简易洗衣机控制电路的设计

1、1.Proteus软件简介1.1 概述 Proteus软件是英国Labcenter electronics公司出版的EDA工具软件（该软件中国总代理为广州风标电子技术有限公司）。它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。虽然目前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真软件)，从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和

2、虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年即将增加Cortex和DSP系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。在编译方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多种编译器。 1.2 具有四大功能模块：1.2.1 智能原理图设计（ISIS） 丰富的器件库：超过27000种元器件，可方便地创建新元件； 智能的器件搜索：通过模糊搜索可以快速定位所需要的器件； 智能化的连线功能：自动连线功能使连接导线简单快捷，大大缩短绘图时间； 支持总线结构：使用总线器件和总线布

3、线使电路设计简明清晰； 输出高质量图纸：通过个性化设置，可以生成印刷质量的BMP图纸，可以方便地供WORD、POWERPOINT等多种文档使用。 1.2.2 完善的电路仿真功能（Prospice） Prospice混合仿真：基于工业标准SPICE3F5，实现数字/模拟电路的混合仿真； 超过27000个仿真器件：可以通过内部原型或使用厂家的SPICE文件自行设计仿真器件，Labcenter也在不断地发布新的仿真器件，还可导入第三方发布的仿真器件； 多样的激励源：包括直流、正弦、脉冲、分段线性脉冲、音频（使用wav文件）、指数信号、单频FM、数字时钟和码流，还支持文件形式的信号输入； 丰富的虚拟仪

4、器：13种虚拟仪器，面板操作逼真，如示波器、逻辑分析仪、信号发生器、直流电压/电流表、交流电压/电流表、数字图案发生器、频率计/计数器、逻辑探头、虚拟终端、SPI调试器、I2C调试器等； 生动的仿真显示：用色点显示引脚的数字电平，导线以不同颜色表示其对地电压大小，结合动态器件（如电机、显示器件、按钮）的使用可以使仿真更加直观、生动； 高级图形仿真功能（ASF）：基于图标的分析可以精确分析电路的多项指标，包括工作点、瞬态特性、频率特性、传输特性、噪声、失真、傅立叶频谱分析等，还可以进行一致性分析；1.2.3 独特的单片机协同仿真功能（VSM） 支持主流的CPU类型：如ARM7、8051/52、A

5、VR、PIC10/12、PIC16、PIC18、PIC24、dsPIC33、HC11、BasicStamp、8086、MSP430等，CPU类型随着版本升级还在继续增加，如即将支持CORTEX、DSP处理器； 支持通用外设模型：如字符LCD模块、图形LCD模块、LED点阵、LED七段显示模块、键盘/按键、直流/步进/伺服电机、RS232虚拟终端、电子温度计等等，其COMPIM（COM口物理接口模型）还可以使仿真电路通过PC机串口和外部电路实现双向异步串行通信； 实时仿真：支持UART/USART/EUSARTs仿真、中断仿真、SPI/I2C仿真、MSSP仿真、PSP仿真、RTC仿真、ADC仿真

6、、CCP/ECCP仿真； 编译及调试：支持单片机汇编语言的编辑/编译/源码级仿真，内带8051、AVR、PIC的汇编编译器，也可以与第三方集成编译环境（如IAR、Keil和Hitech）结合，进行高级语言的源码级仿真和调试； 1.2.4 实用的PCB设计平台 原理图到PCB的快速通道： 原理图设计完成后，一键便可进入ARES的PCB设计环境，实现从概念到产品的完整设计； 先进的自动布局/布线功能：支持器件的自动/人工布局；支持无网格自动布线或人工布线；支持引脚交换/门交换功能使PCB设计更为合理； 完整的PCB设计功能：最多可设计16个铜箔层，2个丝印层，4个机械层（含板边），灵活的布线策略供

7、用户设置，自动设计规则检查，3D 可视化预览； 多种输出格式的支持：可以输出多种格式文件，包括Gerber文件的导入或导出，便利与其它PCB设计工具的互转（如Protel）和PCB板的设计和加工。 1.3 Proteus提供丰富的功能模块 Proteus可提供的仿真元器件资源仿真数字和模拟、交流和直流等数千种元器件，有30多个元件库。 Proteus可提供的仿真仪表资源示波器、逻辑分析仪、虚拟终端、SPI调试器、I2C调试器、信号发生器、模式发生器、交直流电压表、交直流电流表。理论上同一种仪器可以在一个电路中随意的调用。 1.3.3 其他功能 除了现实存在的仪器外，Proteus还提供了一个图

8、形显示功能，可以将线路上变化的信号，以图形的方式实时地显示出来，其作用与示波器相似，但功能更多。这些虚拟仪器仪表具有理想的参数指标，例如极高的输入阻抗、极低的输出阻抗。这些都尽可能减少了仪器对测量结果的影响。 1.3.4 Proteus可提供的调试手段 Proteus提供了比较丰富的测试信号用于电路的测试。这些测试信号包括模拟信号和数字信号。2.设计思路1 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60

9、s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。2 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。3 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0-60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

10、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。4 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，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，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。5 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。3.基本原理与设计框图首先，从秒脉冲出来

11、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。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；同时电机指示灯熄灭。由设计思路做出设计框图如下图-3.1电机工作状态指示灯洗涤时间显示洗涤时间设置分脉冲计数器秒脉冲计数器1HZ脉冲产生 控制开关 LED工作控制时间译码器 图-3.14.电路设计4.1芯片74ls192的逻辑功能 Proteus中74ls192的逻辑功能图74LS192的功能表如下表-4.1.1所示输入输出MRPL

12、UPDND3D2D1D0Q3Q2Q1Q01×××××××000000××dcbadcba011××××加计数011××××减计数4.2 1Hz矩形脉冲产生电路为了使产生的信号尽量精确，利用555定时器构成多谐振荡器如下图-4.2.1，产生1HZ矩形脉冲信号。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故选定元件参数，R1=63K，R2=40K，C1=10uF，C2=0.01uF。其中电容C2的作用是抗干扰用的

13、，以提高电路的稳定性。4.3 递减计数器与时间显示六十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D2、D3端接到高电平上，即从输入端置入0110（十进制的6），秒十位的置数端PL和借位端TCD连在一起，再把秒位的TCD端和十秒位的DN连在一起。当秒脉冲从秒位的DN端输入的时候秒计数的74ls192开始从9减到0；这时，它的借位端TCD 会发出一个低电平到秒十位的输入端DN，秒十位的计数从6变到5，一直到变为0

14、；当高低位全为零的时候，秒十位的TCD发出一个低电平信号，DN为零时，置数端PL等于零，秒十位完成并行置数，下一个DN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之后，分可以自动减少，需要把秒十位的借位端TCD端接到分计数的DN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MR要处于低电平，置数端PL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60分钟的计时器。把四个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

15、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MR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。4.4 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-4.4.1，每次按动开关都将使洗涤时间的对应位（十

16、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。4.5 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-4.5.1：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

17、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

18、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-4.5.1：正反停指示器1计数器输出译码器输入端0（正转）11110（正转）10100（正转）01010（正转）00001（反转）11001（反转）10011（反转）01101（反转）0011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

19、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-4.5.2：4.6 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模拟洗衣机工作状态的同时

20、，也作为洗衣机的报警系统，全灭为报警。5 电路图 综合上面的原理，设计思路，以及每部分电路的设计，得到电路图如下图-5.1：图-5.16元件清单Bill Of Materials For Chen Qiang.DSN Design Title:Chen Qiang.DSNAuthor:<NONE>Revision:<NONE>Design Created:2011Äê6ÔÂ11ÈÕDesign Last Modified:2011Äê6ÔÂ12ÈÕTo

21、tal Parts In Design:415 ResistorsQuantity:ReferencesValueOrder Code1R163k1R240k3R3-R510k2 CapacitorsQuantity:ReferencesValueOrder Code1C10.01uF1C210uF28 Integrated CircuitsQuantity:ReferencesValueOrder Code5U1-U4, U1074LS1924U5-U874LS482U9, U1174LS1371U1274LS1121U135555U14A, U14B, U18A, U18B, U2074L

22、S002U15A, U15B74LS322U16A, U16B74LS865U17A, U17B, U17C, U17D, U20A74LS081U19NOT4 DiodesQuantity:ReferencesValueOrder Code4D1-D4LED-RED2 MiscellaneousQuantity:ReferencesValueOrder Code1SW1SW-SPDT1SW2SW-SPST2011Äê6ÔÂ12ÈÕ 13:47:237分析与改进需改进点1：控制开关的设定需改进点2：工作60分钟后的清零设置需改进点3：

23、LED控制电路中的灯的循环及其闪烁控制需改进点4：分秒置数开关的设定需改进点5：需人为控制触发电路需改进点6：计数器的进制设置与计数器之间的连接改进1：利用开关控制555的电源输入。电路功能实现：两个置数开关可以控制洗涤时间的设置，控制开关控制电路的工作，复位开关控制显示器的清零。改进2：利用十分位计数器的借位端平常均为1，工作到60分钟后为0的特性，设置为JK触发器的脉冲输入，从而控制清零端MR。改进3： 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，求出所需门电路。改进4：利用触发器有UP上升沿触发特性，为其可控置入低电平以改变十分位和个分位的显示。改进5：同改进4中开关的设置方式一样，不过需与我们设定的借位脉冲输入巧妙连接。改进6：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。8小结与体会9 参考文献1.姚福安 电子电路设计与实践 山东科学技术出版社 20022.康华光 数字电子基础 高等教育出版社 19993.傅晓林 电子技术课程设计实用教程 重庆交通学院电工电子出版社 20064. 彭介华 电子技术课程设计指导  高等教育出版社5.