洗衣机自动控制电路设计与实现

武汉理工大学数字电子技术基础课程设计课程设计任务书学生姓名杜炳谦专业班级通信1006指导教师付琴工作单位信息工程学院题目洗衣机自动控制电路设计与实现初始条件通过学到的知识，利用定时器、数码管、LED等数字电路器实现系统设计。要求完成的主要任务1电路原理说明以及原理图的设计2设计电路的仿真，并给出仿真结果及分析3设计报告的撰写时间安排序号阶段内容所需时间1选题，原理方案设计1天2电路原理图、电路的仿真2天3撰写报告1天4答辩1天合计5天指导教师签名2012年6月7日系主任（或责任教师）签名2012年6月7日目录目录I摘要IABSTRACTII1引言12设计要求和实现的功能23设计原理与方案331方案选择44单元电路的设计541秒脉冲发生器542分秒计数器643控制电路部分1044循环电路1245总电路图135电路仿真结果1451秒脉冲发生器1452显示电路仿真结果156心得体会19参考文献20附录21武汉理工大学数字电子技术基础课程设计I摘要本次课程设计我利用定时器、数码管、LED等数字电路器件设计实现洗衣机功能。设计时考虑了很多种情况，根据实际操作性和我的个人的能力选择了一种。这个方案总共使用了一些LED，74系列芯片如74LS192和74LS138以及电阻电容若干，NE555定时器等完成了洗衣机的功能实现。当定时时间达到终点时，一方面使电机停机，同时发出信号（本次试验用的是发光二级管）。用两位数码管显示洗涤的预置时间（以分钟为单位），按倒计时方式对洗涤过程作计时显示，直到时间到而停机。三只LED灯表示“正转”、“反转”和“暂停”3个状态。关键词洗衣机；定时器；发光二级管；74LS192武汉理工大学数字电子技术基础课程设计IIABSTRACTTHECURRICULUMDESIGNIUSETHETIMER,DIGITALTUBE,LEDDIGITALCIRCUITDEVICESDESIGNEDTOACHIEVETHEWASHINGMACHINEFUNCTIONCONSIDERATIONWHENDESIGNINGAVARIETYOFCIRCUMSTANCES,ACCORDINGTOTHEACTUALOPERATIONALANDMYPERSONALABILITYTOCHOOSEATHISPROGRAMISATOTALOFANUMBEROFLED74SERIESCHIPSSUCHASTHE74LS192AND74LS138ANDTHERESISTANCEANDCAPACITANCE,NE555TIMER,ETCTOCOMPLETETHEFUNCTIONOFTHEWASHINGMACHINEREACHTHEENDOFREGULARTIME,ONTHEONEHAND,THEMOTORISSTOPPED,THESIGNALINTHISEXPERIMENTWITHTHELIGHTEMITTINGDIODETWODIGITALDISPLAYWASHINGPRESETTIMEINMINUTES,THEWASHINGPROCESSACCORDINGTOTHECOUNTDOWNTIMEDISPLAY,UNTILTHETIMETOSTOPTHETHREELEDINDICATESTHE“FORWARD“AND“REVERSE“AND“PAUSE“THREESTATESKEYWORDSWASHINGMACHINETIMERTWOLIGHTEMITTINGTUBES74LS192武汉理工大学数字电子技术基础课程设计11引言洗衣机从发展以来普及很快，已经成为人们生活中很重要的一部分。洗衣机由于洗涤方便受到广大用户的喜爱。随着时代的发展洗衣机也在不停革新、发展。本次课程设计我利用定时器、数码管、LED等数字电路器件设计实现洗衣机功能。设计时考虑了很多种情况，根据实际操作性和我的个人的能力选择了一种。这个方案总共使用了一些LED，74系列芯片如74LS192和74LS138以及电阻电容若干，NE555定时器等完成了洗衣机的功能实现。武汉理工大学数字电子技术基础课程设计22设计要求和实现的功能当洗衣机控制开关打开后，电动机先正转20秒，然后暂停10秒，再反转20秒，再暂停10秒，刚好在一分钟内完成一个周期，便于设计与控制，如果定时器未到则开始循环，若定时器到，则停机。（1）当定时时间达到终点时，一方面使电机停机，同时发出信号（本次试验用的是发光二级管）。（2）用两位数码管显示洗涤的预置时间（以分钟为单位），按倒计时方式对洗涤过程作计时显示，直到时间到而停机。（3）三只LED灯表示“正转”、“反转”和“暂停”3个状态。武汉理工大学数字电子技术基础课程设计33设计原理与方案方案一，框图如下秒脉冲发生器总控制报警控制100进制分减计数器60进制秒减计数器循环控制LED灯图31方案一框图方案二，框图如下一百进制分计数器剩余时间显示总控制电路运行状态显示灯六十进制秒计数器双向开关预置数图32方案二框图电机运转显示洗涤时间显示武汉理工大学数字电子技术基础课程设计431方案选择驱动能力不足，三极管的概念，一是总洗涤过程的定时，而是在总洗涤过程中又包含电机的正转、反转和暂停三种定时，并且这三种定时是反复循环直至所设定的总定时时间到位置。当总定时时间在020MIN以内设定一个输之后T为高电平1，然后用倒计时的方法每分钟减1直至T变为0在此期间，若Z1Z21，实现正转；若Z1Z20，实现暂停；若Z11,Z20,实现反转。实现定时的方法很多，比如采用单稳电路实现定时，又如将定时初值预置到计数器中，使计数器运行在减计数状态，当减到全零时，则定时时间到。如图所示的电路原理框图就是采用这种方法实现的。由秒脉冲发生器产生的时钟信号经60分频后，得到分脉冲信号。洗涤定时的时间的初值先通过拨盘或数码开关设置到洗涤时间计数器中，每当分脉冲到来计数器减1，直至减到定时时间到为止。运行中间，剩余时间经译码后在数码管上进行显示。经比较后，采用第二种方案。武汉理工大学数字电子技术基础课程设计54单元电路的设计41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。在电路中实际C2应该为02UF左右。555定时器构成的多谐振荡器如图411所示图41秒脉冲发生器三五定时器引脚图和内部原理图如图42所示。武汉理工大学数字电子技术基础课程设计6图42555内部原理图和引脚图42分秒计数器六十进制秒计数器和十进制分计数器模块选用具有双时钟输入功能的可逆计数器74LS192来实现，需要的是它的减数功能。1将它的加计数端UP接到高电平或者5伏电源上，CLK接地端2对于秒个位我们不需要置数，所以将它的异步置数端LD（低电平有效）接到高电平上。3DOWN接一秒脉冲源，而它的借位输出端BO接到秒十位的信号输入端DOWN，当秒个位的数清零时，BO发送一个借位信号到十位，使得十位减一,而秒个位继续从9减到1。4对于秒十位，我们同样将它的借位输出端BO接到下一个高位的信号输入端DOWN。5由于秒个位要不断向它借位，等到秒位全部为零时它的秒十位借位输出端BO就会向高位的分位的信号输入端DOWN发送一个低电平借位信号。为了实现六十进制功能我们让秒十位的输入端B,C接高电平，A,D接低电平（秒个位上的四个输入均接到低电平上）再把它的异步置数端LD和它的借位输出相连，当它要向高位借位时借位输出端BO发出的低电平信号会使得LD有效，此时系统自动就将其置为0110即就是6，这就实现了六十进制秒计数器。对于十进制分计数器，同理，我们将它UP接到高电平或者5伏电源上，CLK接地端。它的异步置数端LD接到高电平上即使之无效，个位借位输出端BO接到十位的信号输入端DOWN，当个位的数减为零时，BO发送一个借位低电平信号到十位，使得十位减一,而秒个位也继续从9减到1，秒位上的输入端A,B,C,D均接到低电平上。当然要显示剩余时间，就需要在每一个减数器上连接一个显示管，即将计数器的四个输出端QA,QB,QC,QD依次连接到显示管的四个输入端1,2,3,4。武汉理工大学数字电子技术基础课程设计7图43时间显示电路74LS192的引脚图如下图武汉理工大学数字电子技术基础课程设计8图4474LS192管脚其中BO为借位输出端，CO为进位输出端UP为加计数端，DOWN为减计数端，LOAD为异步置数端，CLR为异步清零端。表4174LS192的逻辑功能表输入输出CRLDUPDOWNDCBAQDQCQBQA1000000ABCDABCD011加计数功能011减计数功能当CLR为高电平时（高电平有效），计数器直接清零，当CLR为低电平，LOAD也为低电平（低电平有效）时，数据直接从置数端A,B,C,D植入计数器，CLR为低电平，LOAD为高电平时，执行计数功能，执行加数功能时，减计数端武汉理工大学数字电子技术基础课程设计9DOWN接高低电平，计数脉冲由UP端输入；执行减数功能时，加数端UP接高电平，计数脉冲由减数端DOWN。LED数码显示管的引脚如图15图45LED数码显示管其中4,3,2,1端为其数据输入端，其它各端口显示器默认有效。武汉理工大学数字电子技术基础课程设计1043控制电路部分分位的A,B,C,D接一个置数开关，往上拨开关表示置1，往下拨表示置0。开始前单刀双掷开关J1接在上开关，JK触发器初始状态置0，分位的置数端LOAD接在J1的下开关，而此时下开关电位为0，这时候就可以通过置数开关J2实现置数。分位的QA,QB,QC,QD接一个四输入的或门，或门输出接到JK触发器的输入端，触发器上升沿触发，当分位不为0时，触发器输入为高电平，当分位为0时，触发器输入端为低电平，但此时触发器从高电平到低电平不触发。当秒位和分位都为零且将要重新置数是，分位不为0，在这一刻，触发器输入从低电平到高电平实现触发。QN1JQNKQNJK1触发器的次态的现态的反，现态即初态为0，一旦触发触发器输出为高电平，将触发器输出接到分秒位的清零端CLR，实现清零，分秒位显示都为零电路停止工作。秒脉冲由555定时器构成的多谐振荡器发出，振荡周期T07（R12R2）C其电路及参数如图2所示是为了加快时间便于观察,实际参数可自行设置，例如为了输出1HZ的脉冲信号，可以让R142千欧姆，R250千欧姆，C210微法。秒脉冲发生器的输出端接一个开关J3实现暂停的功能，从J3再接到秒个位的DOWN，让其减法计数，实现倒计时功能。控制电路如下图所示。图46控制电路武汉理工大学数字电子技术基础课程设计11表42主从JK触发器功能表JKQN100QN01010111N44循环电路因为正转，停，反转，停刚好一个周期是60S，且每种状态的运行时间恰好都是十秒的整数倍所以我们就考虑用秒十位上数的变化来控制洗衣机运行状态的显示。，在一个周期内59S40S之间洗衣机处于正转状态，39S30S之间洗衣机处于停止状态，29S10S之间洗衣机处于反转状态，9S0S之间又是停止时间，所以我们让正转状态显示灯X1QCQBQAQCQBQA经化简得X1QCQB，即就是我们把QB端求反后再用一个两输入与门将其与QC连接送到正转显示灯上，当秒十位的输出为0101（5）或者是0100（4）时X11该灯亮，显示洗衣机处于正转状态，同理我们让停状态显示灯X2QCQBQA，即用一个两输入的同或门将QA和QB连接，再有一个两输入的与门将其输出与求反后的QC连接送到停滞状态显示灯上，当十位的输出为0011（3）或者0000（0）时X21，此时显示洗衣机处于停滞状态，同样我们也可以控制反转状态，这样，一个周期也就是六武汉理工大学数字电子技术基础课程设计12十秒完成后秒十位再向高位借数继续循环以上过程，仿真结果如下图所示如下图所示；图47循环显示电路武汉理工大学数字电子技术基础课程设计1345总电路图图48总电路图武汉理工大学数字电子技术基础课程设计145电路仿真结果51秒脉冲发生器图51秒脉冲发生器输出波形武汉理工大学数字电子技术基础课程设计1552显示电路仿真结果如图52所示，在每分钟的59秒到40秒内是洗衣机的正转时间，绿色的LED灯亮表示正转。图52正转效果图如图53所示，在每分钟的29秒到10秒内是洗衣机的反转时间，蓝色的LED灯亮表武汉理工大学数字电子技术基础课程设计16示反转。图53反转效果图如图54所示，在每分钟的39秒到30秒和9秒到0秒内是洗衣机的暂停时间，红色的LED灯亮表示暂停。武汉理工大学数字电子技术基础课程设计17图54暂停效果图如图55所示，倒计时时间结束，电路不再倒计时，显示管都显示0。武汉理工大学数字电子技术基础课程设计18图55倒时结束效果图武汉理工大学数字电子技术基础课程设计196心得体会本次课程设计的题目是洗衣机自动控制电路设计与实现，不仅熟悉了计数器、触发器等数字芯片的使用方法和使用场合，同时加深了对数电课上所学到的理论知识的理解，这是本次课设的主要收获。本次课程设计的关键在于设计思路，尤其是如何产生正转反转暂停之间的循环。只好上网找资料，从中我得到启发，找到了设计的基本思路，但是我觉得他们的电路虽然能达到要求但都比较麻烦，而且网上别人设计的电路有不少错误的地方。所以我就自己设计。，很快就通过了仿真，但是控制电路比较难，我设计了好几种方案都达不到要求，基本都实现不了循环，但是我没有放弃，借鉴模电中的反馈，我想是否可以利用触发器来实现，通过分析时序逻辑，终于在凌晨1点半的时候通过了仿真，完成了原理图的设计。其实，不仅是课程设计，解决任何实际问题的关键都是思路，俗话说万事开头难，说的就是这个意思。没有思路，就没有办法找到解决方案，也就解决不了问题。我觉得寻找思路的最简单的办法就是看别人是怎么做的，但是这样永远不可能走在别人的前面。因此，我们应该多观察、多总结、多思考，这张才能培养自己解决问题的能力和创新精神。仿真时可以在工作界面添加各种测量工具，例如逻辑分析仪，示波器等，因此它很适合做数字电路的仿真。而且测量数据可以直接在工作界面显示，十分直观、方便，正是它强大的功能使得电路设计起来很方便，这就为我以后的设计打下了基础。总体说来，通过这次课程设计首先使自己在数字电路实践上获得了很多的经验，无论是理论设计还是焊接调