简易洗衣机控制器设计.docx
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简易洗衣机控制器设计.docx
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简易洗衣机控制器设计
附件1:
学号:
0121109320210
课程设计
题目
简易洗衣机控制器设计
学院
信息工程学院
专业
通信工程
班级
通信zy1101
姓名
蒋世齐
指导教师
李政颖
2013年7月5日
课程设计任务书
学生姓名:
蒋世齐专业班级:
通信zy1101
指导教师:
李政颖工作单位:
信息工程学院
题目:
简易洗衣机控制器设计
初始条件:
multisim仿真软件,74LS192四片,74LS48四片,数码管四片,74LS138一片,555一片,个门电路若干。
要求完成的主要任务:
(1)设计一个电子定时器,控制洗衣机工作
(2)当定时时间达到终点时,一方面使电机停机,同时发出音响信号(可换成指示灯)提醒用户注意。
(3)用两位数码管显示洗涤的预置时间(以分钟为单位),按倒计时方式对洗涤过程作计时显示,直到时间到而停机。
(4)三只LED灯表示“正转”、“反转”和“暂停”3个状态。
(5)画出电路原理图。
(6)进行电路的仿真与调试。
时间安排:
6.27:
布置课设具体实施计划与课程设计报告格式的要求说明。
6.28-6.30:
方案选择和电路设计。
7.1-7.4:
电路调试和设计说明书撰写。
7.5:
上交课程设计成果及报告,同时进行答辩。
指导教师签名:
2013年7月6日
系主任签名:
2013年7月6日
摘要
本设计是有关简易洗衣机控制器的设计,利用数字电子技术与电路分析的知识,通过multisim仿真软件简单地设计并仿真出洗衣机控制器的工作过程。
设计电路中包含有脉冲发生器,分秒计时器,时间译码器及3-8译码器,在脉冲信号作用下,不同时刻输出不同的电平信号,以此控制洗衣机的工作过程,利用3-8译码器的作用完成洗衣机工作状态的转换。
关键词:
简易洗衣机控制器数字电子技术mnltisim
Abstact
Thisdesignisaboutsimplewashingmachinecontrollerdesign,usingtheknowledgeofdigitalelectronictechnologyandcircuitanalysistomakethewashingmachinecontrollerdesignandsimulationworkprocessessimplythroughthemultisimsimulationsoftware.
Thisdesigncontainsapulsegeneratorcircuit,minuteandsecondtimer,timedecoderand3-8decoder,undertheactionofthepulsesignal,atdifferenttimesdifferentleveloutputsignal,acontrolledwashingmachine'sworkingprocess,the3-8decoderusedtocompletetheworkstatusofwashingmachineconversion.
Keywords:
digitalmnltisimwashingmachine
1、概述
本电路时间用主体是有计数器构成的计时电路,通过时间的采集来完成电机正反转停止的操作,再由几个开关与逻辑门实现控制。
从信号发生器出来的信号,经过一个控制电路后进入秒计数器进行秒计数。
用户初始化后置入洗涤时间,并按开始按钮,洗衣机开始工作。
当分计数器变为零的时候,分钟计数器借数,控制电机断电与蜂鸣器发声。
与此同时,从秒位借位转化出来的信号控制计数器与译码器和触发器与逻辑门组成的电机控制电路,LED灯表示出电机运转状态;当用户设定的洗涤时间结束后,电路报警;同时电机指示灯熄灭。
复位之后可重新置入洗涤时间进行下一次开始。
2.简易洗衣机控制器总方案及原理框图
2.1方案提出
方案一:
设计一个电子定时器,用以控制洗衣机电机的运转。
洗衣机电机的工作顺序:
启动——>正转30s——>暂行10s——>反转30s——>暂行10s——>停止方案原理框图如下图所示。
图2.1方案一
方案二
图2.2方案二
2.2方案分析
本定时器实际上包含两级定时的概念,一是总洗涤过程的定时,而是在总洗涤过程中又包含电机的正转、反转和暂停三种定时,并且这三种定时是反复循环直至所设定的总定时时间到位置。
当总定时时间在0~20min以内设定一个输入之后T为高电平1,然后用倒计时的方法每分钟减1直至T变为0.在此期间,若Z1=Z2=1,实现正转;若Z1=Z2=0,实现暂停;若Z1=1,Z2=0,实现反转。
工作波形如下图所示。
图2.3工作波形
实现定时的方法很多,比如采用单稳电路实现定时,又如将定时初值预置到计数器中,使计数器运行在减计数状态,当减到全零时,则定时时间到。
而方案一的电路原理图就是采用这种方法来实现的。
由秒脉冲发生器产生的时钟信号经60分频后,得到分脉冲信号。
洗涤定时的时间的初值先通过拨盘或数码开关设置到洗涤时间计数器中,每当分脉冲到来计数器减1,直至减到定时时间到为止。
运行中间,剩余时间经译码后在数码管上进行显示。
上述两种方案中,方案一为单线程控制,思路较清晰,并且实行起来比较简单,故本设计采用方案一。
3.单元电路设计与参数的计算
3.1秒脉冲发生器
由于555定时器内部的比较器灵敏度高,输出驱动电流大,功能灵活,而且采用差分电路形式,它的振荡频率受电源电压和温度的影响很小。
所以由555定时器构成的多谐振荡器的振荡频率稳定,不易受干扰。
因此,选择用555定时器构成多谐振荡器,使之产生周期为1s,频率为1Hz的脉冲。
各参数经公式计算获得,电路设计如下。
图3.1秒脉冲发生器电路图
仿真出来的输出信号见下图
图3.2仿真输出波形
计算值:
占空比=R1/(R1+R2)=77%
3.2分秒计时器
一百进制分计数器和六十秒计数器的原理是相同的,不同的是它们的输入脉冲和进制不同而已。
在此,用四片74LS192来实现分计数和秒计数功能,要求需要减计数,所以把它的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B、C端接到高电平上,即从输入端置入0110(十进制的6),秒十位的LD端和借位端BO联在一起,再把秒位的BO端和十秒位的DOWN联在一起。
当秒脉冲从秒位的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5,一直到变为0;当高低位全为零的时候,秒十位的BO发出一个低电平信号,DOWN为零时,置数端LD等于零,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。
图3.3非置位式分秒计数器
上图是从网上找到的最初设计,不具备预置数功能,只能从让计时器从100分钟开始减计时。
查阅相关资料后,在分计数部分的十位输入端、秒个位的脉冲输入端和四片74192的清零端都设置了开关,利用开关进行置数,如下图所示。
图3.474LS192秒分连接电路
图3.6清零开关
图3.7暂停开关
图3.5置数开关
其中J1,J2,J3,J4为置数开关,若不置数则为洗衣机原定工作时间10分钟,操作开关可使洗衣机工作时间变长;J5为清零开关,用来使定时清零;J6是暂停开关,可以手动对洗衣机进行暂停控制。
置数开关通过控制分十位的初始值进行定时置数;清零开关通过控制74LS192的清零端来控制清零;暂停开关是通过一个单刀双置开关在时钟脉冲与地之间进行切换实现暂停功能。
3.3数码显示器
数码显示部分主要是将洗衣剩余时间显示出来,通过七段共阴极数码管与4线-7段译码器74LS48联合使用,显示数码。
仿真中,数码显示使用的是数码管与74LS48集成的原件,实际焊接中使用的是分立原件。
数码显示仿真结果如下图所示
图3.8数码显示
3.4时间译码器
在时间译码,状态转化的单元电路中,用三个指示灯,分别是绿灯代表“正转”、橙灯代表“暂停”、黄灯代表“反转”。
从60秒到40秒内第一个灯亮,从40到30秒内是第二个灯亮。
在30到10秒内是第三个灯亮,然后剩下的十秒钟是第二个灯亮,如此完成第一个循环,刚好一分钟,之后的时间依次循环。
当时间减到0时,由报警灯亮,用红灯表示,提醒定时时间到。
由于Z1、Z2的定时长度可分解为10s的倍数,由秒脉冲到分脉冲的变换的60进制计数器的状态中可以找到Z1、Z2的定时信号,经译码后得到如波形Z1、Z2所示的信号。
这两个信号以及定时信号T控制门输出后,得到推动电机的工作信号。
仿真电路如下图示。
A——正转,橘红色灯亮
图3.9正转状态
B——反转,蓝灯亮
3.10反正状态
C——暂停,绿灯亮
3.11暂停状态
D——时间到,红灯亮
3.12停止状态
4.总电路
总电路图:
由各单元电路综合连接得到。
此电路可基本实现洗涤状态、洗涤剩余时间的显示,洗涤时间的预置,强制停机,启动可控等功能。
通过开关J1到J4,对计时器进行预置数,即进行定时。
用开关J5进行定时清零,开关J6进行手动暂停功能。
秒计时和分计时之间的74192芯片构成60进制计数器,由于是定时操作,作减法计数。
将计时的分钟十位通过3-8译码器74LS138输出,以指示灯表示信号,使洗衣机工作时满足60到40秒时正转,橘红色灯亮;39到30秒时暂停,绿灯亮;29到10秒时反转,蓝灯亮;9到0秒时暂停,绿灯亮。
在这里的设计举例说明,例如29到10秒时蓝灯亮,此时分钟为1或2,所以此时的译码输出为Y1或Y2,致使蓝灯亮。
5.设计心得
当得知设计课题为简易洗衣机控制器是,首先想到的是上网查资料。
我下载了一下前辈们的设计图,对其进行分析、论证,终于对我的课题有了初步的了解,在大脑中形成自己的大体思路。
同时,收集前辈们使用过的芯片资料,深入认识这一课题的解决方案,同时认识其中的优缺点,进行各方案之间的相互补充。
在进行较深入的研究后,我的头脑中的思路更明晰,想法更完整,之后便开始在Multisim仿真软件中开始设计我的电路图,并与前辈们的电路图进行运行比较,研究需要改进的地方,在同学的帮助和指导下,终于大功告成,完成了电路图的设计仿真最关键环节。
通过这次课程设计,我学习到了很多东西,对于数电所学的知识进行了复习。
本次课设中对简易洗衣机控制器的设计,让我对于数字电路和数字电路的工作状态有了切实的了解,比起平时做题,亲自动手进行实验测试仿真要更加令人印象深刻。
由于这次是单独做一个课题,相比小组合作,需要投入的时间和精力要更多,这时更需要有自己的思考否则是不能解决遇到的问题的,对于这个简易洗衣机控制器,我也不敢说完全的弄明白了,还是有些不懂的地方,但是因为大部分都是自己动手去做的,所以即使如此,还是有了不少的收获,而且在仿真的时候不仅仅只用了multisim这一个软件,还用到了EWB,protus等,对这些软件的使用也熟悉了,总体来说,本次的数字电子技术课程设计使我对数电的理论和实际了解有所增加,增强了对问题的分析能力动手能力。
附录一元器件清单
1
单刀双掷开关
5个
2
复位开关
1个
3
10K电阻
1个
4
72K电阻
1个
5
5K滑动变阻器
1个
6
10uf电容
1个
7
0.1uf电容
1个
8
橘蓝绿灯
各一个
9
555
一片
10
74LS192
四片
11
74LS48
四片
12
七段共阴数码管
四个
13
74LS138
一片
14
74LS08
一片
15
74LS20
一片
16
CD4002
两片
17
排针、排母、导线
若干
附录二参考文献
[1]谢自美主编,《电子线路设计实验测试》(第三版),华中科技大学出版社2006
[2]《新型集成电路的应用――电子技术基础课程设计》,梁宗善主编,华中科技大学出版社
[3]《电子技术基础课程设计》,孙梅生等编著,高等教育出版社。
附录三实际图片
图1555震荡模块
图2数码管显示模块
图3整体模型
本科生课程设计成绩评定表
姓名
蒋世齐
性别
男
专业、班级
通信工程zy1101班
课程设计题目:
简易洗衣机控制器
课程设计答辩或质疑记录:
成绩评定依据:
最终评定成绩(以优、良、中、及格、不及格评定)
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- 关 键 词:
- 简易 洗衣机 控制器 设计
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