电子技术课程设计-洗衣机定时正反转控制.doc

洗衣机定时正反转控制目录洗衣机定时正反转控制10 引 言21 设计内容及要求21.1 设计任务21.2 所用的软件介绍32 方案比较与论证3A 分、秒计数器的设计3B 强弱档控制电路53 设计思路及原理73.1 分秒计时器83.1.1设计要求：83.1.2实验原理83.1.3 单元电路分析83.1.4 74192的引脚图及功能表：93.2 强弱挡控制电路103.2.1 原理103.2.2译码器的具体作用134系统仿真155 系统的调试组装165.1 PCB中各芯片的封装175.2 PCB板图196 课设总结216.1 设计缺陷217 参考文献228 附录23附录一 元件清单：23附录二 总电原理图24附录三 印制电路板图25致谢26洗衣机定时正反转控制 摘 要：洗衣机完成洗涤过程，关键是对洗衣机内的电动机的运行进行合理的控制，保证洗涤过程的有效，节约，方便等。 本文用中规模集成电路实现洗衣机总洗涤时间、定时正反转及洗涤强度控制。讲述了洗衣机自动正反转的集成电路以及其各个组成部分，记述了我在整个设计过程中对各个部分的设计思路、对各部分电路设计方案的选择、元器件的筛选、以及对它们的调试、对调试结果的分析，到最后得到比较满意的实验结果。关键字：集成电路；电路设计方案；设计思路；电路板全套设计加扣3012250582 洗衣机定时正反转控制0 引 言洗衣机是现代家庭补课缺少的家用电器，随着智能化的提高，家用洗衣机的自动化程度在逐渐提高，性能也逐渐得到改善，洗衣机是现代人们生活不可缺少的家用电器，他为人们提供了很多便利，从功能上分，洗衣机有普通型，半自动型，全自动型和智能型。主要的区别在于自动化的不同，而洗衣机的自动化就体现了能否按人们的要求实现自动控制。人们往往把全自动洗衣机的自动化说成是实现“程序控制”，其实，他是由多可开关信号的逻辑关系一步一的执行的，严格的说它应该叫“顺序控制”。顺序控制和程序控制性质相似，都是完成一步再进行下一步控制的形式。但顺序控制多半是在纯开关的作用的情况下，程序控制则包含连续调节的作用。洗衣机的定时正反转控制全都由控制系统自动进行，不用让人管。使用者只要设定各步的时间，把脏衣服放进去直到指示灯亮再拿出衣服即可。洗衣机里的某个程序在什么情况下开始执行，有两种办法，一种是取决于时间，另一种是取决于条件。比如正转10 秒后开始停3秒在反转10秒，那就有定时器来来控制正转和反转这两种状态，这就是时间控制。在我得方案中主要的就是时间控制。目前中国的洗衣机市场正在进入更新换代期，市场潜力大，人对洗衣机的要求也越来越高，在许多方面还不能满足大家的要求。这就需要设计者们有更高的专业和技术水平，能够提出更好的建议和新的课题，将人们的需要变成现实，设计出更节能，功能更全面，更人性化的全自动洗衣机。目前的洗衣机都没有实现全方面的兼容，大多数洗衣机厂家都注重各自品牌的的洗衣机的特长，突出一两个于别的洗衣机不同个性化的功能。因此本文主要是用中规模集成电路实现洗衣机总洗涤时间、定时正反转及洗涤强度控制。1 设计内容及要求1.1 设计任务 1.完成洗涤电机实现“正转停止反转停止正转”的工作循环。 2.用倒计时的方法，数字显示当前状态的剩余时间。 3.洗涤强度分强、弱两挡。 强档：正转（10秒）停（3秒）反转（10秒）停（3秒）正转（10 秒）； 弱档：正转（7秒）停（3秒）反转（5秒）停（3秒）正转（7秒）。 4.可设置总的洗涤时间，总的洗涤时间结束时，有声光报警提示。1.2 所用的软件介绍这次课程设计主要用到的软件主要有两个：protel99和multisim.Protel 99SE是ProklTechnology公司基于Windows环境下开发的电路板设计软件。该软件功能强大，人机界面友好，易学易用，是大中专院校电学专业必学课程，同时也是业界人士首选的电路板设计工具。Protel 99SE 由两大部分组成：电路原理图设计（Advanced Schematic）和多层印刷电路板设计（Advanced PCB）。其中Advanced Schematic由两部分组成：电路图编辑器（Schematic）和元件库编辑器（Schematic Library）。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，PCB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.2 方案比较与论证方案一：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。A 分、秒计数器的设计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，我们用两片片74LS192来实现秒计数功能，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，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。如果有必要，我们还可以增加两片74LS192芯片去实现分计数。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99分钟的计时器（实际只用了两片74LS192，可以显示60秒的计时）。把74LS192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低电平）的脉冲上就可以实现从09的数字输入。（平时保持高电平，外从09的数字输入。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,电路图如下：图2.1 方案一的分秒计数器电路但是经过分析当两片74192的BO端同时有效时就使其停止，但我发现其不是同时到达的因此经过网上查找资料以及和同学讨论都得出方案二：即用自己搭一个锁存，也就是说我先让一个BO口先锁存，等待着另一个BO的到来，因此方案二的分秒计数电路如下：图2.2 方案二的分时计数器的电路图B 强弱档控制电路方案一： 当左边开关A断开时，秒脉冲信号送给上面的74LS192，控制强档工作。带预置清零端的双J-K下降沿触发器74LS76经过逻辑功能转换可以实现2Q1Q输出为00，01,10,11的四循环跳转，并将这四循环分别依次作为置数端置给双4选1数据选择器74LS153的BA端。当开关A断开时，上下两片74LS153的置数端1C01C11C21C32C02C12C22C3分别为：上片10100101下片00001010。第一个信号到来时，BA为00，上片74LS153输出端2Y1Y输出2C01C0的值为01，下片74LS153输出端2Y1Y输出2C01C0的值为10，则可预置BCD双时钟可逆计数器74LS192的置数端DCBA为1001，输出端QDQCQBQA在秒脉冲作用下从二进制九开始进行减计数。减计数至0时，进位输出端BO给右边的双J-K下降沿触发器74LS76信号，使之输出端2Q1Q跳转至01，经过上述同类的过程转换，到达DCBA信号为0010，此时之前BO给LOAD端的信号经过一个延迟装置恰好到达使74LS192置数为0010，又一轮减计数循环开始。74LS76的四循环00，01,10,11使74LS192完成1001,0010,1001,0010循环，即数码管显示依次为9秒，2秒，9秒，2秒的减计数四循环，对应强档：正转（10秒）停（3秒）反转（10秒）停（3秒）正转（10秒）的洗涤要求。同理可知，当左边开关A闭合时，秒脉冲信号送给上面的74LS192，控制弱档工作。所不同的是，当开关A闭合时，上下两片74LS153的置数端1C01C11C21C32C02C12C22C3分别为：上片00001101下片10100000。则弱档时，74LS76的四循环00，01,10,11使74LS192完成0110,0010,0100,0010循环，即数码管显示依次为6秒，2秒，4秒，2秒的减计数四循环，对应弱档：正转（7秒）停（3秒）反转（5秒）停（3秒）正转（7秒）的洗涤要求。具体电路如下： 图2.3 方案一的强弱档控制电路图 经过仿真与分析觉得方案一的强弱档控制电路与分秒计数器的配合不是很好，有延迟一秒的特点，因此通过查阅书籍觉得可以用74ls138译码来实现这个功能。下面我将详细介绍方案二的设计原理。3 设计思路及原理 从设计的要求看，要求实现正转反转暂停，我们可以从数码管上的数字显示来显示信号，所以必须做一个数码管使其能按强弱档时间翻转。此试验可设置总的洗涤时间，理所当然要用分秒计数器，秒脉冲信号发生器提供脉冲信号。还有个问题当洗涤的时间到了要报警，可用灯来显示。强弱档可用一片74LS162和一片74LS192，还有一片74LS138译码器来实现，其中前者连为四进制计数器，每个状态分别表示正转、停、反转、停，同时输出端经过接到译码器的输入端给以置数。如弱档时，当74LS192减到0时输出经过八选一的数据选择器接到74LS162的加法脉冲端进入下一个状态，由000变到001，001输入译码器使74LS192置3，同理可得，强档时，通过开关使译码器置101，总的洗涤时间另外用两片74LS192来实现，分别为秒的个位、十位；可设置最长时间为99秒，时间十位片借位端经过一个锁存器，再与个位的借位端通过逻辑验证借位端都达到零，接报警器，再通过与门使脉冲拉低，停止工作。因为减计数所以用74LS192，加计数用74LS162，实现四输入或非门用八一数据选择器，因此可得出洗衣机系统的框图如下：倒计时数码显示状态转换电路时钟输入状态计数器状态输入时钟输入 一位可预置减法计术器计数输入端 计数控制端 置数组合逻辑强档弱档时钟信 号溢出信号 图3.1 洗衣机系统的框图3.1 分秒计时器3.1.1设计要求： 1）实现以秒的速度进行减计数循环。 2）实现定时功能，以秒的速度预置定时的时间，时间到零应锁定在零 的状态。 3）实现报时功能。3.1.2实验原理首先，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，按下按钮，洗衣机开始工作。当个位计数器变为零的时去十位计数器上面借数；与此同时，灯表示出电机运转状态；当用户设定的洗涤时间结束后，指示灯亮。3.1.3 单元电路分析我用两片74LS192来实现秒计数功能，我要的只是减计数，所以我们把它的UP端接到高电平上去,DOWN端接到秒脉冲上；输入端全部接到开关上，开关另一端接VCC,用来置位。秒借位端BO与锁存器相连，再把秒位的BO端和十秒位的DOWN通过非联在一起。当秒脉冲从秒位的DOWN端输入的时候秒计数的192开始从预置数减到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，秒十位的计数从预置数一直到变为0；当高低位全为零的时候，秒十位和个位的BO发出一个低电平信号，通过锁存器等器件使电路关闭。我的思路是当两片74192的BO端同时有效时就使其停止，但我发现其不是同时到达的，所以经过反复讨论，我决定自己搭一个锁存，也就是说我先让一个BO口先锁存，等待着另一个BO的到来，所以具体电路图如下： 图 减数计数器原理图3.1.4 74192的引脚图及功能表：1BQBQADOWNUPQCQDGNDVCCACLK BO CO LOADCD借位端进位端表 74ls192功能表 CLR LOAD UP DOWN 功能 H * * * 复位 L L * * 预置 L H H 加计数 L H H 减计数图 分时计数器原理图3.2 强弱挡控制电路3.2.1 原理 例如当开关打开时，001送给译码器74Ls138，通过逻辑使74192置3。如此重复，当74LS162输出011时，74LS162的QAQB经与非门送给清零端CLR清零，弱档时开关则按下，使101送给译码器这又会产生不同的译码信号使74192置3，下次74162产生010信号，则送给译码器为110，通过译码器产生信号，通过逻辑使74192置5。同理可得其他所得。具体译码器连接方法由下图表示：图 强弱档控制原理图 74LS151功能表和引脚图WGi838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号WGi838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号表 74LS151功能表输入输出 WGi838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号数据选择选通YWC BAGHLHL WGi838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号L WGi838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号L WGi838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号L WGi838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号D0 WGi838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号D0 WGi838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号L WGi838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号L WGi838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号H WGi838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号L WGi838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号D1 WGi838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号D1 WGi838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号L WGi838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号H WGi838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号L WGi838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号L WGi838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号D2 WGi838电子-技术资料-电子元件-电路图-技术应用网站-基本知识-原理-维修-作用-参数-电子元器件符号D2 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如电路图上面的强弱档原理所说，当开关打开时记为高档，开始时将000送入译码器，则产生01111111，需置9，当送入001时产生10111111，需置3，当送入010时产生11011111，需置9，当送入011时产生11101111，需置3，由以上产生的信号，我们关心前四个零产生的关系，所以我们关心y0与y2接口，通过与非门就可检测其有无,0出现，并给A与D置1，当输入为001和011时，与非门输出为0，通过逻辑给B置1，C置0。弱档也是关心后四位的零的关系同理可得。具体电路图如下：图译码器电路图 74LS138的引脚图及功能表：表 74LS138功能表输 入输 出S1+A2A1A0100000111111110001101111111001011011111100111110111110100111101111010111111011101101111110110111111111100111111111111111 74LS162的管脚和功能表进位端清零端脉冲输入端表 74LS162功能表 CLR CLK LOAD EP ETD C B AQDQCQB QA 0 * * * * * *0 0 0 0 1 0 * *d c b ad c b a 1 * 1 0 * * * * 保持 1 * 1 * 0* * * * 保持 1 1 1 1* * * * 计数4系统仿真现在各单元电路完成了，最后要把他们有效的结合起来联合工作，实现目的功能。我们要求可以给秒计数器置数，外部还要有强制停止并清零，还有暂停功能。这也可以的，只要把秒脉冲拉低就可以了。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，并且仿真结果和预期一致，其电路图如下图4.1 总的系统仿真原理图5 系统的调试组装 当以上的个单元电路设计好后，总的控制电路出来，并且在multisim里面进行仿真，结果和预期的一致时，这我就可以在protel里面进行电路板的绘制，5.1 PCB中各芯片的封装 在绘制PCB原理图时，有些元件系统没有，所以我自己制作了一些元件，元件的大小尺寸采用系统默认，先介绍我定义的芯片及其封装：ab 图5.1.1 数码管的原理图（a）及封装图（b）ba图5.1.2 74ls192的原价图（a）及封装图（b）ba图5.1.3 74ls162的原理图（a）及封装图（b）ba图5.1.4 74ls138的原理图（a）及封装图（b）aba图5.1.5 KEY的原理图（a）及封装图（b）5.2 PCB板图 当定