数字逻辑实验——洗衣机定时控制器设计报告

数字逻辑综合性实验设计报告

课程名称 数字逻辑实验 题目名称 洗衣机定时控制器 班 级 学 号 学生姓名 同组班级 同组学号 同组姓名

指导教师 武俊鹏、孟昭林、刘书勇、赵国冬

摘 要

关键词： 预置洗涤时间；倒计时显示；发出信号提醒用户；洗衣机状态转换提示功能；甩干功能

洗衣机已经进入了千家万户，其控制逻辑和功能也为人熟知，本课题要求设计一个带有洗涤时间设定并显示功能的简易洗衣机控制电路，当时间到后，报警提醒。根据要求，该电路需要有三个基础功能：第一，能在10分钟内自行设定洗涤时间；第二，用三位数码管显示预置洗涤时间，并对洗涤过程做倒计时显示，直到时间到零；第三，当时间到达终点时，会发出信号提醒用户注意。

在实现了基础功能的基础上，我们小组又扩展添加了三个功能：第一，在洗衣机洗衣功能进行到倒数第九秒时，会有一个小灯亮起提醒用户洗衣即将结束，且洗衣结束后，该灯保持闪亮直至洗衣功能被关闭；第二，为洗衣机状态转换提示功能，每十秒让设定好的小灯闪亮一次；第三，我们增加了甩干功能，因为，用户可能只需要甩干，所以甩干功能并未与洗衣功能自动连接起来，在甩干的倒数第八秒时，设定好的一个小灯会闪亮一下，提醒用户甩干即将完成，甩干结束后，此小灯会保持闪亮直至甩干功能被关闭。

该实验用到八种芯片，即74LS192、74LS11、74LS00、74LS04、74LS08、74LS27、74LS32、7490。主要用到了反馈预置法，实现了六十进制，结合了组合逻辑电路与时序逻辑电路，以1hz的连续脉冲控制整个电路的运转，较好实现了洗衣机定时控制器常见的功能。

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目 录

1 需求分析 ............................................................................................................ - 3 - 1.1 基本功能要求 .............................................................................................. - 3 - 1.2 创新拓展功能 .............................................................................................. - 3 - 1.3 设计原理 ..................................................................................................... - 3 - 1.4 实验原理图 ................................................................................................. - 4 - 2 系统设计 ............................................................................................................ - 5 - 2.1 系统逻辑结构设计 ....................................................................................... - 5 - 2.2 系统物理结构设计 ..................................................................................... - 12 - 3 系统实现 .......................................................................................................... - 17 - 3.1 系统实现过程 ............................................................................................ - 17 - 3.2

系统测试 ................................................................................................ - 19 -

3.3 系统最终电路图 ........................................................................................ - 22 - 3.4系统团队分工 ............................................................................................. - 25 - 4 总结 ................................................................................................................. - 27 - 5 引脚图附录 ...................................................................................................... - 28 -

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1 需求分析

1.1 基本功能要求

1) 洗涤时间在10分钟内由用户自行设定。

2) 用三位数码管显示洗涤的预置时间，对洗涤过程做倒计时显示，直到时

间到而停机。

3) 当定时时间到达终点时，一方面使电机停机，同时发出音响信号提醒用

户注意。

1.2 创新拓展功能

1) 在洗衣机洗衣功能进行到倒数第九秒时，会有一个小灯亮起提醒用户洗

衣即将结束，且洗衣结束后，该灯保持闪亮直至洗衣功能被关闭； 2) 为洗衣机状态转换提示功能，即洗衣机分为滚动洗衣状态和休息进水状

态，每十秒让设定好的小灯闪亮一次以提示状态的转换；

3) 我们增加了甩干功能，因为，用户可能只需要甩干，所以甩干功能并未

与洗衣功能自动连接起来，在甩干的倒数第八秒时，设定好的一个小灯会闪亮一下，提醒用户甩干即将完成，甩干结束后，此小灯会保持闪亮直至甩干功能被关闭。

1.3 设计原理

我们通过74ls192芯片预置好洗衣时间，选择了频率为1HZ的秒脉冲发出来的信号控制整个电路的运行，使用74ls192芯片，74ls00芯片和74ls08芯片结合反馈预置法完成了六十进制计数器，以该计数系统为基础组成了洗涤时间计数系统和甩干时间计数系统，以74ls192芯片的输出结合数码管显示出洗涤剩余时间和甩干剩余时间；同时采用了7490芯片进行洗衣机工作状态转换的提示。以

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上部分作为控制系统，结合时间译码实现对电机的控制。

我们使用了3个LED灯，一个用于提示洗衣功能的结束，一个提示甩干功能的结束，另一个提示状态的转换，同时用12个开关来预置五个数码管的时间。

1.4 实验原理图

洗涤时间显示 甩干时间显示 秒脉冲发生器 六十进制计数器 洗涤时间计数器

控制电路 电机 甩干时间计数器 时间 译码 - 4 -

2 系统设计

2.1 系统逻辑结构设计

因为该实验核心功能的实现主要采用的74LS192芯片，而该芯片是功能集成

化芯片，主要使用了其清零、置数和减计数功能的基本功能，下面给出74LS192芯片的功能表。

表2.1.1 74LS192计数器功能表

操作 模式 清零 置数 置数 加计数 减计数

加CK × × × ↑ H(L) 减CK × × × H(L) ↑ 输入 清除 H L L L L 置数 × L L H H Dn × H L × × 输出 Qn L H L 加计数 减计数 该洗衣机定时控制器主要3个部分： 1. 洗衣机洗涤定时控制系统

具体包含倒计时电路，LED灯和蜂鸣器提示电路； 2. 洗衣机状态转换提示电路

具体包含计时电路和LED灯提示电路； 3. 洗衣机甩干定时控制系统

具体包含倒计时电路，LED灯和蜂鸣器提示电路；

以下具体解释各部分原理：

2.1.1洗衣机洗涤定时控制系统

2.1.1.1洗涤倒计时电路 工作原理图：

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图2.1.1分钟与秒的显示电路图

工作原理：

首先进行置数设置，假设预置为6分钟59秒，因为倒计时一般都是从xx分

59秒开始。接着，把频率为1HZ的脉冲接近电路。然后，?是代表秒的低位，用到了74ls192芯片，实现了从9到0的减计数功能，当这位的计数减到0时，向高位的秒位?借位，故又需用到74ls192芯片，同时这位的秒继续进行倒计时减计数。因为这位的秒，我们要实现5到0的循环转换，而不是9到0的转换，所以需要设计一个逻辑电路将十进制的转换为6进制的。在此，我们小组通过使用反馈复位法来实现5到0的循环过程，因为10进制时0的下一位是9即1001，故从Q3Q2Q1Q0的最高位Q3和最低位Q0引出导线通过74ls00芯片进行与非逻辑运算，故74ls00芯片会输出0，并将此输出与原本需要接到秒十位的置数端的高电平信号（此信号从一个开关引出）接入一个二输入与门，再将输出接到秒十

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位的置数端，以此反馈预置法来实现5到0的循环转换。此外，当高位的秒计数减到0以后，需要向更高位的分钟位?借位，此时，最高位的分钟计数器就会减一，所以，最高位的分钟也用到了74ls192芯片。当最高位分钟减到0，两位秒也减到0时，分钟不借位，也不可让分钟这位进行9到0的循环，所以需要从分钟的输出Q3Q2Q1Q0的最高位Q3与最低位Q0引出两根导线，接入一个二输入与门并给一个“1”信号，从秒十位的输出Q3Q2Q1Q0的Q2与最低位Q0引出两根导线，接入一个二输入与门并给一个“1”信号，同时从秒个位的输出Q3Q2Q1Q0的最高位Q3与最低位Q0引出两根导线，接入一个二输入与门并给一个“1”信号，这三个输输出经过74ls11芯片进行三输入与的逻辑运算，将此时的输出结果“1”信号给三个74ls192的清零端。通过74LS11芯片清零端高电位有效，于是控制三个数码管全部显示为数字0。

2.1.1.2洗涤部分LED灯和蜂鸣器提示电路

工作原理图：

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工作原理：

每个LED灯的输出的真值表（按10进制）如下：

表2.1.2 LED灯输出真值表

Q3 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1

Q2 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 Q1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 Q0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 在倒计时可以正常工作的基础上，我们进一步完善电路，这部分是可以在工

作结束时，让蜂鸣器发出响声，提醒用户洗衣结束。另外，这部分电路还包括一个附加功能，即在洗衣服进行到倒数第九秒时，会有设定的小灯亮，直至洗衣功能被关闭为止。这部分的电路用到了74ls27芯片、74ls32芯片、74ls11芯片等。

通过分析此真值表，对于分位我们发现必须要使其为0时才能传递信号，而其他情况均不能传递，故我们将分位的Q0和Q1接入二输入或门，Q3和Q4也接入二输入或门，并将两个输出连同一个置高电位的开关输入74ls27芯片的三输入或非逻辑运算，输出“1”；与此同时秒十位输出Q2Q1Q0也全为000时才传递

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信号，同样通过74ls27芯片的三输入或非逻辑运算，输出“1”，此时这两个输出端作为输入端，连同一个置高电位的开关输入的一个“1”信号，通过74ls11芯片做与运算，输出“1”信号，此时这个“1”信号会输出给小灯X1，小灯会亮，直至低位的秒由9减到0，并保持闪亮直到洗涤功能被关闭，这个附加功能到此结束。基础功能中蜂鸣器在工作完成时会发出声音，现在介绍这部分的具体设计内容。当低位秒的四个输入Q3Q2Q1Q0为0001时，这时洗衣机进行最后一秒时，蜂鸣器响起，发出声音，洗衣机停止工作，蜂鸣器一直发出声响直至整个系统被关闭。通过74ls27等芯片输出“1”信号并将此信号作为输入信号，同时将我们上面说到的前面的74ls11芯片的输出也作为输入信号，我们再提供一个置高电位的开关输入的“1”信号，再通过另一个74ls11芯片做与的逻辑运算，这时候输出信号“1”，并将这个信号“1”作为输入，连同脉冲信号输入给二输入与门，再输出给蜂鸣器（此电路图中用小灯来代替蜂鸣器），此时会发现蜂鸣器按脉冲信号频率发出响声（即小灯会发出亮光）。到此，第二部分的电路设计的详细介绍已经完成，包括蜂鸣器在工作终点发出声音和附加功能——让小灯在洗衣机工作后10秒一直发光，来达到提醒用户洗衣机即将完成工作，用户可以稍等片刻取衣物的目的。（因为这是部分电路图，故连线不完整，故此截图中两个小灯均不亮。）

2.1.2洗衣机状态转换提示电路

这一部分的功能是联系到生活中使用的洗衣机，正常的工作时都会滚动着洗一段时间衣服，然后停止滚动一小段时间，这一小段时间同时还进行入水出水的功能，所以结合到这一点，我们添加了又一个新的功能，即每十秒（因为是模拟真实版洗衣机，故将时间缩短为这个时间段）会有一个设定好的小灯闪亮一下，第一次闪亮说明已经洗了10秒钟，然后第二次小灯闪亮一下，说明洗衣机此时正在休息兼出水进水，接着小灯又闪亮一下，说明洗衣机又进行了清洗功能，接着，小灯又闪亮一下......直到洗衣机停止工作。 工作原理图：

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工作原理：

这部分电路，是提醒用户洗衣机状态的转换。它使用的脉冲与倒计时使用的是同一个脉冲（因为是局部图，所以就人为单独给了它），起初给R01、R02分别为1、1，R91、R92分别为0、1，此时是清零。因为此时R01与R02必须不同时为1时才开始计数，所以通过反相器将1信号变为0，此时既达到了此电路开始计数，也达到与倒计时电路相应同步，以使两个部分能够使用同一个开关启动。当此电路从0计数到9时，小灯每十秒应该亮一下，通过将输出端Q3和输出端Q0作为两个输入，并通过一个置高电平的开关提供“1”信号的输入，通过74ls11芯片的与逻辑运算，输出“1”信号给小灯，使小灯成功每十秒闪亮。当洗衣机工作结束时会输出一个置零信号，将那个信号也连接到7490的2号端口，其对应数码管则同时也进入置零状态。

2.1.3洗衣机甩干定时控制系统

当用户手洗完衣服时，这时会需要洗衣机的甩干功能，考虑到用户可能仅需

使用甩干功能，所以我们根据这一特点，增加了洗衣机甩干附加功能。使用

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74ls192芯片、74ls27芯片、74ls11芯片、74ls08芯片。 工作原理图：

工作原理：

秒的低位，用到了74ls192芯片，实现了从9到0的减计数功能，当这位的

计数减到0时，向高位的秒位借位，故又需用到74ls192芯片，同时这位的秒继续进行倒计时减计数。因为这位的秒，我们要实现5到0的循环转换，其5到0的循环与上面提到的洗衣机洗涤倒计时电路的设计基本一样，通过使用反馈复位法来实现5到0的循环过程，因为10进制时0的下一位是9即1001，故从Q3Q2Q1Q0的最高位Q3和最低位Q0引出导线通过74ls00芯片进行与非逻辑运算，故74ls00芯片会输出0，并将此输出与原本需要接到秒十位的置数端的高电平信号（此信号从一个开关引出）接入一个二输入与门，再将输出接到秒十位的置数端，以此反馈预置法来实现5到0的循环转换。蜂鸣器和LED灯提醒部分也与洗涤提醒电路相似，主要采用74ls27芯片实现，在甩干到倒数第八秒时小灯会闪亮一下，

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同时蜂鸣器鸣响一声，在甩干结束后，小灯会一直亮，并且蜂鸣器会按脉冲信号鸣响，直至整个系统被关闭。

2.2 系统物理结构设计

2.2.1洗衣机洗涤定时控制系统

具体包含倒计时电路，LED灯和蜂鸣器提示电路 器材表：

表2.2.1 芯片表

芯片名称 74LS192 芯片数量 3 芯片功能 十进制同步可逆双时钟计数器 74LS27 74LS11 74LS32 74LS08 74LS00 实际连线图：

1 2 1 2 1 三输入或非门 三输入与门 二输入或门 二输入与门 二输入与非门

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关键芯片功能表：

表2.2.2 74LS192计数器功能表

操作 模式 清零 置数 置数 加计数 减计数 加CK × × × ↑ H(L) 减CK × × × H(L) ↑ 输入 清除 H L L L L 置数 × L L H H Dn × H L × × 输出 Qn L H L 加计数 减计数 电路工作原理：

首先进行置数设置，假设预置为6分钟59秒，因为倒计时一般都是从xx分59秒开始。接着，把频率为1HZ的脉冲接近电路。然后，?是代表秒的低位，用到了74ls192芯片，实现了从9到0的减计数功能，当这位的计数减到0时，向高位的秒位?借位，故又需用到74ls192芯片，同时这位的秒继续进行倒计时减计数。因为这位的秒，我们要实现5到0的循环转换，而不是9到0的转换，所以需要设计一个逻辑电路将十进制的转换为6进制的。在此，我们小组通过使用反馈复位法来实现5到0的循环过程，因为10进制时0的下一位是9即1001，故从Q3Q2Q1Q0的最高位Q3和最低位Q0引出导线通过74ls00芯片进行与非逻辑运算，故74ls00芯片会输出0，并将此输出与原本需要接到秒十位的置数端的高电平信号（此信号从一个开关引出）接入一个二输入与门，再将输出接到秒十位的置数端，以此反馈预置法来实现5到0的循环转换。此外，当高位的秒计数减到0以后，需要向更高位的分钟位?借位，此时，最高位的分钟计数器就会减一，所以，最高位的分钟也用到了74ls192芯片。当最高位分钟减到0，两位秒也减到0时，分钟不借位，也不可让分钟这位进行9到0的循环，所以需要从分钟的输出Q3Q2Q1Q0的最高位Q3与最低位Q0引出两根导线，接入一个二输入与门并给一个“1”信号，从秒十位的输出Q3Q2Q1Q0的Q2与最低位Q0引出两根导线，接入一个二输入与门并给一个“1”信号，同时从秒个位的输出Q3Q2Q1Q0的最高位Q3与最低位Q0引出两根导线，接入一个二输入与门并给一个“1”信号，这三个输输出经过74ls11芯片进行三输入与的逻辑运算，将此时的输出结

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果“1”信号给三个74ls192的清零端。通过74LS11芯片清零端高电位有效，于是控制三个数码管全部显示为数字0。

在倒计时可以正常工作的基础上，我们进一步完善电路，这部分是可以在工作结束时，让蜂鸣器发出响声，提醒用户洗衣结束。另外，这部分电路还包括一个附加功能，即在洗衣服进行到倒数第九秒时，会有设定的小灯亮，直至洗衣功能被关闭为止。这部分的电路用到了74ls27芯片、74ls32芯片、74ls11芯片等。

通过分析LED灯真值表，对于分位我们发现必须要使其为0时才能传递信号，而其他情况均不能传递，故我们将分位的Q0和Q1接入二输入或门，Q3和Q4也接入二输入或门，并将两个输出连同一个置高电位的开关输入74ls27芯片的三输入或非逻辑运算，输出“1”；与此同时秒十位输出Q2Q1Q0也全为000时才传递信号，同样通过74ls27芯片的三输入或非逻辑运算，输出“1”，此时这两个输出端作为输入端，连同一个置高电位的开关输入的一个“1”信号，通过74ls11芯片做与运算，输出“1”信号，此时这个“1”信号会输出给小灯X1，小灯会亮，直至低位的秒由9减到0，并保持闪亮直到洗涤功能被关闭，这个附加功能到此结束。基础功能中蜂鸣器在工作完成时会发出声音，现在介绍这部分的具体设计内容。当低位秒的四个输入Q3Q2Q1Q0为0001时，这时洗衣机进行最后一秒时，蜂鸣器响起，发出声音，洗衣机停止工作，蜂鸣器一直发出声响直至整个系统被关闭。通过74ls27等芯片输出“1”信号并将此信号作为输入信号，同时将我们上面说到的前面的74ls11芯片的输出也作为输入信号，我们再提供一个置高电位的开关输入的“1”信号，再通过另一个74ls11芯片做与的逻辑运算，这时候输出信号“1”，并将这个信号“1”作为输入，连同脉冲信号输入给二输入与门，再输出给蜂鸣器（此电路图中用小灯来代替蜂鸣器），此时会发现蜂鸣器按脉冲信号频率发出响声（即小灯会发出亮光）。到此，第二部分的电路设计的详细介绍已经完成，包括蜂鸣器在工作终点发出声音和附加功能——让小灯在洗衣机工作后10秒一直发光，来达到提醒用户洗衣机即将完成工作，用户可以稍等片刻取衣物的目的。

2.2.2洗衣机状态转换提示电路

具体包含计时电路和LED灯提示电路；

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器材表：

表2.2.3 芯片表

芯片名称 7490 74LS04 74LS11 实际接线图：

芯片个数 1 1 1 芯片功能 十进制计数器 反相器 三输入与门

关键芯片功能表：

表2.2.4 74LS90功能表

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电路工作原理：

这部分电路，是提醒用户洗衣机状态的转换。它使用的脉冲与倒计时使用的

是同一个脉冲（因为是局部图，所以就人为单独给了它），起初给R01、R02分别为1、1，R91、R92分别为0、1，此时是清零。因为此时R01与R02必须不同时为1时才开始计数，所以通过反相器将1信号变为0，此时既达到了此电路开始计数，也达到与倒计时电路相应同步，以使两个部分能够使用同一个开关启动。当此电路从0计数到9时，小灯每十秒应该亮一下，通过将输出端Q3和输出端Q0作为两个输入，并通过一个置高电平的开关提供“1”信号的输入，通过74ls11芯片的与逻辑运算，输出“1”信号给小灯，使小灯成功每十秒闪亮。当洗衣机工作结束时会输出一个置零信号，将那个信号也连接到7490的2号端口，其对应数码管则同时也进入置零状态。

2.2.3洗衣机甩干定时控制系统

具体包含倒计时电路，LED灯和蜂鸣器提示电路； 器材表：

表2.2.5 芯片表

芯片名称 74LS192 芯片个数 2 1 1 1 芯片功能 十进制同步可逆双时钟计数器 三输入或非门 三输入与门 二输入与门 74LS27 74LS11 74LS08 实际连线图：

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电路工作原理：

秒的低位，用到了74ls192芯片，实现了从9到0的减计数功能，当这位的计数减到0时，向高位的秒位借位，故又需用到74ls192芯片，同时这位的秒继续进行倒计时减计数。因为这位的秒，我们要实现5到0的循环转换，其5到0的循环与上面提到的洗衣机洗涤倒计时电路的设计基本一样，通过使用反馈复位法来实现5到0的循环过程，因为10进制时0的下一位是9即1001，故从Q3Q2Q1Q0的最高位Q3和最低位Q0引出导线通过74ls00芯片进行与非逻辑运算，故74ls00芯片会输出0，并将此输出与原本需要接到秒十位的置数端的高电平信号（此信号从一个开关引出）接入一个二输入与门，再将输出接到秒十位的置数端，以此反馈预置法来实现5到0的循环转换。蜂鸣器和LED灯提醒部分也与洗涤提醒电路相似，主要采用74ls27芯片实现，在甩干到倒数第八秒时小灯会闪亮一下，同时蜂鸣器鸣响一声，在甩干结束后，小灯会一直亮，并且蜂鸣器会按脉冲信号鸣响，直至整个系统被关闭。

3 系统实现

3.1 系统实现过程

实现的主要方法有：

反馈预置法：实现所需进制的循环转换； 步骤：

1.分析这个实验的目的有哪些。

2.根据实验目的在草纸上设计电路初步的原始电路。

3.通过分析电路，列出该过程中可能会用到哪些芯片以及肯定会用到哪些芯片，然后，将列出的芯片与实验室所给的芯片进行比对，挑选符合实验要求的芯片，并记录下芯片的个数及类型。

4.按照提前画好的物理导线图接实际的导线。

5.接好线后，检查这部分电路的功能。每次接好一部分的功能电路时，都要进行这部分的功能测试，看看这部分的设计成功与否，若成功继续做，否则，检

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查错误，并进行改正。切忌全部连好之后在测试功能是否达到。另外注意：不同功能部分的电路，最好使用不同颜色的导线，以免出现错误。

6.重复第四步和第五步，直至这个实验所要求的基本功全部都能够顺利地完成任务。

7.进行附加功能的设计，列出想要附加功能的基本要求。 8.根据列出的要求，进行电路的设计。

9.重复第四步和第五步的内容，直至设计的这些附加功能全部按要求成功的实现。

遇到的问题以及解决办法：

1) 在实现5到0的循环转换时，需要把十进制的计数器转换成六进制的计

数器，我们开始想要在5减到0时，下一刻通过反馈预置将数重新置成5，但那时忽略了反馈预置是将下一个时刻的输出作为反馈预置端的输入。发现错误后，我与小组成员开始重新设计，将输出端Q3与输出端Q0通过与非门进行逻辑运算，输出信号“0”，起到反馈预置的功能。 2) 通过反馈预置后，我们仍旧没有实现60进制，反复查找错误后，发现我

们直接将反馈回来的低电位信号也连在192的置数端，但是该端口同时还连接了一个置高电位的开关，故低点位信号被高电位信号给掩盖了，所以没能实现60进制的功能。最后我们添加了一个与门解决了该问题。 3) 当倒计时结束的时候，我们最初仅是通过分钟位下一脉冲会变为9来控

制3个192的置零操作，这样就导致我们的电路无法设置为0分钟的洗涤时间，显然，这不符合我们的基本要求。最后，我们还从秒十位和秒个位各引出了两个信号到与门，通过三输入与门的输出来控制3个192的置零操作。

4) 对于洗涤电路的提示电路部分，我们一开始对分钟位仅将其后3位连入

了27芯片，这样，一旦分钟为8时即会出现和0时相同的情况，这样当倒计时到8分9秒时，LED灯也会闪亮10秒。最后，我们把分钟位两位两位输入到与门内，再将两个输出以及一个置高电位的开关输入到27芯片，这样仅当分钟位为0时才会给出高电位信号。

5) 在设计电路的后期阶段，我们出现了竞争与冒险的现象。比如：在进行

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附加功能每十秒小灯亮一次的这部分电路中，我们发现两个计时器没有达到相对应的同步，倒计时的电路已经倒计时了8个数字了，而加计数的这部分却只进行了6个计数，速度上有很大的时间差。所以，针对这个问题，我们进行改正。出现这种现象的情况可能是由于各种门电路，造成了竞争与冒险，所以，我们将电路进一步改进，减少了逻辑门的使用，尽量使用最少，然后，进行测试，发现情况有所好转，这两个计时器虽然没有达到到百分百的同步，但是 ，时间差不会超过2秒 。

3.2 系统测试

测试方案：

（1）如果用户只进行甩干功能，这种情况下测试：

a.因为是模拟现实世界中的洗衣机，所以预置时间没有设太长，预置为1分钟，即从59秒减到0。我们发现，两个数码管上分别显示数字5、9。5为秒的高位即10位，9为秒的低位即个位。

b.打开相对应的开关，置数，此时，开始进行甩干功能的减计数，通过观察，看计数器是否正常工作，数码管是否显示正常及是否显示正确。

c.此电路的倒计时计数器在还剩下10秒，也就是高位的秒此时为0，低位的秒此时为9，认真观察先前设好的指定小灯有没有闪亮一下。

d.当计数器的倒计时结束时，观察上面提到的两个数码管有没有同时清零，且观察先前设定好的小灯有没有一直发亮，直至关闭整个系统。 （2）洗衣机的洗衣服时的功能测试：

a.预置洗衣时间为6分钟59秒，观察三个数码管的显示，看是否分别为6、5、9，其中6为分钟，是最高位，5为秒的高位代表10位，9是最低位，代表秒的个位。

b.打开开关，开始进行置数，接着，进行计数器的倒计时功能，仔细观察，看三个数码管的倒计时是否正确，以及分与秒之间的关系是否是六十进制，还要观察再次重新置数和借位是否正确进行。

c.附加功能中洗衣机状态转换，设定好的小灯是每10秒，闪亮一下，所以，

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要观察显示洗涤状态转换的小灯在洗涤过程中是否每十秒闪亮一下，并在洗衣完成后一直闪亮，直到整个系统被关闭。

d.附加功能中，在倒计时还剩10秒时，会有设定好的一个小灯亮，故仔细观察小灯在指定时间是否亮起，并一直亮，直至整个系统被关闭。

e.在进行计数器的倒计时最后一秒时，洗衣机洗衣功能即将结束，蜂鸣器发出音响，所以仔细观察蜂鸣器是否发出声响，且负责倒计时的三个数码管在工作结束后应该同时清零，故也要观察数码器是否处于000状态，且保持此状态不变，另外，每十秒一亮的小灯一直闪亮，倒计时10秒的小灯一直亮但不闪。 测试数据：

（若测试成功用“1”表示，若不成功用“0”表示） （1）甩干功能的数据测试：

测试的序号 1 测试的功能 两个数码管分别显示5、9 测试的结果 1 2 计数器开始进行倒计时计数 1

4 3 倒数第十秒时，小灯闪亮一下 工作结束，两个数码管均显示0且小灯一直发亮 1 1 （2）洗衣机进行洗衣共能时的数据测试：

测试的序号 测试的功能内容 测试的结果 1 预置时间，并让数码管显示预置的时间 1 - 20 -

2 倒计时计数器正常工作，借位及六十进制均正常工作 1 3 附加功能，小灯每10秒闪亮一下，且工作结束后一直闪亮，直至整个系统关闭 1 4 附加功能，在倒计时还有10秒时，会有小灯亮，且直到整个工作系统关闭 1 5 蜂鸣器在洗衣机结束工作时发出声响，三个数码管均显示000，且不再变化，一个小灯一直闪亮，一个小灯一直亮 1

测试结果分析：

（1）洗衣机甩干电路的结果分析：

1.预置甩干时间一分钟即从59秒到0.同时，两个数码管分别显示5、9，这部分正确。

2.打开置数端的开关，发现计数器开始进行倒计时计数，且倒计时正确，这部分电路功能也正确 。

3.当计数器倒计时到倒数第十秒时，设定好的小灯会闪亮一下，提醒用户甩干即将完成，电路功能正确。

4.甩干功能结束时，两个数码管均显示00，并且小灯一直发亮，直至整个电路系统被关闭，电路功能正确。

小结：这部分电路正确，且实现了甩干的功能，这部分电路实验完成。

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（2）洗衣机洗衣功能电路结果分析：

1.预置时间，并让数码管显示预置的时间，此部分结果正确，电路正确。 2.倒计时计数器正常工作，借位及六十进制均正常工作，电路正确，功能正确。

3.附加功能，小灯每10秒闪亮一下，且工作结束后一直闪亮，直至整个系统关闭，电路正确，功能正确。

4.附加功能，在倒计时还有10秒时，会有小灯亮，且直到整个工作系统关闭，电路正确，功能正确。

5.蜂鸣器在洗衣机结束工作时发出声响，三个数码管均显示000，且不再变化，一个小灯一直闪亮，一个小灯一直亮，电路正确，功能正确。

小结：通过测试，及各部分的电路结果分析，此洗衣机洗衣功能正确无误，此部分实验完成。

3.3 系统最终电路图

总的电路图：

电路工作原理分析：

1. 洗衣机洗涤定时控制系统

具体包含倒计时电路，LED灯和蜂鸣器提示电路；

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电路工作原理：

首先进行置数设置，假设预置为6分钟59秒，因为倒计时一般都是从xx分59秒开始。接着，把频率为1HZ的脉冲接近电路。然后，?是代表秒的低位，用到了74ls192芯片，实现了从9到0的减计数功能，当这位的计数减到0时，向高位的秒位?借位，故又需用到74ls192芯片，同时这位的秒继续进行倒计时减计数。因为这位的秒，我们要实现5到0的循环转换，而不是9到0的转换，所以需要设计一个逻辑电路将十进制的转换为6进制的。在此，我们小组通过使用反馈复位法来实现5到0的循环过程，因为10进制时0的下一位是9即1001，故从Q3Q2Q1Q0的最高位Q3和最低位Q0引出导线通过74ls00芯片进行与非逻辑运算，故74ls00芯片会输出0，并将此输出与原本需要接到秒十位的置数端的高电平信号（此信号从一个开关引出）接入一个二输入与门，再将输出接到秒十位的置数端，以此反馈预置法来实现5到0的循环转换。此外，当高位的秒计数减到0以后，需要向更高位的分钟位?借位，此时，最高位的分钟计数器就会减一，所以，最高位的分钟也用到了74ls192芯片。当最高位分钟减到0，两位秒也减到0时，分钟不借位，也不可让分钟这位进行9到0的循环，所以需要从分钟的输出Q3Q2Q1Q0的最高位Q3与最低位Q0引出两根导线，接入一个二输入与门并给一个“1”信号，从秒十位的输出Q3Q2Q1Q0的Q2与最低位Q0引出两根导线，接入一个二输入与门并给一个“1”信号，同时从秒个位的输出Q3Q2Q1Q0的最高位Q3与最低位Q0引出两根导线，接入一个二输入与门并给一个“1”信号，这三个输输出经过74ls11芯片进行三输入与的逻辑运算，将此时的输出结果“1”信号给三个74ls192的清零端。通过74LS11芯片清零端高电位有效，于是控制三个数码管全部显示为数字0。

在倒计时可以正常工作的基础上，我们进一步完善电路，这部分是可以在工作结束时，让蜂鸣器发出响声，提醒用户洗衣结束。另外，这部分电路还包括一个附加功能，即在洗衣服进行到倒数第九秒时，会有设定的小灯亮，直至洗衣功能被关闭为止。这部分的电路用到了74ls27芯片、74ls32芯片、74ls11芯片等。

通过分析LED灯真值表，对于分位我们发现必须要使其为0时才能传递信号，而其他情况均不能传递，故我们将分位的Q0和Q1接入二输入或门，Q3和Q4也接入二输入或门，并将两个输出连同一个置高电位的开关输入74ls27芯片的三

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输入或非逻辑运算，输出“1”；与此同时秒十位输出Q2Q1Q0也全为000时才传递信号，同样通过74ls27芯片的三输入或非逻辑运算，输出“1”，此时这两个输出端作为输入端，连同一个置高电位的开关输入的一个“1”信号，通过74ls11芯片做与运算，输出“1”信号，此时这个“1”信号会输出给小灯X1，小灯会亮，直至低位的秒由9减到0，并保持闪亮直到洗涤功能被关闭，这个附加功能到此结束。基础功能中蜂鸣器在工作完成时会发出声音，现在介绍这部分的具体设计内容。当低位秒的四个输入Q3Q2Q1Q0为0001时，这时洗衣机进行最后一秒时，蜂鸣器响起，发出声音，洗衣机停止工作，蜂鸣器一直发出声响直至整个系统被关闭。通过74ls27等芯片输出“1”信号并将此信号作为输入信号，同时将我们上面说到的前面的74ls11芯片的输出也作为输入信号，我们再提供一个置高电位的开关输入的“1”信号，再通过另一个74ls11芯片做与的逻辑运算，这时候输出信号“1”，并将这个信号“1”作为输入，连同脉冲信号输入给二输入与门，再输出给蜂鸣器（此电路图中用小灯来代替蜂鸣器），此时会发现蜂鸣器按脉冲信号频率发出响声（即小灯会发出亮光）。到此，第二部分的电路设计的详细介绍已经完成，包括蜂鸣器在工作终点发出声音和附加功能——让小灯在洗衣机工作后10秒一直发光，来达到提醒用户洗衣机即将完成工作，用户可以稍等片刻取衣物的目的。

2. 洗衣机状态转换提示电路

具体包含计时电路和LED灯提示电路；

电路工作原理：

这部分电路，是提醒用户洗衣机状态的转换。它使用的脉冲与倒计时使用的

是同一个脉冲（因为是局部图，所以就人为单独给了它），起初给R01、R02分别为1、1，R91、R92分别为0、1，此时是清零。因为此时R01与R02必须不同时为1时才开始计数，所以通过反相器将1信号变为0，此时既达到了此电路开始计数，也达到与倒计时电路相应同步，以使两个部分能够使用同一个开关启动。当此电路从0计数到9时，小灯每十秒应该亮一下，通过将输出端Q3和输出端Q0作为两个输入，并通过一个置高电平的开关提供“1”信号的输入，通过74ls11芯片的与逻辑运算，输出“1”信号给小灯，使小灯成功每十秒闪亮。当洗衣机工作结束时会输出一个置零信号，将那个信号也连接到7490的2号端口，其对

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应数码管则同时也进入置零状态。

3. 洗衣机甩干定时控制系统

具体包含倒计时电路，LED灯和蜂鸣器提示电路；

电路工作原理：

秒的低位，用到了74ls192芯片，实现了从9到0的减计数功能，当这位的计数减到0时，向高位的秒位借位，故又需用到74ls192芯片，同时这位的秒继续进行倒计时减计数。因为这位的秒，我们要实现5到0的循环转换，其5到0的循环与上面提到的洗衣机洗涤倒计时电路的设计基本一样，通过使用反馈复位法来实现5到0的循环过程，因为10进制时0的下一位是9即1001，故从Q3Q2Q1Q0的最高位Q3和最低位Q0引出导线通过74ls00芯片进行与非逻辑运算，故74ls00芯片会输出0，并将此输出与原本需要接到秒十位的置数端的高电平信号（此信号从一个开关引出）接入一个二输入与门，再将输出接到秒十位的置数端，以此反馈预置法来实现5到0的循环转换。蜂鸣器和LED灯提醒部分也与洗涤提醒电路相似，主要采用74ls27芯片实现，在甩干到倒数第八秒时小灯会闪亮一下，同时蜂鸣器鸣响一声，在甩干结束后，小灯会一直亮，并且蜂鸣器会按脉冲信号鸣响，直至整个系统被关闭。

3.4系统团队分工

系统团队分工：

在电路的设计过程中：

本人：主要负责设计计时电路部分的电路设计以及附加功能中洗衣机状态转换提示电路的。

组员：主要负责设计报警电路部分的电路以及服加工能中洗衣机甩干的电路设计。

共同设计部分：附加功能中，洗衣机即将完成工作的最后十秒，会有小灯亮，直至整个系统被关闭。

在安装电路的过程中：

本人：负责查找所使用的每个芯片的功能，并按照引脚图引导同伴什么端

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口接什么信号，此外也负责电路的调试。

组员：主要负责线路的连接以及电路的调试。

在答辩的过程中：

本人：负责制作PPT，并把PPT内容向老师讲解，进行答辩。 组员：负责实物操作，给老师讲解电路的组成，进行答辩。

系统实物照片

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4 总结

这次的数字逻辑实验差不多持续了一个月，在这一个月中，可以说我学到了许多的知识。这次的实验也让我开阔了眼界。从对数字逻辑实验一无所知，到可以设计出属于自己的电路。感觉这门课程的开设，非常的有价值，它让学生们将学到的数字逻辑知识，在实践中应用，而不是像其他的课程，只是传授书本上的知识，而不注重对知识的应用。所以，数字逻辑实验这门课程，从开始到结束，都让我深深的喜爱。这门课程中，我在这个过程中从门外汉转换为及格生，进步明显且成就感满满。

对于收获，我觉得我收获了特别多的东西，主要包括知识的拓展、实践动手能力。首先谈知识的拓展，在书本上只能看到芯片图片，只能根据图片想象实际芯片，但上了数字逻辑实验，我了解到了原来这些芯片是这个样子，是这样的大小，通过翻阅课本及老师的讲解，我熟悉了许多芯片的功能，并对其引脚图也熟记于心；此外，对组合逻辑电路、时序逻辑电路，也有了深刻的认知，加深了这部分知识的印象；还有，做实验的实验箱，从前看别人用这些设备，我充满了好奇，如今，我的好奇心终于得到了满足，因为，我熟练地掌握了试验箱的使用方法，在对仪器的使用上，又增加了一项——数字逻辑实验箱；除了这些收获，我觉得还有一点很重要——细心，做实验切忌大意，在做实验时，一定要测使用的每一根导线，否则，可能会达不到预期的结果。接下来该谈一谈实践动手能力啦，我本人是一个动手能力比较差的学生，所以需要实践动手的机会，这门课程，则提供了许多机会，我在这一个月中，不停地设计实验、连接电路等等，现在，我能很熟练的连接电路，也能熟练地改变电路。这门课程，让我收获颇丰。

通过上数字逻辑实验这门课，作为一名上过此课的学生，我想提几条建议：第一，这样的课可以提高同学们的动手能力，也可以扩展同学们的知识领域，所以，可以适当的增加这门课程的学时，让同学们多上；第二，数字逻辑实验可以设置不同等级的实验，让同学们自由选择，有能力的同学可以选难度大的，能力稍差的可以选择稍微简单一些的实验；第三，为了更大的激发同学们的热情，可以加设额外的比赛，有所成绩的，可以加分，稍差些的可以少加分；第四，实验仪器需要定时更新，否则，有些实验仪器会影响同学们的实验结果。

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5 引脚图附录

74LS00 二输入与非门

74LS27二 输入或非门 74LS08 二输入与门

74LS04反相器 7490十进制计数器

74LS32 二输入或门

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74LS11三输入与门 74LS192十进制可逆计数器

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