简易洗衣机控制设计

河南科技学院机电学院电子课程设计报告题目：简易洗衣机控制设计 专业班级： 姓名： 时 间： 指导教师： 张 伟 王玉萍 邵 锋 洪 源 郑丽媛 完成日期：2016年月 日简易洗衣机控制器设计任务书1设计目的与要求2设计内容（1）画出电路原理图，正确使用逻辑关系；（2）确定元器件及元件参数；（3）电路仿真；（4）SCH文件生成与打印输出；（5）PCB文件生成与打印输出。3编写设计报告写出设计的全过程，附上有关资料和电路图，有总结体会。4答辩在规定时间内，完成叙述并回答问题。目录1 引言2 总体设计方案2.1 设计思路2.2 总体设计框图3 设计原理分析3.1各单元电路分析3.1.1多谐振荡电路3.1.2计数器倒计时电路3.1.3逻辑门电路3.1.4译码显示电路3.1.5电机驱动电路4 总结与体会参考文献附录1附录2附录3简易洗衣机控制器设计任务书摘 要:本文设计了一种简易洗衣机控制电路，利用数字电子技术的知识，通过Multisim仿真软件简单地设计仿真洗衣机的工作过程。从设计要求来看，洗衣机进行一个过程的工作恰好是60秒，所以本设计采用555定时器产生1Hz的时钟脉冲送给计数器，进行计时。在计数脉冲的作用下通过逻辑门电路控制洗衣机的洗涤过程。该设计同时具备预置数功能，用户可根据自己的需求自行设置定时时间，并通过译码电路显示定时时间。到达定时时间后，蜂鸣器发出响声提醒用户。关键词:洗衣机控制器 555定时器 计数器1 引言设计一个简易的洗衣机控制器，主要利用了数模电的基本知识，通过各种芯片，门电路等器件，构成一个能够计时和发出信号的可控电路，通过脉冲发生器，分秒计时器，和时间译码器的共同作用，完成洗衣机的控制目的，并加入显示数码管，使用户可以直接观察到定时时间，还能通过置数电路对洗衣机的工作时间进行定时。2 总体设计方案2.1 设计思路整个电路分为五个部分：第一部分通过555定时器构成多谐振荡器实现1Hz秒脉冲的产生，第二部分通过置数电路实现0-99分钟的定时功能，第三部分用译码电路将设置的定时时间通过数码管进行显示，第四部分通过计数器电路实现0-99分钟的倒计时功能，第五部分通过逻辑门电路及继电器电路实现电机的正反转，暂停功能，并能在到达定时时间后驱动蜂鸣器发出响声提示用户定时时间已到，洗衣机停止工作。2.2 总体设计框图图1 总设计框图3 设计原理分析3.1各单元电路分析3.1.1多谐振荡电路图2 多谐振荡电路多谐振荡器是一种在接通电源后，就能产生一定频率和一定幅值矩形波的自激振荡器，常用作脉冲信号源。本设计是由555定时器芯片构成多谐振荡器电路，其原理是：接通电源后，电容C1被充电，当Vc上升到2Vcc/3时，Vo为低电平，同时使内部放电三极管T导通，此时电容C1通过R2和T放电，Vc下降。当Vc下降到Vcc/3时，Vo反转为高电平。电容放电结束时，T截止，Vcc通过R1、R2继续向C1充电，当Vc上升到2Vcc/3时，电路又翻转为低电平。如此周而复始，在电路输出端就得到了一个周期性的矩形波。设置合适的参数，多谐振荡器就会产生1Hz秒时钟脉冲，将此脉冲送给74LS192计数器芯片，进行秒计时。3.1.2计数器倒计时电路图3计数器电路本设计是由四片74LS192芯片来构成洗衣机工作时间倒计时电路。其基本原理是：74LS192芯片是同步十进制可逆计数器，具有双时钟并具有清零和置数等功能。原理图中为置数端，CLR为清零端，UP为加计数端，DWN为减计数端，为借位端，CO为进位端。当CLR以及同时为低电平时，数据直接从输入端A、B、C、D置入计数器。本设计只使用到减计数功能，所以将UP端置高电平，计数脉冲由DWN端输入。U3为秒位的个位，1Hz秒脉冲由U3的DWN端输入。U2为秒位的十位，直接置入二进制数据0110，也就是十进制的6。U4为定时时间的十位，U21为定时时间的个位。定时时间直接由置数开关S1-S4，S6-S9置入计数器。秒十位的LD 端和借位端连在一起，同时，借位端还与分个位的DWN端连在一起。分个位的借位端与分十位的DWN端连在一起。秒个位的借位端和秒十位的DWN端连在一起。当秒脉冲输入U3时，U3计数器由0开始倒计时，借位端产生低电平借位脉冲输入U2的DWN端，秒十位优6变为5，U3开始从9-0开始倒计时。依次循环，直到秒十位也为0。此时U2的借位端产生低电平借位脉冲输入分个位（U21）的DWN端。定时分钟数减1。分个位减到0时，产生借位信号送往分十位（U4）的DWN端，分十位减1。依次循环，直到U21，U4全部减为0，到达定时时间，U21，U4的QA,QB,QC,QD（0000）端经或非门电路输出高电平送往各自的清零端，清零，停止计数。3.1.3逻辑门电路图4逻辑门电路逻辑门电路是根据计数器输出端的高低电平信号，列出函数表达式，并进行卡诺图化简，得到最简函数表达式，经过一系列与门、或门、非门的组合，来实现函数功能。本设计电机的正转、反转、暂停都是通过U2计数器（秒十位）输出端产生的高低电平信号通过门电路来控制电机在40-59秒内进行正转洗涤，在10-29秒内进行反转洗涤，在0-9秒以及30-39秒内暂停洗涤。U10A(与门)的输出控制电机正转，U11A(与门)的输出控制电机暂停，U11B(与门)的输出控制电机反转。当定时时间到达后，U21的输出端（Q5A-Q5D），U4的输出端（Q4A-Q4D）同时输出低电平，经过或非门和与非门产生低电平，一路经非门产生高电平送往U10D（与门）驱动蜂鸣器报警，提醒用户定时时间已到，另外三路将低电平直接送入U9D(与门)、U10B（与门）、U10C（与门），使电机停转。同时，本设计加入置数停止电路，当进入计数器置数功能时，U6E（非门）的输入端为高电平，经非门输出低电平分别送往U10A(与门)、U11A(与门)、U11B(与门)、U10D(与门)输出低电平，电机、蜂鸣器停止工作。3.1.4译码显示电路图5译码显示电路本设计采用两片74LS47译码芯片以及两个七段数码管组成译码显示电路，用以显示用户设置的定时时间。从计数器U4输出端（Q4A-Q4D）输出的8421BCD码送往U5译码器的数据输入端,经内部译码后，数据由译码器输出端送往数码管D1（共阳极）各管脚，进行分十位的显示。从计数器U21输出端（Q5A-Q5D）输出的8421BCD码送往U20译码器的数据输入端,经内部译码后，数据由译码器输出端送往数码管D2（共阳极）各管脚，进行分个位的显示。译码器为试灯输入端，用于检查数码管能否正常显示。当=0时，无论译码器输入端为何种状态，输出均为低电平，数码管七段全亮。为灭灯输入端，=0时，无论译码器输入端为何种状态，输出均为高电平，数码管七段全灭。为灭零输出端，它与灭灯输入共用一端，两者配合使用，可以实现多位数码显示的灭零控制。为灭零输入端，当=0时，且输入端全部为0，此时译码器输出高电平，数码管七段全灭。由于本设计没有用到这些功能，因此全部置高电平。由于数码管内部为LED灯，其工作电压一般为2-3V，电流一般为10mA，而从译码器输出的电压为5V左右,因此从译码器输出的高低电平信号需要经限流电阻接入数码管的输入管脚。3.1.5电机驱动电路图6电机控制电路图 图7模拟电机启动电路本设计是通过继电器来控制电机的正转、反转与暂停。其基本原理是：在计数器进行计时的40-59秒内，经过逻辑门电路处理使U10A输出高电平，控制三极管Q1导通，继电器线圈得电，触点开关K1（常开）闭合，线圈L2（副绕组）与电容串接起来，再与线圈L1（主绕组）并联，电机按顺时针方向正转启动。在计数器进行计时的10-29秒内，经过逻辑门电路处理使U11B输出高电平，控制三极管Q3导通，继电器线圈得电，触点开关K3（常开）闭合，线圈L1（主绕组）与电容串接起来，再与线圈L2（副绕组）并联，电机按逆时针方向转动。在计数器进行计时的0-9秒以及30-39秒内，经过逻辑门电路处理使U11A输出高电平，控制三极管Q2导通，继电器线圈得电，触点开关（常闭）K2断开，电机暂时停止转动。当到达定时时间时，经过逻辑门电路处理使U10D输出高电平，三极管Q4导通，蜂鸣器报警提醒用户定时时间已到。4 总结与体会参考文献1 康华光.电子技术基础数字部分（第五版）. 北京：高等教育出版社，2006.012 康华光.电子技术基础模拟部分（第五版）. 北京：高等教育出版社，2006.013 武俊鹏，刘书勇，付小品.数字电路实验与实践教程. 北京：清华大学出版社，2015.124 徐国华.模拟及数字电子技术实验教程（. 北京：北京航空航天大学出版社，2004.085 周德林.洗衣机结构原理详解及电路选编. 北京：人民邮电出版社，1996.046 许小军.数字电子技术实验与课程设计指导（第二版）. 南京：东南大学出版社，2007.107 石磊，张国强.Altium Designer 8.0 中文版电路