課程設計，加強了我們動手、思考和解決問題的能力。在整個設計過程中，我們通過這個方案包括設計了一套電路原理和PCB連接圖，和芯片上的選擇。這個方案總共使用了一些或門、與門、非門以及電阻電容若干，74LS192NE555定時器各一個在設計過程中，經常會遇到這樣那樣的情況，就是心里想老著這樣的接法可以行得通，但實際接上電路，總是實現不了，因此耗費在這上面的時間用去很多。我們做課程設計同時也是對課本知識的鞏固和加強，由于課本上的知識太多，平時課間的學習并不能很好的理解和運用各個元件的功能，而且考試內容有限，所以在這次課程設計過程中，我們了解了很多元件的功能，并且對于其在電路中的使用有了更多的認識。平時看課本時，有時問題老是弄不懂，做完課程設計，那些問題就迎刃而解了。而且還可以記住很多東西。比如一些芯片的功能，平時看課本，這次看了，下次就忘了，通過動手實踐讓我們對各個元件映象深刻。認識來源于實踐，實踐是認識的動力和最終目的，實踐是檢驗真理的唯一標準。所以這個期末測試之后的課程設計對我們的作用是非常大的。通過這次課程設計使我懂得了理論與實際相