简易洗衣机控制电路的设计

目录1简易洗衣机控制电路的设计要求211设计目的212设计要求22简易洗衣机控制电路总体方案的设计与实现221设计方案原理框图222电路设计3221电路设计思路3222电路总体电路图4223仿真过程图423各模块电路功能分析6231开发环境PROTEUS简介6232秒脉冲发生器6233分秒计数器8234洗涤时间设置电路10235工作状态显示电路11236控制开关13237报警电路143简易洗衣机控制电路安装与调试144简易洗衣机控制电路工作分析1541陈述简易洗衣机控制电路工作过程1542简易洗衣机控制电路设计结果分析155心得体会166参考文献177本科生课程设计成绩评定表181简易洗衣机控制电路的设计要求11设计目的1掌握数字电路中选择器、计数器、译码显示等单元电路的综合应用。2熟悉洗衣机控制器的工作原理及相应的组合逻辑电路和时序电路。3掌握数字电路各部分电路与总体电路的设计、调试、模拟仿真、故障排除及安装的方法12设计要求洗衣机电机的工作顺序启动正转20S暂停10S反转20S暂停10S停止设计一个定时器控制洗衣机电机的运转，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。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。洗涤时间在060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。设置停止键，在洗涤过程中随时按该键可终止动作，并使显示器清0。2简易洗衣机控制电路总体方案的设计与实现21设计方案原理框图首先，控制开关SW1接地，洗衣机不转动，这时用户自定义洗涤时间，然后将控制开关SW1接高电平，接通电源。555构成的多谐振荡器产生的1HZ555由脉冲信号经过一个控制电路后进入秒计数器进行秒计数。利用秒计数器十位上的数值变换表示出电机运转状态，同时利用计数器和门电路设计出合适电路使LED工作达到设计要求；当用户设定的洗涤时间结束后，电路报警并清零；同时电机指示灯闪烁。图1电路设计框图22电路设计221电路设计思路对于洗衣机电机的工作顺序“启动正转20S暂停10S反转20S暂停10S停止”设计一个定时器控制洗衣机电机的运转,分析知道其一次运转的周期有60S，且其呈现周期循环，我们可利用计数器的功能进行60S的计数，即需要一个秒计数器，并利用洗衣机电机工作状态转换的时间来设置正转、暂停、反转。如此则需为计数器设置一合适脉冲，设计中的秒计数器所需脉冲必为1HZ脉冲，因此我们可以考虑555定时器，利用其构成多谐振荡器产生矩形脉冲信号。而对于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，且洗涤时间在099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，分析知道我们还需要设置一个分钟计数器，可以利用秒计数器的借位端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从而构成分计数器的工作脉冲。在要求中要求倒计时且有启动开关，显然我们需要递减计数器，和利用开关控制计数器清零端CR的电平或555电源输入以控制电路工作。对于用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，LED1LED4同时闪烁点亮并且蜂鸣器发出报警声为停止，显然可以利用移位寄存器来设计，但是由于本次设计未能成功利用移位寄存器仿真而转换了思路，利用了译码器和逻辑门电路构成了正转、暂停、反转的三种不同状态分别为01、00、11，同时利用这三种状态设计出计数器与逻辑门电路设计了与之对应的LED工作状态电路。对于设置洗涤时间，我们可以设置分钟计数器来设置洗涤时间。222电路总体电路图图2电路设计总图223仿真过程图图3数码管显示图4LED显示23各模块电路功能分析231开发环境PROTEUS简介PROTEUS软件是由英国LABCENTERELECTRONICS公司开发的EDA工具软件，由ISIS和ARES两个软件构成，其中ISIS是一款便捷的电子系统仿真平台软件，ARES是一款高级的布线编辑器，它集成了高级原理布线图、混合模式SPICE电路仿真、PCB设计以及自动布线来实现一个完整的电子设计。通过PROTEUSISIS软件的VSM（虚拟仿真技术），用户可以对模拟电路、数字电路、模数混合电路，以及基于微控制器的系统连同所有外围接口电子元器件一起仿真。在原理图中，电路激励源、虚拟仪器、图表以及直接布置在线路上的探针一起出现在电路中。任何时候都能通过“运行”按钮或“空格”键对电路进行仿真。PROTEUS有两种截然不同的仿真方式交互式仿真和基于图表的仿真。其中交互式仿真可实时观测电路的输出，因此可用于检验设计的电路是否能正常工作。而基于图表的仿真能够在仿真过程中放大一些特别的部分，进行一些细节上的分析，因此基于图表的仿真可用于研究电路的工作状态和进行细节的测量。PROTEUS软件的模拟仿真直接兼容厂商的SPICE模型，采用了扩充的SPICE3F5电路仿真模型，能够记录基于图表的频率特性、直流电的传输特性、参数的扫描、噪声的分析、傅里叶分析等，具有超过8000种的电路仿真模型。PROTEUS软件的数字仿真支持JDEC文件的物理器件仿真，有全系列的TTL和CMOS数字电路仿真模型，同时一致性分析易于系统的自动测试。PROTEUS软件支持许多通用的微控制器，如PIC、AVR、HC11以及8051；包含强大的调试工具，可对寄存器、存储器实时监测；具有断点调试功能及单步调试功能；具有对显示器、按钮、键盘等外设进行交互可视化仿真的功能。此外，PROTEUS可对IARCSPY、KEIL等开发工具的源程序进行调试。此外，PROTEUS中配置了各种虚拟仪器，在如示波器、逻辑分析仪、频率计，便于测量和记录仿真的波形、数据。232秒脉冲发生器由555定时器构成的多谐振荡器产生秒脉冲由555定时器构成的多谐振荡器的电路图如图5所示，由于555定时器内部的比较器灵敏度高，输出驱动电流大，功能灵活，而且采用差分电路形式，它的振荡频率受电源电压和温度的影响很小。所以由555定时器构成的多谐振荡器的振荡频率稳定，不易受干扰。因此采用此方案。图5由555定时器构成的多谐振荡器555定时器构成的多谐振荡器所输出的矩形脉冲信号的频率计算式为（1）故选定元件参数，R143K，R251K，C2100UF，C110UF。其中电容C1的作用是抗干扰图6555定时器的引脚233分秒计数器图7分秒计数器其中，74LS192的引脚图如图8所示图874LS192的引脚图表974LS192功能表一百进制分计数器和六十秒计数器的原理是一样的，不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、端接到高电平上，C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，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。234洗涤时间设置电路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。因此设计出洗涤时间设置电路如下图6，每次按动开关都将使洗涤时间的对应位（十位或者个位）增加1，最大增加至9，又由于所设置洗涤时间为60分内，故当我们对洗涤时间进行设置时，十位所置数小于6。图10洗涤时间设置电路235工作状态显示电路第一步分析洗衣机的工作状态，对于洗衣机电机的工作顺序有“启动正转20S暂停10S反转20S暂停10S停止”，我们可以将三种工作状态假设为正转，暂停，反转依次设为01,00,10。从而设计出合适电路如下图11。图11正反转工作状态电路第二步分析实验设计中要求用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，显然可以利用移位寄存器来设计，但是由于本次设计未能成功利用移位寄存器仿真而转换了思路，选择了利用正转、暂停、反转的三种不同状态分别为01、00、10，以1表示工作以0表示暂停从而分次序的完成设计。首先，考虑到LED的连续循环点亮，可以想到控制LED一端电平的连续循环变化达到要求，又由于有4个LED,我们采用4进制计数器即可产生循环变化的4个数，这样我们可以利用译码器从而在4个输出端得到依次变化的低电平，如此，我们可以将LED另一端接高电平，从而实现循环点亮。其次，考虑到存在正转和反转两种不同状态，我们需要改变译码器输入端的数字变化次序，如此分析四个数字变化规律，以及利用正反转表示状态的不同来设计出合适门电路。在此次设计中，我们采用74LS192构成一个4进制减数计数器，同时利用正反停指示器1在正转时电平为0，反转时电平为1来构成合适门电路。简略列出真值表如下表12表12真值表于是我们可以发现我们可以利用异或门电路来完成这一构想，从而实现出正转与反转两种状态下LED不同的循环状态。最后，剩下的就是暂停状态的显示了。先区分出暂停与工作状态的不同，利用上面设置的工作状态表示，我们可容易得到工作以1表示，暂停以0表示。如此可利用这两种电平控制译码器的工作，容易得到工作时状态如上步分析，暂停时灯全部熄灭。为使其能闪烁，我们可以考虑利用脉冲信号，工作状态的表示与门电路来设计。综合上述分析，我们可以设计出LED控制电路如下图13图13LED控制电路236控制开关利用借位端由1变为0，作为D触发器下降沿的脉冲，然后利用相应的门电路来控制计数器的清零端MR和DN端，从而达到控制计数器的要求。为达到使计数器清零效果，利用复位开关人为的制造下降沿脉冲来控制D触发器的工作。利用工作开关控制多谐振荡器的电源输入，从而控制脉冲的产生，实现控制电路的目的。设计中为尽量利用资源，以LED作为了洗衣机停止的报警系统，停止时显示屏均为0且LED闪烁，此时可控制开关切断电源。图14控制开关电路237报警电路当数码管显示的时间变为“零”的时候，报警电路会驱动蜂鸣器发出声音报警。当计数器进行减计数到零后，74LS290芯片的四个输出端都为低电平，于是我们采用四输入与非门讲低电平转化为高电平。图15报警电路3简易洗衣机控制电路安装与调试调试与设计是不同的两个过程，调试比设计难得多。在整个系统的调试过程中，调试要注意模块化，要从最底层开始，逐级通过后才能进行下一步的工作按照设计电路图连接实物元器件，连接完成后测试电路，发现并解决了下列问题1在第一次把译码显示电路的连出来的时候，出现了分秒计数器中一个LED无法显示的状况。初步以为是电路图的问题，可是经过电路仿真发现电路图并没有问题；之后将74LS48译码器的D、C、B、A四个输入端分别接四个高低逻辑电平，测试发现LED数码管可以显示相对应的十进制数字，排除74LS48译码器坏损；最后测试了所有的接地和电源，发现是由于74LS192芯片未接入电源，连接电源后，LED数码显示管正常工作。2在调试报警装置的时候，出现了报警器无法报警的问题。通过检查所有芯片的连接，发现反馈线连接错误，之后改动反馈线解决了此问题。3连接好所有模块后，进行整体调试时又出现了计数器无法正常置零复位的状况。通过检查电路连接情况，发现有些地方接触不好，最后将所有接触有问题的地方重新连接，并且重新检查多次后进行检测调试，最终才实现了理想的结果。4简易洗衣机控制电路工作分析41陈述简易洗衣机控制电路工作过程信号经过一个控制电路后进入分秒计数器进行分秒计数，首先进行开机清零，用户利用“”“