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数电课程设计论文

论文题目： 洗衣机控制电路设计

课程名称 数字电子技术基础课程设计
学 院
专业班级
学 号
姓 名
指导教师

2013年 05月26 日

一、设计题目 3
1、设计的目的： 3
二、设计任务与要求 3
三、设计思路 3
四、 单元模块的设计 4
1、脉冲发生器 4
2、60s计数器模块 5
1）芯片说明 5
2）60进制异步减法计数器 6
3、定时模块 7
4、 显示模块 9
1）CD4511 9
2）8段数码管 10
5、 洗衣机正反转模块 11
6、其他模块 12
1）蜂鸣器 12
2）正反转停止 12
五、 作品及元件清单： 15
六、 总结及心得 16

一、设计题目 洗衣机控制电路设计
1、设计的目的：
1.)掌握洗衣机控制电路的设计、组装与调试方法。
2.) 熟悉数字和模拟集成电路的设计和使用方法。
二、设计任务与要求
设计制作一个洗衣机控制器，具有如下功能：
1)采用中小规模集成芯片设计洗衣机的控制定时器，控制洗衣机电机作如下运转：

2)洗涤电机用两个继电器控制。
3)用两位数码管显示洗涤的预置时间（分钟数），按倒计时方式对洗涤过程作计时显示，直至时间到而停机。洗涤定时时间在0~10min内用户任意设定。
4)当定时时间到达终点时，一方面使电机停转，同时发出音响信号提醒用户注意。
5)洗涤过程在送入预置时间后即开始运转。
三、设计思路

本定时器包括两级定时：一是总洗涤过程的定时；二是在总洗涤过程中包含电机的正转、反转和暂停三种定时，并且这三种定时是反复循环直至总定时时间到为止。总的洗涤时间定时器负责整个电路的时间定时功能，按照设计要求，需要可以自由设定1-10分钟的洗涤时间。第二个定时是电机的正反转定时，要求按照2s暂停，8s正转，8s反转，并且不断的循环下去，直到定时时间到。
根据思路：我们的设计模块电路为：

计数器
一级定时器
二级定时器
暂停
反转
正转
显示
定时

四、 单元模块的设计
1、脉冲发生器
用555定时器组成的多谐振荡器的原理图如图所示。R1、R2、C是外接电阻元件。当uc因电源接通对C充电而上升到时，比较器A1输出为低电平使R-S触发器输出置0，T导通，电容C通过T放电；当uc因电容放电而减小到略低于时，比较器A2输出为低电平，使R-S触发器输出置1，T截止，电容C继续充电直到uc略高于时，触发器又翻转到0，从而完成一个周期振荡。其振荡周期可用下式计算：
T=ln2*（R1+2R2）C
T=Ln2*(8.2k+2*68K)*10uf≈1s

Uc

555连接电路 555脉冲产生周期

5kW
-
¥
+
+
A1
-
¥
+
+
A2
-
1
5kW
5kW
RD

-
SD
-
Q
Q
UCC
电源地
WR
4
8
5
6
2
7
555定时器的原理图
3
OUT
GND
DIS
TL
TH
VC
复位端
输出端
高触发端
放电端
低触发端
电压控制端
电源端
T

555
1
2
3
4
5
6
7
8
555定时器的引脚图

2、60s计数器模块
1）芯片说明
74HC192是同步十进制可逆计数器，它具有双时钟输入，并具有清除和置数的功能。其引脚及功能如图所示：

功能表如图

2）60进制异步减法计数器
根据功能表，要实现60进制的功能，则只需要使用2个192计数器，便可以组合成60进制异步减法计数器。

该电路图的时序表如下第一个芯片为10进制计数器，第二个计数器为6进制计数器，

脉冲
电路状态
等效十进制
借位
0
Q3 Q2 Q1 Q0
1
1 0 1 0
10
0
2
1 0 0 1
9
0
3
1 0 0 0
8
0

………………
…………
0
10
0 0 0 0
0
1

脉冲
电路状态
等效十进制
借位
0
Q3 Q2 Q1 Q0
1
0 1 1 0
6
0
2
0 1 0 1
5
0
3
0 1 0 0
4
0

………………
…………
0
6
0 0 0 0
0
1

当第一个192从10减到0之后，13脚会产生一个脉冲，此脉冲接入第二192的cpd脚，充当计数脉冲。当第二计数脉冲从6减为0时，U1 U2输出端输出0000 0000，此时通过与非和反相器组成的电路，接入U1 和U2的11脚，置为初始值，开始下一轮计数。
真值表如图：

QA QB QC QD
QA QB QC QD
PL
1001
0110
1
1000
0101
1
……
……
1
0000
0000
0

3、定时模块
74HC192具有置数的功能，可以利用置数功能实现定时器的功能。
其中，0-9分钟定时电路如图1所示。
当开关S1打开时，U4脚接入低电平，允许置数，此时，脉冲对计数器无效，不计数。
开关S2接高电平和U1的第5脚，按键按下时，充当计数脉冲。每按一次，计数器加1。
U1的QA,QB,QC,QD端分别连接U4的A,B,C,D端，在U1计数时，同时将U4实时置数，实现定时功能。

10分钟定时：
由于10进制计数器只能定时0-9分钟，所以要实现10分钟的计数，还需要另外一个计数器74HC192。
原理同0-9分钟的相似，由于该位只显示1和0两种状态，所以不需要使用另外的计数器来实现置数功能，使用单刀双掷开关，显示1时接高电平，显示0时连接低电平，实现置数功能。
电路如图：

3、 显示模块
显示模块使用CD4511和8位数码管。
1）CD4511
CD4511 是一片 CMOS 的七段译码器。具有BCD转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能的CMOS电路能提供较大的拉电流。可直接驱动共阴LED数码管。
引进功能如图所示。

真值表如图所示
LE
BL
LT
D
C
B
A
a
b
c

d
e
f
g
显示
X
X
0
X
X
X
X
1
1
1
1
1
1
1
8
X
0
1
X
X
X
X
0
0
0
0
0
0
0

0
1
1
0
0
0
0
1
1
1
1
1
1
0
0
0
1
1
0
0
0
1
0
1
1
0
0
0
0
1
0
1
1
0
0
1
0
1
1
0
1
1
0
1
2
0
1
1
0
0
1
1
1
1
1
1
0
0
1
3
0
1
1
0
1

0
0
0
1
1
0
0
1
1
4
0
1
1
0
1
0
1
1
0
1
1
0
1
1
5
0
1
1
0
1
1
0
0
0
1
1
1
1
1
6
0
1
1
0
1
1
1
1
1
1
0
0
0
0
7
0
1
1
1
0
0
0
1
1
1
1
1
1
1
8
0
1
1
1
0
0
1
1
1
1
1
0
0
1
9

2）8段数码管
数码管是一种半导体发光器件，其基本单元是发光二极管。发光二极管单元连接方式分为共阳极数码管和共阴极数码管。共阴数码管是指将所有发光二极管的阴极接到一起形成公共阴极(COM)的数码管。共阴数码管在应用时应将公共极COM接到地线GND上，当某一字段发光二极管的阳极为高电平时，相应字段就点亮。当某一字段的阳极为低电平时，相应字段就不亮。当使用cd4511为译码器，必须使用共阴的数码管。

显示电路如图所示

5、 洗衣机正反转模块
设计要求该电路控制电机正转8s，暂停2s，反转8s，并不断循环直至定时时间到时显示暂停。该模块与一级定时模块连接。
十位数字（二进制）A
个位数字（二进制）B
转动方向

0100
0010
0000
0111

反转
0110
0101
0100
0011
0010
0001
0000
可以得到真值表如下图
十位数字（二进制）A
个位数字（二进制）B
转动方向

0101
0011
0001
0111

正转
0110
0101
0100
0011
0010
0001
0000

十位数字（二进制）A
个位数字（二进制）B
A
B
反转
正转
暂停
转动方向
0101
0100
0011
0010
0001
0000

1001

图-5-1
暂停

1000

由真值表经过化简得到的公式，可以得到图5-1的电路图，其中A连接十位计数器的QA输出脚，B连接个位计数器的QD输出脚，即可以实现正反转的功能。
6、其他模块
1）蜂鸣器
当定时时间结束之后，蜂鸣器启动，提醒用户定时时间到。
当计数结束时，定时器应显示00状态。可以得到如下的真值表（6-1）
定时器时间
74HC192输出（U2 U1）
蜂鸣器状态Y（0为停止，1启动）
10
0001 0000
0
09
0000 1001
0
…………
…………
0
00
0000 0000
1
由上表可以得到公式

有公式可得电路图：
A2
p
蜂鸣器
A1 B1 C1 D1
其中，A1 B1 C1 D1 分别连接定时器74HC192的QA QB QC QD端
2）正反转停止
当定时器时间到时，需要断开洗衣机正反转功能，并让洗衣机处于暂停状态。
由真值表（6-1）可得，所需要的公式为
可以利用蜂鸣器模块，利用三极管充当开关的功能，组合实现对计数器的停止功能。由蜂鸣器模块电路图可得，当定时时间未到时，p端为高电平，此时三极管导通，电路正常，洗衣机开始正反转。当定时器时间到，p端变为低电平，三极管截止，此时计数器暂停计数，洗衣机处于停止状态。电路如下所示

三极管的集电极接74HC192的5脚，由192的真值表可得，当5脚恒定为低电平时，192暂停计数并置数为初始值。

74HC192
p

各模块组合成的总电路图如下：

五、 作品及元件清单：
原件名称
型号及大小
作用
封装
数量（个）
74HC192
直插16脚
计数器
DIP_16
5
NE555
直插8脚
产生脉冲
DIP_8
1
CD4511
直插16脚
译码器
DIP_16
1
74HC00
直插14脚
与非门
DIP_14
1
74HC02
直插14脚
或非门
DIP_14
3
74HC04
直插14脚
反相器

DIP_14
3
数码管
---
显示
RED_4GND
1
可调电阻
10k
调节脉冲频率
---
1

电阻
300
限流
AXIAL_0.4
8
68k
---
AXIAL_0.4
1
开关
---
断开与连接
---
2
按键
---
定时器按键
---
1
Led灯
红、绿、蓝
旋转的提示灯
LED-0
各1个
LED灯
红
作0和1的提示
LED-0
1
三极管
S8050
作暂停开关
TO-92A
1
电容
10uF
---
RAD_0.3
1
103
----
RAD_0.3
1

PCB ：
总结及心得
总结： 经过测试，该电路基本符合课程设计的要求，其中，时间可在0~19分钟内自由定时，正反转时间准确为8s，暂停为2s。当定时时间到时，洗衣机暂停，蜂鸣器响起，提醒用户定时时间到。电路是有3个按钮，分别为十分钟定时按钮，个位定时按钮和启动按钮，操作方便。
参考文献：
数字电子技术基础（第五版） 阎石 高等教育出版社
数字电子技术课程设计指导书(第二版） 物理与光电工程学院电工电子部