洗衣机定时器.docx

1.电路设计的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0-99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，LED1 LED4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。2. 基本原理与设计框图首先，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，555 接通电源。由 555 构成的多谐振荡器产生的 1Hz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。设计框图3.电路分步设计与实现3.1 秒脉冲发生器由 555 定时器构成的多谐振荡器的电路图如图 4.1.1 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器的振荡频率稳定，不易受干扰。因此采用此方案。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f=1.43/(R1+2 R2)*C1，故选定元件参数，R1=43K，R2=50K，C1=10uF，C2=0.01uF。其中电容 C2 的作用是抗干扰。555定时器引脚3.2 分秒计数器分秒计数器74LS192引脚74LS192 的功能表如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、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。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。3.3 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 4.3，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。3.4 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 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，LED1 LED4 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。如此可以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3.5 控制开关利用借位端由 1 变为 0，作为 JK 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 JK 触发器的工作，其中 JK 均置 1，实现翻转效果。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。3.6 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，但是在仿真的过程中发现 5V 无法驱动蜂鸣器，所以我们在蜂鸣器的其中一个端子接上负电源，并且经过一番调试之后才找到负电源合适的电压值。调试的过程中要不断测量蜂鸣器两端的电压。4 仿真电路图综合上面的原理，设计思路，以及每部分电路的设计，得到电路图如附图。5 故障分析与改进故障 1：计数器的进制设置与计数器之间的连接改进 1：减法计数器的借位端平常为 1，有借位时为 0，利用此特性，将其连接在高位计数器的 DN 端作为其脉冲输入。计数器的进制设置依靠其输入端 D3、D2、D1、D0 的置数。故障 2：LED 控制电路中的灯的循环控制改进 2：LED 的循环闪亮主要是改变译码器的输入端，正转时为输入顺序位 A，反转时输入顺序应该相反，设置好 4 进制计数器，然后利用其输出端 Q1、Q0 的变化规律列出真值表，求出所需门电