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1、摘要洗衣机控制器可以控制洗衣机的工作状态，同时对其状态加以显示，可以手动设置工作时间，在洗衣机工作时还可以加以控制，使其在工作和暂停之间进行进行转换。该控制器启动后，先正转20秒，再暂停10秒，接着反转20秒，再停止，这一功能可以通过计数器的减数功能完成，用四个74LS194即可以实现分秒计数，同时用555定时器组成的多谐振荡器作脉冲产生器接入计数器来实现计数，用LED指示电机转动状态，当设置的时间到时，产生跳变脉冲，触发555定时器组成的单稳态触发器带动蜂鸣器工作，一段时间后停止响动。本设计电路用Multisim软件进行仿真，它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的
2、仿真分析能力。Multisim 10是该软件比较新的版本。本次课程设计主要要求掌握原理图的设计、仿真、安装调试。关键词：触发器 多谢振荡器 仿真 MultisimABSTRACTThe washing machine controller can control the working status, and its status, can be manually set time, work in the washing machine work also can be controlled in the work and suspended between the switches.Thi
3、s controller is started, the first 20 seconds, then suspended for 10 seconds, then reverse 20 seconds, then stop, this function can be observed by the counter with complete functions, which can be realized 74LS194 four seconds count, and with more than composed of 555 timing for pulse generator harm
4、onic oscillator access to count, counter LED indicator when setting, motor rotation of time, jumping, triggering pulse 555 timing single steady-state flip-flop, drive buzzer after a period of time to stop shake.This circuit design software simulation with Multisim, it contains the circuit principle
5、diagram of graphic, circuit hardware description language input mode, has the rich simulation analysis ability. Is this software is Multisim 10 new version. This course design main requiring schematic diagram of the design, installation, commissioning and simulation.Keywords: trigger thanks oscillat
6、or Multisim simulation目录1 设计任务与要求11.1 设计任务11.2 设计要求12 原理图设计22.1 总体设计概述22.1.1 设计总体思路22.1.2 基本原理22.1.3系统设计框图32.2 单元电路设计32.2.1分、秒计数器的设计32.2.2秒脉冲发生器62.2.3循环控制电路72.2.4单稳态延时电路102.3总电路设计113 Multism软件仿真143.1 Multism软件简介143.2 Multism软件的仿真应用153.2.1秒脉冲发生电路的仿真153.2.2计数器及循环电路的仿真153.2.3单稳态延时电路的仿真174 心得体会18参考文献19附
7、录20实物制作211 设计任务与要求1.1 设计任务设计并制作一个电子定时器，用以控制洗衣机电机的运转，要求如下：(1)洗衣机的工作顺序； 启动正转20s 暂行10s 反转20s 暂行10 s停止(2). 用4个LED模拟洗衣机的动作状态:LED1LED4右移循环点亮表示正转，LED1LED4左移循环点亮表示反转，LED1LED4同时闪烁点亮表示暂停，全灭为停止。(3) 用数码管显示洗涤时间，按倒计时方式对洗涤过程作计时显示，直到时间到停机，并发出音响信号报警。(4) 洗涤时间在0-60分钟内可由用户任意设定，并设置启动键，在预置定时时间后，按启动键开始机器运转。(5).设置停止键，在洗涤过程
8、中随时按该键可终止动作，并使显示器清0。 1.2 设计要求(1)设计思路清晰，给出整体设计框图；(2). 设计各单元电路，给出具体设计思路、电路器件；(3)总电路设计；(4)安装调试电路；(5). 写出设计报告。2 原理图设计2.1 总体设计概述2.1.1 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，实际上没又电机给我们接上，这回要用四哥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、秒计数器是一定要有的。接下来脉冲是一定的了，但是有分钟计数器和秒钟计数器还要考虑是不是要60分频器，就我们
9、所学过的来说实现循环有移位寄存器；还有个问题，当洗涤时间到了，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，我们可以用一个单稳态电路来实现。看起来还不错啊，如果这样想那就嫌早了点，还有一个问题要解决：如何提取时间并使循环电路工作的信号?方案有两种：一是直接从数值上进行提取信号来控制一个可以实现循环的74LS194来实现；另一种是制作一个二十进制到十进制的循环转化来把这一分钟走完，但是从电路的复杂程度和经济性来说，显然后者太过于复杂，也不利于接线和排故障，虽然难度会大一些、出成果的时间会比别人晚，但是要设计一个真正可以让用户用放心使用
10、的产品，还得这样做。尤其是最后的循环电路用两个194一定可以很容易实现。现在大体上就这样计划，下面说说基本原理。2.1.2 基本原理首先，从秒脉冲出来的信号，经过一个控制电路后进入秒计数器进行秒计数，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。2.1.3系统设计框图如下所示：图2-1 系统设计框图2.2 单元电路设计2.2.1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
11、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；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
12、，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
13、它们强制清零时，可以用一个三极管（NPN）或者两个或门就可以实现该功能。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（平时保持高电平，外部给一个力就输入一个低电平）的脉冲上 就可以实现从09的数字输入。74LS194芯片的引脚图和功能真值表如下:图2-2 74LS194引脚图74LS192是双时钟方式的十进制可逆计数器(1) CPU为加计数时钟输入端，CPD为减计数时钟输入端。(2) LD为预置输入控制端，异步预置。(3) CR为复位输入端，高电平有效，异步清除。(4) CO为进位输出：1001状态后负脉冲输出。(5) BO为借位输出：0000状态后负脉冲输出。图2-
14、3 74LS194的真值表分、秒计数器的电路图如下：图2-4 分秒计数器的电路图2.2.2秒脉冲发生器我们所需要的秒脉冲发生器可以由一个集成的555定时器构成，当电源接通后，VCC通过对R1、R2向电容充电。电容上得到电压按指数规律上升，当电容上的电压上身到2/3VCC时，输电压VO为零，电容放电。当电压下降到1/3VCC时，输出电平为高电平，电容放电结束。这样周而复始便形成了振荡。我们要的周期是1秒，频率是1赫兹。周期T可以由下面的公式可知：TR1.R2lnC555定时器的工作原理：555定时器是一种数字与模拟混合型的中规模集成电路，应用广泛,外加电阻、电容等元件可以构成多谐振荡器，单稳电路
15、，施密特触发器等。555定时器原理图及引线排列如图所示。定时器内部由比较器、分压电路、RS触发器及放电三极管等组成。分压电路由三个5K的电阻构成，分别给A1和A2提供参考电平2/3VCC和1/3VCC。A1和A2的输出端控制RS触发器状态和放电管开关状态。当输入信号自6脚输入大于2/3VCC时，触发器复位，3脚输出为低电平，放电管T导通；当输入信号自2脚输入并低于1/3VCC时，触发器置位，3脚输出高电平，放电管截止。4脚是复位端，当4脚接入低电平时，则V0=0；正常工作时4接为高电平。5脚为控制端，平时输入2/3Vcc作为比较器的参考电平，当5脚外接一个输入电压，即改变了比较器的参考电平，从
16、而实现对输出的另一种控制。如果不在5脚外加电压通常接0.01F电容到地，起滤波作用，以消除外来的干扰，确保参考电平的稳定。图2-5 555定时器的结构图及引脚图秒脉冲发生器的电路图如下：图2-6 秒脉冲发生电路2.2.3循环控制电路还是采用我们方法，把秒十位上的数提出来作为循环控制系统的输入信号，秒位上的都是相同的，可以不管。我们的目标是把秒十位上输出的二进制数转化成两位三个数：SoS1状态10右移11闪烁01左移501014010030011200101000100000表2-1 循环控制电路分析 为了设计出相应的逻辑电路图，我们可以采用组合逻辑电路的设计方法，画出其真值表如下：QCQBQA
17、S0S1000110010101001011111001010110110XX111XX表2-2 循环控制电路逻辑图于是可得S0为QA和QB的异或再与QC相或，S1为QC的反。现在我们把192的QA、QB接上一个异或门，QC接上一个反相器，然后把它们出来的信号接到一个与非门后再接到So端，把反相器出来的信号输入到S1端；这样就实现了上述要求。当我们开机时，计数器时被清零的，QA、QB、QC没有输出，这时输出的是000，194的So、S1为11，移位寄存器置数为0010。当192输出的是0101时，So、S1为10，移位寄存器右移动作，因为So、S1的两端接一个与非门出1，再通过一个接在194Q
18、B端的与门，结果输出来到发光二极管的还是高电平（如下图所示）；从节点46输出，经过反相器到达节点48的是低电平与门U28没有输出脉冲，所以194做右移直到下一个状态的到来。显然当192的输出是0100是也是一样的。当输出是0011时，So、S1的状态是11，194处于并行置数，其QB端输出一个高电平1，与此同时，从So、S1输出的两个1进入与非门U27，但是在节点46是一个低电平0，所以节点44没有高电平输出。而节点46为高电平1，这时通过U28的脉冲信号可以输出了，与U28的或门U22、U23、U24、U25、U26就可以输出脉冲信号到发光二极管实现闪烁；当192输出的是0010时， So、
19、S1状态从11变为01，移位寄存器192做左移循环，在脉冲的输入下。同右移一样，从So、S1输出到U27再出来的是一个高电平1，所以与门U26输出高电平；当计数器192输出的是0001时，还是和0010时一样；最后当192输出是0000时，其又和输出0011时一样，移位寄存器194处于置数状态，放光二极管闪烁。到此，提取信号、循环电路完成。循环控制电路的逻辑图如下：图2-7 循环控制电路逻辑图小规模移位寄存器（74LS194）引脚图和真挚功能表如下：图2-8 74LS194引脚图内部由四个触发器和各自的输入控制电路组成，除具有存储代码的功能外，还具有移位功能。即寄存器里存储的代码能够在移位脉冲
20、的作用下依次左移或右移，移位寄存器的工作状态由控制端S1和S0的状态指定。移位寄存器常用来实现数据的串行并行转换、数值的运算以及数据处理等。功能输 入输 出CPS1S0SRSLDOD1D2D3Q0Q1Q2Q3清除00000送数111abcdabcd右移101DSRDSRQ0Q1Q2左移110DSLQ1Q2Q3DSL保持100保持1表2-3 74ls194的逻辑真值表其中 D0、D1 、D2 、D3为并行输入端；Q0、Q1、Q2、Q3为并行输出端；SR 为右移串行输入端，SL 为左移串行输入端；S1、S0 为操作模式控制端；为直接无条件清零端；CP为时钟脉冲输入端。74LS194有5种不同操作模
21、式：即并行送数寄存，右移(方向由Q0Q3)，左移（方向由Q3Q0），保持及清零。2.2.4单稳态延时电路用555定时器组成的单稳态延时电路如下所示，没有触发信号时，输出为低电平，若触发端加触发信号（V1Vcc/3），电路的输出状态由低电平跳变为高电平，电路进入暂稳态，此时电容C充电，当C充电至Vc=2/3VCC时，电路的输出电压V0由高电平翻转为低电平，同时555定时器内三极管T导通，于是电容C放电，电路返回稳定状态。工作波形如右：图2-9 555触发器的波形延时电路的电路图如下：图2-10 延时电路的电路2.3总电路设计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。
22、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，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。在高电平上接上一个开关，让它接到一个JK触发器上，同时把JK触发器的JK端接1，让它实现触发功能。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。把JK触发器的Q反端和从分计数器借位端Bo反相出来的信号接到一个与非门上，从与非门出来的信号接到分计数器的D
23、OWN端来保证置数的时候DOWN是高电平。但是如果仅是这样的话，当置数完成再一次按开机键（如图中的J3所示）时，没有脉冲信号输入到秒计数器的DOWN端，192并不可以工作。我们可以把脉冲和JK触发器Q反端接到一个与门上，然后把它上输出端接到秒计数器的DOWN端以控制计数。现在的问题是，循环的发光二极管没有受到控制键的控制，所以还得把受到控制的从与门U12出来的信号输出到移位寄存器194的时钟信号CLK上。最后要解决一个大问题，当所置的洗衣时间完成后，要发出报警并自动清零。至于报警电路我们知道当计数器全为零的时候，从秒位会发出一个借位信号，一直接到十分位上去，十分位会发出一个借位信号，我们可以用
24、这个信号来作为报警并清零的信号，平时192的借位端保持的是高电平，当有借位信号时，其变成0。到这里有两种方案。方案一：在分十位借位端接一个非门，再把它和分位的CLR端一起接到一个或门，其后再接到单稳态电路的输入端TRI，单稳态的输出端接到蜂鸣器上。而该或门的另一输入端接在控制开关J3上，或门出去仍然接在JK触发器上，这样当洗衣时间完成后，十分计数器的借位端Bo端发出的0信号就可以经过以上路径而变成1到达或门，同时触发单稳态的JK触发器得到一个触发信号而输出到单稳态，从而发出报警声，但一段时间后其自动停止。同时或门发出的1信号使触发器发出1信号而使秒计数器清零；当然秒脉冲因为触发器的Q反端的0信
25、号而使其没有输出，这样原来闪烁的灯不再亮了。方案二：将十位借位端和它的CLR端一起接到一个与门，其它地方不变，即可得到与方案一同样结果。本设计采用方案一。现在还有最后一个问题，我们需要给洗衣机安装一个暂停键，按下该键时，洗衣机停止工作，记时停止，这也可以的，只要把秒脉冲切断就可以了。我们可以接上一个一端接在电源上的开关按钮，把开关的另一端和从与门U5A出来的脉冲信号接到一个与门上，我们知道与门是其中一输入为零时，无论另一端时怎样的其输出为零，但一端为1时，另一端输入什么与门就可以输出什么。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。总的设计电路图为： 图2-11 总电路图3
26、Multism软件仿真3.1 Multism软件简介Multisim是加拿大图像交互技术公司（Interactive Image Technoligics简称IIT公司)推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力。工程师们可以使用Multisim交互式地搭建电路原理图，并对电路行为进行仿真。Multisim提炼了SPICE仿真的复杂内容，这样工程师无需懂得深入的SPICE技术就可以很快地进行捕获、仿真和分析新的设计，这也使其更适合电子学教育。通过Multisim和虚拟仪器技术，P
27、CB设计工程师和电子学教育工作者可以完成从理论到原理图捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计流程。NI Multisim软件结合了直观的捕捉和功能强大的仿真，能够快速、轻松、高效地对电路进行设计和验证。凭借NI Multisim，您可以立即创建具有完整组件库的电路图，并利用工业标准SPICE模拟器模仿电路行为。借助专业的高级SPICE分析和虚拟仪器，您能在设计流程中提早对电路设计进行的迅速验证，从而缩短建模循环。与NI LabVIEW和SignalExpress软件的集成，完善了具有强大技术的设计流程，从而能够比较具有模拟数据的实现建模测量。Multism 10概述： 1. 通过直
28、观的电路图捕捉环境, 轻松设计电路 2. 通过交互式SPICE仿真, 迅速了解电路行为 3. 借助高级电路分析, 理解基本设计特征 4. 通过一个工具链, 无缝地集成电路设计和虚拟测试 5. 通过改进、整合设计流程, 减少建模错误并缩短上市时间3.2 Multism软件的仿真应用3.2.1秒脉冲发生电路的仿真点击选项卡Tools - Circuit Wizard - 555 Timer Wizard，选择多谐振荡器便可以生成多谐振荡器，加上示波器，可以得到仿真电路图如下：.图3-1 由555定时器组成的多谐整荡器仿真结果如下：图3-2 脉冲输出的仿真3.2.2计数器及循环电路的仿真通过仿真观察
29、计数器的减计数及对应的循环控制电路的状态，在减计数过程中出现三种状态，即右转、左转和闪烁。分别如下：正转20s: 暂停10秒： 左转20秒：暂停10秒：图3-3 循环控制电路的仿真3.2.3单稳态延时电路的仿真当所设定的洗衣时间到时，单稳态触发电路受触发到达暂稳态，输出高电平，带动蜂鸣器，这时蜂鸣器会发出声响，一段时间后触发作用消失，电路由暂稳态恢复到稳态，高电平消失，蜂鸣器停止响动，出于仿真方便需要，用二极管代替蜂鸣器。仿真结果如下：图3-4 单稳态电路的仿真4 心得体会 做这个题目的课程设计我心里很没底，刚开始就被这个题目吓到了，不知道如何着手，洗衣机控制器，什么东西？怎么个控制法？各种问
30、题在心里盘绕，半点头绪都没。题目虽难，但任务还是得完成，无奈之下，只好向读书馆求救，可是翻破各种书籍，一点蛛丝马迹都没找到，那时候那个伤心啊，没想到连踏出第一步都如此困难，可我不能服输，这是个原则问题。有事没事我就上网查资料，皇天不负有心人，还真让我淘到了宝贝，是一个高人发的资料，也是洗衣机控制器，但不大完整，写得很混乱，意思没表达完整，我硬着头皮，花了好几天时间研究电路原理，没办法，头顶上压力大着呢!当然原理让我摸透了，我还发现了个别错误以及不合理之处，如原理图元件过多，分析原理后省掉了几个，发现仍可以实现相同的功能，经过修改及简化，原理图搞定。但这些终究是纸上谈兵，要想检验自己的所谈之兵是
31、否正确，还得进行仿真。我打听了下，都说Multisim软件仿真效果好，我去读书馆借了相关的学习资料，从零开始一点一滴地学，一定程度后，我开始画仿真图并进行仿真了，刚开始错误还真多，有时候有些错误好像故意躲着你，搞的人很郁闷，心烦气乱啊！但最终这些问题还是一点点解决了，想想，这些还都还归功于自己的坚持不解，遇到问题时我并没有轻易言弃，因为我知道如果一开始就不相信自己，那么成功的可能性微乎甚微，坚持下去，成功至少还有望，就算最终与成功擦肩错过，但至少离成功更近了一步，就靠着这份自勉，这份坚持，这份自信，我走到了最后。成功只是一刹那，但带来的喜悦与兴奋却是无尽的，足以抵偿先前的辛勤与汗水，因为成功，
32、你会感觉，再多的苦与痛都值!从本次课程设计的目的来看，收获不少的，它使我们对课本以及以前学过的知识有了一个更好的总结与理解，也让我们知道了，光分开使不够的，从外面学到的知识要把形成一各整体，这也很好的训练了外面对开发一个项目应该有怎样的思路和准备更清晰。无论是学习还是生活，生活是实在的，要踏实走路，虽然自己走出来的路要崎岖的多，但觉得踏实、放心。参考文献1 电子技术课程设计 历雅萍、易映萍 高等教育出版社 20052 电子技术课程设计指导 彭介华高等教育出版社 20053 电子线路设计、实验、测试 谢自美 华中理工出版社 20034 数字电子技术基础 阎 石 主编 高等教育出版社 2004附录
33、 表6-1 元件清单元件符号功能及参数数量R1k315k168k1180k1C10uF20.01uF20.1uF274LS192计数器474LS194移位寄存器174LS48译码器474LS08与门274LS00与非门274LS04非门274LS32或门274LS76JK触发器1NE555555定时器2K单刀单掷4LED发光二极管574LS86异或门1实物制作首先对所需要的元件要有全面深刻的认识了解，比如元件的引脚图、功能及实现方式，这里包括芯片的引脚排列，电容引脚正负极的区分，电阻阻值的认别等等，在这一过程中，我把所有芯片的引脚图都画在一张纸上，这样便于连线焊接时集中参照，达到一览无余的效果
34、，同时电阻区分阻值后分类放置。然后就开始对电路板进行规划布板了，一般一个实现完整功能的电路都具有模块化的特性，即可以划分为一些实现某个单一功能的单元电路，在划分工程中，我严格遵守单一模块布板时的内聚性，及把单一模块尽可能的放在一起，同时也要考虑模块间规划的总体性，当然这里不确定因素太多，所以得在布线焊接过程中随机应变。最后就是最重要的焊接工作了，工作量强大不说，特考耐性，过程中要做足心里准备，随时有问题等着你。由于是新手上阵，缺乏临战经验，进展是步履维艰，我会经常犯一些低级错误，比如说弄混引脚，焊接短路，缺线少线.搞的人焦头烂额的。焊接工作是一波三折的，我都郁闷得想要一摔了之，但还好理智压制住了闷火，靠自勉坚持了下来，最后总算结束了，但却远没有大功告成，因为调试不成功，但百般寻觅，却难以发现症结所在。实物图如下： 附图1 实物本科生课程设计成绩评定表姓 名性 别专业、班级课程设计题目：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）指导教师签字： 年 月 日