11-2《简易洗衣机控制器的设计》任务书

西安文理学院物理与机械电子工程学院
课程设计报告
专业班级11级电子信息工程2班
课程数字电子技术
题目简易洗衣机控制器的设计
学号0801110239
学生姓名王晶
指导教师孙静
2013年9月11日
西安文理学院物理与机械电子工程学院
课程设计任务书
学生姓名王晶专业班级11级电子信息工程2班学号0801110239 指导教师孙静职称讲师教研室电信教研室
课程数字电子技术
题目简易洗衣机控制器的设计
任务与要求
设计一款洗衣机控制器，并实现以下功能：
定时未到
1．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。

初始状态显示时间为“00”。

使用五个按键分别代表：“启动”、“暂停”、“停止”、“+”和“－”。

使用三个LED发光管表示“正转”、“反转”
和“暂停”3个状态。

2．当“启动”键第一次被按下，利用“+”和“－”按键设定洗涤时间。

当“启动”键第二次被按下，电机运转。

当定时时间到，电机停机，蜂鸣器发出3次间断声响。

3．当电机运转中，“暂停”键被按下，洗衣机暂停工作；若暂停状态下“暂停”键再次被按下，洗衣机继续洗涤。

当“停止”键被按下，洗衣机立即断电。

4．撰写课程设计报告。

开始日期 2013.9.2 完成日期 2013.9.13
2013年 9 月 2 日
目录
设计目的................................................... *1 设计任务和要求.......................................... *1 总体设计方案............................................. *2 功能模块设计与分析.................................... * 3 电路的安装与调试....................................... * 7 实验仪器及元器件清单 (10)
心得体会…………………………………………… *11 附录系统电路图..………………………………… *13
一、设计目的
1.通过学习数字电子技术，从而达到学为所用。

2.能更好的熟练运用Multisim软件等。

3.能够锻炼我们的自主学习、创新思维和设计的能力。

4.培养团队合作精神以及独立思考的能力
5.把所学知识系统化、专业化。

二、设计要求和任务
设计一款洗衣机控制器，并实现以下功能
定时未到
1.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。

初始状态显示时间为“00”。

使用五个按键分别代表：“启动”、“暂停”、“停止”、“+”和“－”。

使用三个LED发光管表示“正转”、“反转”和“暂停”3个状态。

2.当“启动”键第一次被按下，利用“+”和“－”按键设定洗涤时间。

当“启动”键第二次被按下，电机运转。

当定时时间到，电机停机，蜂鸣器发出3次间断声响。

3.当电机运转中，“暂停”键被按下，洗衣机暂停工作；若暂停状态下“暂停”键再次被按下，洗衣机继续洗涤。

当“停止”键被按下，洗衣机立即断电。

4.撰写课程设计报告。

三、总体设计方案
方案一
用数字电路知识做成电路，首先，从秒脉冲出来的信号，通过控制电路而进入秒计数器进行秒计数，进行清零，这时用户置入洗涤时间，并按开始按钮，洗衣机开始工作。

当秒计数器变为零的时候，去分钟计数器上面借数；与此同时，从十秒位转化出来的信号进入移位寄存器后，LED灯表示出电机运转状态；当用户设定的洗涤时间结束后，电路报警并清零；同时电机指示灯熄灭。

用此方案做思路清晰，对各电路比较了解，也符合本课程设计的要求，更能巩固数字电路的知识。

方案二
用单片机设计电路，主要用到单片机来控制电路。

方案一的思路比较清晰，而且是我们所学过的数字电子技术上的基础知识，符合本课程设计，更能巩固数字电路知识。

虽然方案二会比较简单，而且实现起来会更好，但是开发板费用高，弄起来没有方案一顺手，所以我选择方案一。

2.设计总体思路
从课程设计要求来看，要求实现电机的正传、反转、暂停，但又没电机给我们接上，这回要用四个LED灯的状态来表示，当显示时间前20秒正传、暂停10秒、反转20秒、再暂停10秒，如此一来，周期恰好是60秒，理所当然的分钟计数器、秒计数器，考虑到192减计数，置数，清零的功能，选择这个芯片工作，并用四个数码管来显示其输出。

接下来脉冲是一定的了，用555定时器可以产生信号，它内部比较器灵敏度高，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，可以通过计算得出电阻和电容的取值，经过仿真得到理想状态。

由于实验箱上就有脉冲信号的提供，所以我们在这里就不考虑其他的脉冲了。

报警还要一个报警电路，根
据人性化、自动化、低成本的设计原则，报警的蜂鸣器不可以长时间的叫，要有个合理的时间。

三只LED灯表示“正转”，“暂停”，“反转”3个状态，当定时到终点的时候，一方面使电路停止，一方面发出音箱提醒用户注意。

我们选择三个颜色不一样的灯实际上就是代表三种不一样的输出，而且要考虑结束的时候三个灯都处于“不亮”的状态，所以用一些或非门和与非门把这些信号作为74LS138的使能端。

3.系统设计框图
如下所示：
四、功能模块设计与分析
1.单元电路设计
■一百进制分计数器和六十秒计数器的设计
分、秒计数器的设计
一百进制分计数器和六十秒计数器的原理是一样的，不同的只是它们的输入脉冲和进制不同而已，我们用四片74LS192来实现分计数和秒计数功能，我们要的只是减计数，所
以我们把它的UP端接到高电平上去,DOWN端接到秒脉冲上；秒十位上的输入端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端和秒十位的DOWN联在一起。

当秒脉冲从秒位的DOWN端输入的时候秒计数的192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。

对于分计数来说，道理也是一样的；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，这些计数器工作，其中的清零端CR即引脚14要处于低电平，置数端不置数时要处于高电平。

这是一个独立工作的最高可以显示101分钟的计时器。

把四个192的QA/QB/QC/QD都接到外部的显示电路上就可以看到时间的显示了。

作为洗衣机控制器的一个模块，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，所以当要从外部把它们强制清零时，可以用两个或门实现该功能。

还有我们可以利用分计数的UP端来进行外部置数，当把它们各接到一个低触发的脉冲上就可以实现从0－9的数字输入。

最初的设计图
分析：由于考虑到从分的99往下倒计时时间过于长，所以我们可以精简电路图，就是把分高位的去掉，低分位的设置成二到三进制，这样比较方便看各个LED灯的显示状态以及停止状态。

简化后的分秒计数器的电路图显示如下：
分秒计数器的电路图
■洗涤时间控制电路
我们可以利用分计数器的UP端来进行外部置数，当把它们各接到一个低触发的脉冲上，就可以实现从0-9的数字输入。

因此设计出洗涤时间设置电路，每次按动按键都将使洗涤时间的对应位增加1，最大增加至9。

又由于所设计的电路洗涤时间在60分之内，故当我们对洗涤时间进行设计时，十位所置数小于6.
■工作状态显示电路
分析洗衣机的工作状态，对于洗衣机电机的工作顺序有“启动---正转20s----暂停10s----反转20s----暂停10s ----停止……”，我们可以将三种工作状态假设为正转，暂停，反转依次为01,00,10.从60秒到四十秒内第一个灯亮，从40秒到30秒内第二个灯亮，从30秒到10秒内第三个灯亮，如此完成一个循环，刚好一分钟，之后的时间依次循环，当时间减为0的时候，报警灯提醒时间到，从而设计出相应电路
洗涤时间控制电路图
■总控制电路
现在各单元电路完成了，最后要把它们有效的结合起来联合工作，实现目的功能。

我们要求在给分钟置数的同时秒要显示为零；外部还要有强制停止并清零；还有暂停功能。

对于置数来说，我们可以在分钟计数器的UP端到高电平之间各用一个开关接上，就当给它一个低电平时，计数器就往上增加1。

但时，192要求在UP端工作的同时，其DOWN 端要为高电平，且秒计数器要为零，我们可以让秒计数器清零，同时把脉冲停止了。

让它的Q端输出到秒计数器的清零端，这样刚开机或者再按一下开机键就可以对秒计数器清零。

我们改变一下洗衣量时，就还需要一个暂停键，这也可以的，只要把秒脉冲切断就可以了。

现在控制端也连起来了，这样，一个完整的洗衣机控制电路就完成了。

五、电路的安装与调试
我们对电路先进行了仿真
①洗衣机的反转仿真--------红灯亮
②洗衣机的暂停仿真----------绿灯亮
③洗衣机的正转仿真--------黄灯亮
优点：洗衣机实现了反转20秒，暂停10秒，正转20秒的功能
缺点：没有使这个电路达到完全自动清零，清零是手动，而且清零以后的蜂鸣器没有实现合理化的时间
我们先开始做秒位，发现它显示的是9，然后和秒十位级联，可是它就是也和秒位一样显示倒计时，通过检查，发现192的引脚11和13没有连接在一起，致使数字没有固定。

连接分位的时候，可以说确保每个引脚都连接正确，但只显示个0，即使不和秒十位级联，它自身也应该显示9，电路没有问题，还有哪里的问题？我们试了其它的数码管还是不行，最后换了个芯片，还是显示0，等了一会，它自己也就显示9了，看来是机子反应需要过程。

对电路添加或非门，非门，与非门，通过138译码器，使它的输出分别控制正转20秒，暂停10秒，反转20秒。

六、实验仪器及元器件清单
还用到实验箱，若干导线，万用表
七、心得体会
一开学就进行课程设计，我感觉这样子挺好的，可以让我们思维开阔，更快的融入新学期。

我们在网上找到各种资料。

查询网上的一些洗衣机控制系统的相关知识。

我们小组开始的时候是在一起讨论电路图的设计，讨论两天做出的电路达不到预期的仿真效果。

当天晚上我们小组都加了夜班，每个人都做出了电路图，第二天一早得出了一个认为不错的方案。

仿真阶段还是会出现一些问题，比如灯不亮，数码管不显示所需要的数字等等。

我想在我们最初设计的那个电路图的各种问题还在于我们没有把任务书上的要求搞明白以及
原理方面比较模糊，仿真阶段通过检查后，开始在实验箱或者面包板上连接电路，我们开始的早，不过中间也是遇到不少困难，第一次连接的时候，数码管显示的不是我们想要的数字，灯也不亮，经检查无效只得拆了重新连接。

第二次，第三次我们虽然细细的照着仿真好的电路图连接，可就偏偏出错了，大家一个一个线路检查，还是找不出问题，是我们线路连接错了?还是芯片本身的问题？还是原理方面没有搞清楚？面对混乱的交错的线，似乎无从下手，大家都在绞尽脑汁的想，都在认真的看着电路图，也许从一开始我们的思维定式就出现了问题，其实每个芯片都实现着一个功能，如果可以一步一步去实现这个功能应该可以实现总的，重心应该放在几个主芯片上。

接下来，我们很干脆的再一次拔掉了电路图，一个芯片一个芯片的实现它的功能，这样不仅仅可以连带检查保证万无一失，而且能很清晰的把这个控制器细小的部分呈现在我们眼前，从早上的九点开始一直讨论到中午的一点，二分之一的电路图是完成了，接下来，我们又遇到一个问题，首先我们用了三输入的或非门，可是由于一些情况，我们只能够借到二输入的与非门，这又是一个不能继续下去的问题，到底怎么样才可以把三输入的用几个可以借到的芯片代替，通过推导公式，思考和讨论，终于得出答案，我们可以用一个非门，一个二输入的与门和一个二输入的或门来代替，然后又马不停蹄的一个念一个连接。

等到竣工的时候，数字和三个灯都正常的显示了，实在是太棒了！我们内心的紧张感一下就放松很多了，想到那几天由于没有成功连接每天晚上睡觉，每天早晨醒来，都想着实验，各种芯片，各种短线。

这几天让我懂得了无论做什么，首先不要着急，其次不要害怕失败，失败真的是长经验呢。

如果一次就成功了，好是好，但具体问题我们还是没有得到实质性的解决。

其实在实验结束以后，我们还是想过一个问题就是怎么让它自动实现循环后的清零，并且数字亮，蜂鸣器也响。

但还是没有想到，也算是一个实验后的残留作业吧，还得继续保持不断追求知识和进步的心态。

这次实验，组内的每一个成员都很努力，有一句话是这样说的“没有成功的个人，只有成功的团队。

”这样的设计很锻炼一个人，也培养同学之间的互动和交流，有时候我们想着单靠自己一个人是可以完成很多事情的，所以不需要合作，但我们不得不承认一个人的思维毕竟是有限的，一个人的能力也是有限的，一个人的交际圈更是有限的，团队合作是很有必要的。

此时就要想到怎么去充分发挥每一个人的作用，怎么去线条人与人之间的工作，这只是个小设计不涉及什么，但要是个大设计就是一门大学问了，从小事情看大事情，从现象看本质。

课程设计结束了还真是有些留恋这两个周。

毕竟我们付出了努力还成功了。

享受了成功的喜悦。

不过我们是电信专业，以后团队合作的机会还有很多。

希望以后再接再厉。

附录系统电路图
（用protel、protues或Multisim画图）
附录一
附录二
实现正转
附录三
实现暂停
附录四
实现反转
西安文理学院物理与机械电子工程学院
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学生姓名：王晶班级：2班学号：0801110239 题目：简易洗衣机控制器的设计。