具有数字显示的洗衣机时控电路详解

燕山大学EDA课程设计报告书题目：具有数字显示的洗衣机时控电路姓名：班级：通信工程学号：成绩：2一、设计题目及要求（一）设计题目：具有数字显示的洗衣机时控电路（二）设计要求：1．洗衣机工作时间可在1~15分钟内任意设定（整分钟数）；2．规定电动机运行规律为正转20s、停10s、反转20s、停10s、再正转20s，以后反复运行；3．要求能显示洗衣机剩余工作时间，每当电机运行一分钟，显示计数器自动减1，直到显示器为“0”时，电机停止运转；4．电机正转和反转要有指示灯指示。二、设计过程及内容（一）设计方案：（1）设计一个732进制的分频器fenpin，用3个74160构成，将732Hz的时钟脉冲分频为1Hz，来实现1秒的频率作时钟信号。（2）设计一个可产生六十进制进位信号模块count60，用2个74160构成，每六十个时钟信号产生一个进位信号，实现1分钟的周期做下一级显示模块的时钟信号。（3）设计一个控制灯模块deng，在60秒周期中，前20秒灯L1灯亮（表示正转），再10秒没有灯亮（表示停），再有20秒灯L2亮（表示反转），再10秒没有灯亮（表示停）。3（4）设计一个显示模块display，完成“洗衣机工作时间可在1～15分钟任意设定（整分钟数）；能显示洗衣机剩余工作时间，每当电机运行1分钟，显示计数器自动减1，直到显示器为‘0’时，电机停止运转”的任务，计划用减法计数器74191使分钟数自动减1。另外要用到扫描显示电路，将分钟的个位和十位上的数据分别用两个数码管进行显示，用以倒计时，显示机器的剩余工作时间。数码管显示电路用2个双四选一数字选择器74153和BCD—七段7449显示器构成。74191和数码管显示电路之间。此外本模块还需加一个将四位二进制数转换八位二进制数以实现十位和个位显示的小模块zhuan10。（二）设计过程：（1）732分频模块fenpin经过分析，决定用实验箱上的732Hz的频率,所以需要做一个732分频模块。用3个74160采用整体置数法做成fenpin模块，得到了1Hz的频率，即得到了1s的时钟周期，作为整个电路的时钟信号输入。电路原理图如下：4波形仿真如下：（2）60进制计数器count60用2个74160和1个D触发器采用整体置数法做一个60进制计数器，每60s产生一个进位信号，来实现1分钟的计时周期。实验前期没有采用D触发器，导致有1.1ns的瞬时脉冲产生，对计时造成干扰，经过查书和与同学交流，在输出端加上了D触发器，毛刺完全被消除，仿真效果很好。电路原理图如下：5仿真波形如下：（3）显示灯模块deng在60秒周期中，前20秒L1灯亮，然后10秒L1灯熄灭，再之后20秒L2灯亮，然后10秒L2灯熄灭。用1Hz信号做时钟输入，再在其中设计一个60进制计数器，后面连接一个74138译码器，其三个地址直接从第二个74160的个位开始依次传递过来。当74138输入000时，Y0为“0”，其他输出端口为“1”，L1为高电平，亮10s；输入001时，同理L1仍为高电平，继续亮10s，即前20sL1灯亮。当输入010时，Y2为“0”，灯灭10s。当输入011时，Y3为“0”，其他输出端口为“1”，L2为高电平，亮10s；输入100时，同理L2仍为高电平，继续亮10s。输入101时，灯灭10s。60进制计数器置数清零，如此循环。6电路原理图如下：仿真波形如下：（4）显示模块display①本模块中包含一个小模块zhuan10：因为需要在数码管上用十进制数来显示剩余时间，所以要把四位二进制转换为八位十进制，高四位表示十位数，低四位表示个位数。根据真值表，采用卡诺图化简的方法：DCBAD2C2B2A2D1C1B1A10000000000000001000000010010000000100011000000110100000001000101000001010110000001100111000001117100000001000100100001001101000010000101100010001110000010010110100010011111000010100111100010101得到卡诺图化简结果：A1=AB1=BD’+B’CDC1=CD’+BCD1=B’C’DA2=BD+CDB2=C2=D2=0由此结果，利用组合逻辑器件即可画出电路图。电路原理图如下：8仿真波形如下（输入为手动给出）：②显示模块display：将74191芯片的DNUP端接高电平，实现减法功能。将刚才设计的60进制计数器作为74191的时钟信号，可以实现芯片工作1分钟就减1的效果。CONTROL键控制74191是否工作以及实现整体置数：当CONTROL置零，74191不工作且处于置数状态，或者当74191减为“0”时，芯片同样停止工作，符合实验要求。zhuan10模块依次接收74191的输出端信号，将其的四位二9进制数转换为八位十进制数，作为下一级两个双四选一数字选择器74153的输入。两个双四选一数字选择器74153构成了扫描电路，74153共用地址，高位地址一直接地，低位地址接732Hz的时钟频率：当地址为“00”时，两个74153都选择C0作为输出，根据电路连接，知道74153选择了八位十进制的低四位即个位数来显示；当地址为“01”时，两个74153都选择C1作为输出，根据电路连接，知道74153选择了八位十进制的高四位即十位数来显示。由于人眼的视觉暂留现象，我们看到数码管的个位和十位是同时显示在数码管上的。电路原理图如下：仿真波形如下：10（5）总控模块zongkong本模块将之前设计的分模块fenpin，count60，deng和display连接在一起构成总电路。732Hz的频率为在实验箱上选择的固定频率，接fenpin模块得到1Hz的时钟频率，之后接count60模块得到60s的时钟周期，将其作为时钟信号接入display模块；1Hz时钟频率作为deng模块的时钟信号，实现灯L1和L2的循环亮灭，代表电机的正转和反转，中间没有灯亮时，代表电机停止转动。zongkong模块的control键控制总电路是否置数，当control为“0”时，开始置数，由ABCD四个输入端输入一个四位二进制数，即需要洗衣机工作的时间，1～15分钟内任意设定；CLK2接732Hz时钟频率作为数码管的扫描信号，之后输出CON键控制L1灯和L2灯的亮灭，AA，BB作为地址，选择实11验想箱两个数码管分别显示个位和十位，剩下的QA～QG接数码管的A～G，来显示洗衣机剩余时间。电路原理图如下：仿真波形图如下：三、设计结论经过实验箱的验证，该电路设计达到了预期的目标，实现了题目所要求的基本功能，本次EDA合格!（一）常见问题：（1）实验中往往因为没有将文件置顶，导致文件无法编译或出现其他问题。（2）count60模块开始时在60s进位前出现一个1.1ns的毛12刺，经过查资料和与同学的交流，在电路图最后加了一个D触发器，完美的消除了毛刺。（3）在利用硬件仿真时，常常会因为导线连错或断开、下载线接触不良、芯片某些管脚坏掉等问题而导致仿真结果出现问题，所以在实验前一定要先检查导线和芯片是否完好，下载线是否插好等在进行试验。（二）设计感想及建议这次EDA课程设计中，我又学到了许多知识，包括书本上的和实际动手中的，尤其是开始使用MaxPlusII，学到了很多新的知识，开阔了自己的视野，更加巩固了数电的一些知识。对硬件的使用，让自己从理论迈向了实际应用，认识到了理论和实际的差距，只有亲自动手才能更加深化对理论的理解。感谢学校给我们这次实际动脑动手的机会，使我们熟悉EDA的一些基础知识、理念，培养了我们的独立思考、动手能力和创新意识，同时为以后的学习和实践都会起到很大的帮助。同时希望学校多给我们提供这样实际操作的机会，在动手实践方面投入更大的资金和精力，增强我们的动手能力，增加我们的实践经验。最后感谢学校以及学院为我们提供的这次锻炼机会!