1、武漢理工大學數字電子技術課程設計摘要洗衣機控制器可以控制洗衣機的工作狀態，同時對其狀態加以顯示，可以手動設置工作時間，在洗衣機工作時還可以加以控制，使其在工作和暫停之間進行進行轉換。該控制器啟動后，先正轉20秒，再暫停10秒，接著反轉20秒，再停止，這一功能可以通過計數器的減數功能完成，用四個74LS194即可以實現分秒計數，同時用555定時器組成的多諧振蕩器作脈沖產生器接入計數器來實現計數，用LED指示電機轉動狀態，當設置的時間到時，產生跳變脈沖，觸發555定時器組成的單穩態觸發器帶動蜂鳴器工作，一段時間后停止響動。本設計電路用Multisim軟件進行仿真，它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路

2、硬件描述語言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。Multisim 10是該軟件比較新的版本。本次課程設計主要要求掌握原理圖的設計、仿真、安裝調試。關鍵詞：觸發器 多謝振蕩器 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

3、the switches.This 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 puls

4、e generator harmonic 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 ci

5、rcuit principle 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

6、 thanks oscillator Multisim simulation目錄1 設計任務與要求11.1 設計任務11.2 設計要求12 原理圖設計22.1 總體設計概述22.1.1 設計總體思路22.1.2 基本原理22.1.3系統設計框圖32.2 單元電路設計32.2.1分、秒計數器的設計32.2.2秒脈沖發生器62.2.3循環控制電路72.2.4單穩態延時電路102.3總電路設計113 Multism軟件仿真143.1 Multism軟件簡介143.2 Multism軟件的仿真應用153.2.1秒脈沖發生電路的仿真153.2.2計數器及循環電路的仿真153.2.3單穩態延時電路的仿真1

7、74 心得體會18參考文獻19附錄20實物制作21武漢理工大學數字電子技術課程設計1 設計任務與要求1.1 設計任務設計并制作一個電子定時器，用以控制洗衣機電機的運轉，要求如下：(1)洗衣機的工作順序；  啟動>正轉20s > 暫行10s> 反轉20s >暫行10 s>停止(2). 用4個LED模擬洗衣機的動作狀態:LED1LED4右移循環點亮表示正轉，LED1LED4左移循環點亮表示反轉，LED1LED4同時閃爍點亮表示暫停，全滅為停止。(3) 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) 洗滌時間

8、在0-60分鐘內可由用戶任意設定，并設置啟動鍵，在預置定時時間后，按啟動鍵開始機器運轉。(5).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。 1.2 設計要求(1)設計思路清晰，給出整體設計框圖；(2). 設計各單元電路，給出具體設計思路、電路器件；(3)總電路設計；(4)安裝調試電路；(5). 寫出設計報告。2 原理圖設計2.1 總體設計概述2.1.1 設計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，這回要用四哥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

9、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?？雌饋磉€不錯啊，如果這樣想那就嫌早了點，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

10、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?，F在大體上就這樣計劃，下面說說基本原理。2.1.2 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。2.1.3系統設計框圖如下所示：

11、圖2-1 系統設計框圖2.2 單元電路設計2.2.1分、秒計數器的設計一百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

12、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

13、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09的數字輸入。74LS194芯片的引腳圖和功能真值表如下:圖2-2 74LS194引腳圖74LS192是雙時鐘方式的十進制可逆計數器(1) CPU為加計數時鐘輸入端，CPD為減計數時鐘輸入端。(2) LD為預置輸入控制端，異步預置。(3) CR為復位輸入端，高電平有效

14、，異步清除。(4) CO為進位輸出：1001狀態后負脈沖輸出。(5) BO為借位輸出：0000狀態后負脈沖輸出。圖2-3 74LS194的真值表分、秒計數器的電路圖如下：圖2-4 分秒計數器的電路圖2.2.2秒脈沖發生器我們所需要的秒脈沖發生器可以由一個集成的555定時器構成，當電源接通后，VCC通過對R1、R2向電容充電。電容上得到電壓按指數規律上升，當電容上的電壓上身到2/3VCC時，輸電壓VO為零，電容放電。當電壓下降到1/3VCC時，輸出電平為高電平，電容放電結束。這樣周而復始便形成了振蕩。我們要的周期是1秒，頻率是1赫茲。周期T可以由下面的公式可知：TR1.R2lnC555定時器的工

15、作原理：555定時器是一種數字與模擬混合型的中規模集成電路，應用廣泛,外加電阻、電容等元件可以構成多諧振蕩器，單穩電路，施密特觸發器等。555定時器原理圖及引線排列如圖所示。定時器內部由比較器、分壓電路、RS觸發器及放電三極管等組成。分壓電路由三個5K的電阻構成，分別給A1和A2提供參考電平2/3VCC和1/3VCC。A1和A2的輸出端控制RS觸發器狀態和放電管開關狀態。當輸入信號自6腳輸入大于2/3VCC時，觸發器復位，3腳輸出為低電平，放電管T導通；當輸入信號自2腳輸入并低于1/3VCC時，觸發器置位，3腳輸出高電平，放電管截止。4腳是復位端，當4腳接入低電平時，則V0=0；正常工作時4接

16、為高電平。5腳為控制端，平時輸入2/3Vcc作為比較器的參考電平，當5腳外接一個輸入電壓，即改變了比較器的參考電平，從而實現對輸出的另一種控制。如果不在5腳外加電壓通常接0.01F電容到地，起濾波作用，以消除外來的干擾，確保參考電平的穩定。圖2-5 555定時器的結構圖及引腳圖秒脈沖發生器的電路圖如下：圖2-6 秒脈沖發生電路2.2.3循環控制電路還是采用我們方法，把秒十位上的數提出來作為循環控制系統的輸入信號，秒位上的都是相同的，可以不管。我們的目標是把秒十位上輸出的二進制數轉化成兩位三個數：SoS1狀態 10右移 11閃爍 01左移 50101401

17、0030011200101000100000表2-1 循環控制電路分析 為了設計出相應的邏輯電路圖，我們可以采用組合邏輯電路的設計方法，畫出其真值表如下：QCQBQAS0S1000110010101001011111001010110110XX111XX表2-2 循環控制電路邏輯圖于是可得S0為QA和QB的異或再與QC相或，S1為QC的反?，F在我們把192的QA、QB接上一個異或門，QC接上一個反相器，然后把它們出來的信號接到一個與非門后再接到So端，把反相器出來的信號輸入到S1端；這樣就實現了上述要求。當我們開機時，計數器時被清零的，QA、QB、QC沒有輸出，這時輸出的是000，194的So

18、、S1為11，移位寄存器置數為0010。當192輸出的是0101時，So、S1為10，移位寄存器右移動作，因為So、S1的兩端接一個與非門出1，再通過一個接在194QB端的與門，結果輸出來到發光二極管的還是高電平（如下圖所示）；從節點46輸出，經過反相器到達節點48的是低電平與門U28沒有輸出脈沖，所以194做右移直到下一個狀態的到來。顯然當192的輸出是0100是也是一樣的。當輸出是0011時，So、S1的狀態是11，194處于并行置數，其QB端輸出一個高電平1，與此同時，從So、S1輸出的兩個1進入與非門U27，但是在節點46是一個低電平0，所以節點44沒有高電平輸出。而節點46為高電平1

19、，這時通過U28的脈沖信號可以輸出了，與U28的或門U22、U23、U24、U25、U26就可以輸出脈沖信號到發光二極管實現閃爍；當192輸出的是0010時， So、S1狀態從11變為01，移位寄存器192做左移循環，在脈沖的輸入下。同右移一樣，從So、S1輸出到U27再出來的是一個高電平1，所以與門U26輸出高電平；當計數器192輸出的是0001時，還是和0010時一樣；最后當192輸出是0000時，其又和輸出0011時一樣，移位寄存器194處于置數狀態，放光二極管閃爍。到此，提取信號、循環電路完成。循環控制電路的邏輯圖如下：圖2-7 循環控制電路邏輯圖小規模移位寄存器（74LS194）引腳

20、圖和真摯功能表如下：圖2-8 74LS194引腳圖內部由四個觸發器和各自的輸入控制電路組成，除具有存儲代碼的功能外，還具有移位功能。即寄存器里存儲的代碼能夠在移位脈沖的作用下依次左移或右移，移位寄存器的工作狀態由控制端S1和S0的狀態指定。移位寄存器常用來實現數據的串行并行轉換、數值的運算以及數據處理等。功能輸 入輸 出CPS1S0SRSLDOD1D2D3Q0Q1Q2Q3清除×0××××××××0000送數111××abcdabcd右移101DSR×××&

21、#215;×DSRQ0Q1Q2左移110×DSL××××Q1Q2Q3DSL保持100××××××保持1××××××××表2-3 74ls194的邏輯真值表其中 D0、D1 、D2 、D3為并行輸入端；Q0、Q1、Q2、Q3為并行輸出端；SR 為右移串行輸入端，SL 為左移串行輸入端；S1、S0 為操作模式控制端；為直接無條件清零端；CP為時鐘脈沖輸入端。74LS194有5種不同操作模式：即并行送數

22、寄存，右移(方向由Q0Q3)，左移（方向由Q3Q0），保持及清零。2.2.4單穩態延時電路用555定時器組成的單穩態延時電路如下所示，沒有觸發信號時，輸出為低電平，若觸發端加觸發信號（V1<Vcc/3），電路的輸出狀態由低電平跳變為高電平，電路進入暫穩態，此時電容C充電，當C充電至Vc=2/3VCC時，電路的輸出電壓V0由高電平翻轉為低電平，同時555定時器內三極管T導通，于是電容C放電，電路返回穩定狀態。工作波形如右：圖2-9 555觸發器的波形延時電路的電路圖如下： 圖2-10 延時電路的電路2.3總電路設計現在各單元電路完成了，最后要把它們有效的結合起來聯合工作，實現目的功能。我們

23、要求在給分鐘置數的同時秒要顯示為零；外部還要有強制停止并清零；還有暫停功能。對于置數來說，可以在分鐘計數器的UP端到高電平之間各用一個開關接上，就當給它一個低電平時，計數器就往上增加1。但時，192要求在UP端工作的同時，其DOWN端要為高電平，且秒計數器要為零，我們可以讓秒計數器清零，同時把脈沖停止了。在高電平上接上一個開關，讓它接到一個JK觸發器上，同時把JK觸發器的JK端接1，讓它實現觸發功能。讓它的Q端輸出到秒計數器的清零端，這樣剛開機或者再按一下開機鍵就可以對秒計數器清零。把JK觸發器的Q反端和從分計數器借位端Bo反相出來的信號接到一個與非門上，從與非門出來的信號接到分計數器的DOW

24、N端來保證置數的時候DOWN是高電平。但是如果僅是這樣的話，當置數完成再一次按開機鍵（如圖中的J3所示）時，沒有脈沖信號輸入到秒計數器的DOWN端，192并不可以工作。我們可以把脈沖和JK觸發器Q反端接到一個與門上，然后把它上輸出端接到秒計數器的DOWN端以控制計數?，F在的問題是，循環的發光二極管沒有受到控制鍵的控制，所以還得把受到控制的從與門U12出來的信號輸出到移位寄存器194的時鐘信號CLK上。最后要解決一個大問題，當所置的洗衣時間完成后，要發出報警并自動清零。至于報警電路我們知道當計數器全為零的時候，從秒位會發出一個借位信號，一直接到十分位上去，十分位會發出一個借位信號，我們可以用這個

25、信號來作為報警并清零的信號，平時192的借位端保持的是高電平，當有借位信號時，其變成0。到這里有兩種方案。方案一：在分十位借位端接一個非門，再把它和分位的CLR端一起接到一個或門，其后再接到單穩態電路的輸入端TRI，單穩態的輸出端接到蜂鳴器上。而該或門的另一輸入端接在控制開關J3上，或門出去仍然接在JK觸發器上，這樣當洗衣時間完成后，十分計數器的借位端Bo端發出的0信號就可以經過以上路徑而變成1到達或門，同時觸發單穩態的JK觸發器得到一個觸發信號而輸出到單穩態，從而發出報警聲，但一段時間后其自動停止。同時或門發出的1信號使觸發器發出1信號而使秒計數器清零；當然秒脈沖因為觸發器的Q反端的0信號而

26、使其沒有輸出，這樣原來閃爍的燈不再亮了。方案二：將十位借位端和它的CLR端一起接到一個與門，其它地方不變，即可得到與方案一同樣結果。本設計采用方案一?，F在還有最后一個問題，我們需要給洗衣機安裝一個暫停鍵，按下該鍵時，洗衣機停止工作，記時停止，這也可以的，只要把秒脈沖切斷就可以了。我們可以接上一個一端接在電源上的開關按鈕，把開關的另一端和從與門U5A出來的脈沖信號接到一個與門上，我們知道與門是其中一輸入為零時，無論另一端時怎樣的其輸出為零，但一端為1時，另一端輸入什么與門就可以輸出什么?，F在控制端也連起來了，這樣，一個完整的洗衣機控制電路就完成了?？偟脑O計電路圖為： 圖2-11 總電路圖3 Mu

27、ltism軟件仿真3.1 Multism軟件簡介Multisim是加拿大圖像交互技術公司（Interactive Image Technoligics簡稱IIT公司)推出的以Windows為基礎的仿真工具，適用于板級的模擬/數字電路板的設計工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。工程師們可以使用Multisim交互式地搭建電路原理圖，并對電路行為進行仿真。Multisim提煉了SPICE仿真的復雜內容，這樣工程師無需懂得深入的SPICE技術就可以很快地進行捕獲、仿真和分析新的設計，這也使其更適合電子學教育。通過Multisim和虛擬儀器技術，PCB

28、設計工程師和電子學教育工作者可以完成從理論到原理圖捕獲與仿真再到原型設計和測試這樣一個完整的綜合設計流程。NI Multisim軟件結合了直觀的捕捉和功能強大的仿真，能夠快速、輕松、高效地對電路進行設計和驗證。憑借NI Multisim，您可以立即創建具有完整組件庫的電路圖，并利用工業標準SPICE模擬器模仿電路行為。借助專業的高級SPICE分析和虛擬儀器，您能在設計流程中提早對電路設計進行的迅速驗證，從而縮短建模循環。與NI LabVIEW和SignalExpress軟件的集成，完善了具有強大技術的設計流程，從而能夠比較具有模擬數據的實現建模測量。Multism 10概述： 1. 通過直觀的

29、電路圖捕捉環境, 輕松設計電路 2. 通過交互式SPICE仿真, 迅速了解電路行為 3. 借助高級電路分析, 理解基本設計特征 4. 通過一個工具鏈, 無縫地集成電路設計和虛擬測試 5. 通過改進、整合設計流程, 減少建模錯誤并縮短上市時間3.2 Multism軟件的仿真應用3.2.1秒脈沖發生電路的仿真點擊選項卡"Tools - Circuit Wizard - 555 Timer Wizard"，選擇多諧振蕩器便可以生成多諧振蕩器，加上示波器，可以得到仿真電路圖如下：.圖3-1 由555定時器組成的多諧整蕩器仿真結果如下：圖3-2 脈沖輸出的仿真3.2.2計數器及循環電

30、路的仿真通過仿真觀察計數器的減計數及對應的循環控制電路的狀態，在減計數過程中出現三種狀態，即右轉、左轉和閃爍。分別如下：正轉20s: 暫停10秒： 左轉20秒：暫停10秒：圖3-3 循環控制電路的仿真3.2.3單穩態延時電路的仿真當所設定的洗衣時間到時，單穩態觸發電路受觸發到達暫穩態，輸出高電平，帶動蜂鳴器，這時蜂鳴器會發出聲響，一段時間后觸發作用消失，電路由暫穩態恢復到穩態，高電平消失，蜂鳴器停止響動，出于仿真方便需要，用二極管代替蜂鳴器。仿真結果如下：圖3-4 單穩態電路的仿真4 心得體會 做這個題目的課程設計我心里很沒底，剛開始就被這個題目嚇到了，不知道如何著手，洗衣機控制器，什么東西？

31、怎么個控制法？各種問題在心里盤繞，半點頭緒都沒。題目雖難，但任務還是得完成，無奈之下，只好向讀書館求救，可是翻破各種書籍，一點蛛絲馬跡都沒找到，那時候那個傷心啊，沒想到連踏出第一步都如此困難，可我不能服輸，這是個原則問題。有事沒事我就上網查資料，皇天不負有心人，還真讓我淘到了寶貝，是一個高人發的資料，也是洗衣機控制器，但不大完整，寫得很混亂，意思沒表達完整，我硬著頭皮，花了好幾天時間研究電路原理，沒辦法，頭頂上壓力大著呢!當然原理讓我摸透了，我還發現了個別錯誤以及不合理之處，如原理圖元件過多，分析原理后省掉了幾個，發現仍可以實現相同的功能，經過修改及簡化，原理圖搞定。但這些終究是紙上談兵，要想

32、檢驗自己的所談之兵是否正確，還得進行仿真。我打聽了下，都說Multisim軟件仿真效果好，我去讀書館借了相關的學習資料，從零開始一點一滴地學，一定程度后，我開始畫仿真圖并進行仿真了，剛開始錯誤還真多，有時候有些錯誤好像故意躲著你，搞的人很郁悶，心煩氣亂??！但最終這些問題還是一點點解決了，想想，這些還都還歸功于自己的堅持不解，遇到問題時我并沒有輕易言棄，因為我知道如果一開始就不相信自己，那么成功的可能性微乎甚微，堅持下去，成功至少還有望，就算最終與成功擦肩錯過，但至少離成功更近了一步，就靠著這份自勉，這份堅持，這份自信，我走到了最后。成功只是一剎那，但帶來的喜悅與興奮卻是無盡的，足以抵償先前的辛勤與汗水，因為成功，你會感覺，再多的苦與痛都值!從本次課程設計的目的來看，收獲不少的，它使我們對課本以及以前學過的知識有了一個更好的總