簡易洗衣機控制電路的設計

1、目錄1簡易洗衣機控制電路的設計要求21.1設計目的21.2設計要求22簡易洗衣機控制電路總體方案的設計與實現(xiàn)22.1設計方案原理框圖22.2電路設計32.2.1電路設計思路32.2.2電路總體電路圖42.2.3仿真過程圖42.3各模塊電路功能分析62.3.1開發(fā)環(huán)境PROTEUS簡介62.3.2秒脈沖發(fā)生器62.3.3分秒計數(shù)器82.3.4洗滌時間設置電路102.3.5工作狀態(tài)顯示電路112.3.6控制開關132.3.7報警電路143簡易洗衣機控制電路安裝與調試144簡易洗衣機控制電路工作分析154.1陳述簡易洗衣機控制電路工作過程154.2 簡易洗衣機控制電路設計結果分析155心得體會166

2、參考文獻177本科生課程設計成績評定表181簡易洗衣機控制電路的設計要求1.1設計目的1）掌握數(shù)字電路中選擇器、計數(shù)器、譯碼顯示等單元電路的綜合應用。2）熟悉洗衣機控制器的工作原理及相應的組合邏輯電路和時序電路。3）掌握數(shù)字電路各部分電路與總體電路的設計、調試、模擬仿真、故障排除及安 裝的方法1.2設計要求洗衣機電機的工作順序：啟動 正轉20s 暫停10s 反轉20s 暫停10s 停止 設計一個定時器控制洗衣機電機的運轉， 用4個LED模擬洗衣機的動作狀態(tài)：LED1LED4右移循環(huán)點亮表示正轉，LED1LED4左移循環(huán)點亮表示反轉，LED1LED4同時閃爍點亮表示暫停，全滅為停 止。 用數(shù)碼管

3、顯示洗滌時間，按倒計時方式對洗滌過程作計時顯示，直到時間到 停機，并發(fā)出音響信號報警。 洗滌時間在0-60分鐘內可由用戶任意設定，并設置啟動鍵，在預置定時時間后，按啟動鍵開始機器運轉。 設置停止鍵，在洗滌過程中隨時按該鍵可終止動作，并使顯示器清0。2簡易洗衣機控制電路總體方案的設計與實現(xiàn)2.1設計方案原理框圖首先，控制開關SW1接地，洗衣機不轉動，這時用戶自定義洗滌時間，然后將控制開關SW1接高電平，接通電源。555構成的多諧振蕩器產(chǎn)生的1HZ555由脈沖信號經(jīng)過 一個控制電路后進入秒計數(shù)器進行秒計數(shù)。利用秒計數(shù)器十位上的數(shù)值變換表示出電機運 轉狀態(tài)，同時利用計數(shù)器和門電路設計出合適電路使 L

4、ED工作達到設計要求；當用戶設定 的洗滌時間結束后，電路報警并清零；同時電機指示燈閃爍。設計框圖存圖1電路設計框圖2.2電路設計2.2.1電路設計思路對于洗衣機電機的工作順序：“啟動正轉20s暫停10s反轉20s暫停10s停止”設計一個定時器控制洗衣機電機的運轉，分析知道其一次運轉的 周期有60s，且其呈現(xiàn)周期循環(huán)，我們可利用計數(shù)器的功能進行60s的計數(shù)，即需要一個秒計數(shù)器，并利用洗衣機電機工作狀態(tài)轉換的時間來設置正轉、暫停、反轉。如此則需為計數(shù)器設置一合適脈沖， 設計中的秒計數(shù)器所需脈沖必為1HZ脈沖，因此 我們可以考慮555定時器，利用其構成多諧振蕩器產(chǎn)生矩形脈沖信號。而對于用數(shù)碼管顯示洗

5、滌時間，按倒計時方式對洗滌過程作計時顯示，且洗滌時間在0-99分鐘內可由用戶任意設定，并設置啟動鍵，在預置定時時間后，按啟動鍵開始機器運 轉，分析知道我們還需要設置一個分鐘計數(shù)器，可以利用秒計數(shù)器的借位端BO端接到分計數(shù)的DOWN端作為分計數(shù)的輸入信號來實現(xiàn)秒從分計數(shù)上的借位從而構成分計數(shù)器的 工作脈沖。在要求中要求倒計時且有啟動開關，顯然我們需要遞減計數(shù)器，和利用開關控制計數(shù) 器清零端CR的電平或555電源輸入以控制電路工作。對于用4個LED模擬洗衣機的動作狀態(tài)：LED1LED4右移循環(huán)點亮表示正轉，LED1 LED4左移循環(huán)點亮表示反轉，LEDLED4同時閃爍點亮表示暫停，LED1LED4

6、同時閃爍 點亮并且蜂鳴器發(fā)出報警聲為停止，顯然可以利用移位寄存器來設計，但是由于本次設計 未能成功利用移位寄存器仿真而轉換了思路，利用了譯碼器和邏輯門電路構成了正轉、暫 停、反轉的三種不同狀態(tài)分別為 01、00、11，同時利用這三種狀態(tài)設計出計數(shù)器與邏輯門 電路設計了與之對應的LED工作狀態(tài)電路。對于設置洗滌時間，我們可以設置分鐘計數(shù)器來設置洗滌時間。2.2.2電路總體電路圖圖2電路設計總圖223仿真過程圖圖3 數(shù)碼管顯示l,E(-XEUij lJi.1Up-Um= ira:EcT-EXT-T+IC 口U1&U1&*LE-!E*LE-!EIPTCJs-T慮FmEi 匕gU2O U1CTD -U

7、1CTD -U19DU19Dl*LUlLU圖4 LED顯示2.3各模塊電路功能分析231開發(fā)環(huán)境PROTEUS簡介PROTEU軟件是由英國LabCenter Electronics 公司開發(fā)的EDA工具軟件，由ISIS 和ARES兩個軟件構成，其中ISIS是一款便捷的電子系統(tǒng)仿真平臺軟件， ARES是一款 高級的布線編輯器，它集成了高級原理布線圖、混合模式 SPICE電路仿真、PCB設計以 及自動布線來實現(xiàn)一個完整的電子設計。通過PROTEUSSIS軟件的VSM（虛擬仿真技術），用戶可以對模擬電路、數(shù)字電路、 模數(shù)混合電路，以及基于微控制器的系統(tǒng)連同所有外圍接口電子元器件一起仿真。在原理圖中，

8、電路激勵源、虛擬儀器、圖表以及直接布置在線路上的探針一起出現(xiàn)在 電路中。任何時候都能通過“運行”按鈕或“空格”鍵對電路進行仿真。PROTEU有兩種截然不同的仿真方式：交互式仿真和基于圖表的仿真。其中交互式仿真可實時觀測電路的 輸出，因此可用于檢驗設計的電路是否能正常工作。而基于圖表的仿真能夠在仿真過程中放大一些特別的部分，進行一些細節(jié)上的分析， 因此基于圖表的仿真可用于研究電路的工作狀態(tài)和進行細節(jié)的測量。PROTEU軟件的模擬仿真直接兼容廠商的 SPICE模型，采用了擴充的SPICE3F5電路 仿真模型，能夠記錄基于圖表的頻率特性、直流電的傳輸特性、參數(shù)的掃描、噪聲的分析、 傅里葉分析等，具有

9、超過8000種的電路仿真模型。PROTEU軟件的數(shù)字仿真支持JDEC文件的物理器件仿真，有全系列的 TTL和CMOS 數(shù)字電路仿真模型，同時一致性分析易于系統(tǒng)的自動測試。PROTEU軟件支持許多通用的微控制器，如 PIC、AVR HC11以及8051 ;包含強大 的調試工具，可對寄存器、存儲器實時監(jiān)測；具有斷點調試功能及單步調試功能；具有對 顯示器、按鈕、鍵盤等外設進行交互可視化仿真的功能。 此外，PROTEU列對IAR C-SPY KEIL等開發(fā)工具的源程序進行調試。此外，PROTEUS配置了各種虛擬儀器，在如示波器、邏輯分析儀、頻率計，便于 測量和記錄仿真的波形、數(shù)據(jù)。2.3.2秒脈沖發(fā)生

10、器由555定時器構成的多諧振蕩器產(chǎn)生秒脈沖由555定時器構成的多諧振蕩器的電路圖如圖 5所示，由于555定時器內部的比 較器靈敏度高，輸出驅動電流大，功能靈活，而且采用差分電路形式，它的振蕩頻率受電 源電壓和溫度的影響很小。所以由 555定時器構成的多諧振蕩器的振蕩頻率穩(wěn)定，不易 受干擾。因此采用此方案。圖5由555定時器構成的多諧振蕩器555定時器構成的多諧振蕩器所輸出的矩形脈沖信號的頻率計算式為(1)1.43=(R1+2R2 )C2故選定元件參數(shù)，R1=4.3K R2=5.1K C2=100uF C1=10uF其中電容C1的作用是抗干擾5-17*555圖6555 定時器的引腳233分秒計數(shù)

11、器 IT -:1lj6TFW19frp 1q NIIno02ES1CSr)gfyFBnif 亡._Jrc eriasan 3Q3iUPrOJionbRrIWK.i4 1a5!Qg口 NCTI口調y*sjDH耳DU7LEliMF圖7分秒計數(shù)器其中，74LS192的引腳圖如圖8所示U?MFI亠1 iPLTCirwTCUUPQ缶D3D2 1QWDWI*Q0-DO 1kT174LS192圖8 74LS192 的引腳圖表974LS192 功能表:轉入2轍出心PL4CP屮CppF町PHpgQ3QQ2Q1PQ2IPXJXPX+1X+JX*JOP0THOr102og燈-hJ LgbgJk-5T-iiX+J加計

12、軌0+J114x +X*減計數(shù)2一百進制分計數(shù)器和六十秒計數(shù)器的原理是一樣的，不同的只是它們的輸入脈沖和進 制不同而已，我們用四片74LS192來實現(xiàn)分計數(shù)和秒計數(shù)功能，我們要的只是減計數(shù)， 所以我們把它的UP端接到高電平上去，DOWNS接到秒脈沖上；十分秒位上的輸入端B、 端接到高電平上，C即從輸入端置入0110（十進制的6 ），秒十位的LD端和借位端BO聯(lián) 在一起，再把秒位的BO端和十秒位的DOWN聯(lián)在一起。當秒脈沖從秒位的 DOWN端輸入 的時候秒計數(shù)的192開始從9減到0 ;這時，它的借位端BO會發(fā)出一個低電平到秒十 位的輸入端DOWN秒十位的計數(shù)從6變到5, 直到變?yōu)? ;當高低位全

13、為零的時候， 秒十位的BO發(fā)出一個低電平信號，DOW為零時，置數(shù)端LD等于零，秒十位完成并行 置數(shù)，下一個DOWN脈沖來到時，計數(shù)器進入下一個循環(huán)減計數(shù)工作中。對于分計數(shù)來說，道理也是一樣的，只是要求當秒計數(shù)完成了，分可以自動減少，需要把秒十位的借位端BO端接到分計數(shù)的DOWN端作為分計數(shù)的輸入信號來實現(xiàn)秒從 分計數(shù)上的借位。當然，這些計數(shù)器工作，其中的清零端CR要處于低電平，置數(shù)端不置數(shù)時要處于高電平。這是一個獨立工作的最高可以顯示 101分鐘的計時器。把四個192的 QA/QB/QC/QD都接到外部的顯示電路上就可以看到時間的顯示了。作為洗衣機控制器的一 個模塊，它還得有一定的接口來和其他

14、的模塊連接在一起協(xié)調工作，分計數(shù)的清零端LD是接在一起的；秒的清零端LD又是接在一起的，所以當要從外部把它們強制清零時，可 以用一個三極管（NPN或者兩個或門就可以實現(xiàn)該功能。還有我們可以利用分計數(shù)的UP端來進行外部置數(shù)，當把它們各接到一個低觸發(fā)（平時保持高電平，外部給一個力就輸入 一個低電平）的脈沖上 就可以實現(xiàn)從0 9的數(shù)字輸入。234洗滌時間設置電路我們可以利用分計數(shù)的UP端來進行外部置數(shù)，當把它們各接到一個低觸發(fā)（平時保持 高電平，外部給一個力就輸入一個低電平）的脈沖上就可以實現(xiàn)從0 9的數(shù)字輸入。因此設計出洗滌時間設置電路如下圖 6，每次按動開關都將使洗滌時間的對應位（十位或者 個位

15、）增加1，最大增加至9，又由于所設置洗滌時間為60分內，故當我們對洗滌時間 進行設置時，十位所置數(shù)小于6。235工作狀態(tài)顯示電路第一步：分析洗衣機的工作狀態(tài)，對于洗衣機電機的工作順序有“啟動一一正轉20s 暫停10s 反轉20s 暫停10s 停止 ”，我們可以將三種工作狀 態(tài)假設為正轉，暫停，反轉依次設為 01,00,10。從而設計出合適電路如下圖11。U19BU18U10:D13L7+USQ0.圖11正反轉工作狀態(tài)電路第二步：分析實驗設計中要求用4個LED模擬洗衣機的動作狀態(tài)：LED1LED4右移循 環(huán)點亮表示正轉，LEDLED4左移循環(huán)點亮表示反轉，LEDLED4同時閃爍點亮表示 暫停，全

16、滅為停止，顯然可以利用移位寄存器來設計，但是由于本次設計未能成功利用移 位寄存器仿真而轉換了思路，選擇了利用正轉、暫停、反轉的三種不同狀態(tài)分別為01、00、10,以1表示工作以0表示暫停從而分次序的完成設計。首先，考慮到LED的連續(xù)循環(huán)點亮，可以想到控制 LED 一端電平的連續(xù)循環(huán)變化達 到要求，又由于有4個LED,我們采用4進制計數(shù)器即可產(chǎn)生循環(huán)變化的 4個數(shù)，這樣 我們可以利用譯碼器從而在 4個輸出端得到依次變化的低電平，如此，我們可以將LED另一端接高電平，從而實現(xiàn)循環(huán)點亮。其次，考慮到存在正轉和反轉兩種不同狀態(tài)，我們 需要改變譯碼器輸入端的數(shù)字變化次序，如此分析四個數(shù)字變化規(guī)律，以及利

17、用正反轉表 示狀態(tài)的不同來設計出合適門電路。在此次設計中，我們采用74IS192構成一個4進制減數(shù)計數(shù)器，同時利用正反停指示器 1在正轉時電平為0 ,反轉時電平為1來構成合適 門電路。簡略列出真值表如下表12:計數(shù)器瑜岀屮譯碼器輸入端心0 （正轉d11J11*0 （正轉）2120 （正轉P01*J01P叭止轉）Q(KkL （廚幻a山01仮轉）卜10+C1P1 （反轉）203心1 （反轉1袒表12真值表于是我們可以發(fā)現(xiàn)我們可以利用異或門電路來完成這一構想，從而實現(xiàn)出正轉與反轉兩 種狀態(tài)下LED不同的循環(huán)狀態(tài)。最后，剩下的就是暫停狀態(tài)的顯示了。先區(qū)分出暫停與工作狀態(tài)的不同，利用上面設置 的工作狀態(tài)

18、表示，我們可容易得到工作以 1表示，暫停以0表示。如此可利用這兩種電 平控制譯碼器的工作，容易得到工作時狀態(tài)如上步分析，暫停時燈全部熄滅。為使其能閃 爍，我們可以考慮利用脈沖信號，工作狀態(tài)的表示與門電路來設計。綜合上述分析，我們可以設計出 LED控制電路如下圖13.UL3SjTEOf詢玉AJEE:U1BU13:3J10:C(J 10：&U1?;AU20.3圖13 LED控制電路236控制開關利用借位端由1變?yōu)?,作為D觸發(fā)器下降沿的脈沖，然后利用相應的門電路來控 制計數(shù)器的清零端MR和DN端，從而達到控制計數(shù)器的要求。為達到使計數(shù)器清零效果, 利用復位開關人為的制造下降沿脈沖來控制 D觸發(fā)器的

19、工作。利用工作開關控制多諧振蕩器的電源輸入，從而控制脈沖的產(chǎn)生，實現(xiàn)控制電路的目的。設計中為盡量利用資源，以LED作為了洗衣機停止的報警系統(tǒng)，停止時顯示屏均為0且LED閃爍，此時可控制開關切斷電源。2y3CLk- 74L74圖14控制開關電路237報警電路當數(shù)碼管顯示的時間變?yōu)椤傲恪钡臅r候，報警電路會驅動蜂鳴器發(fā)出聲音報警。當計數(shù)器進行減計數(shù)到零后,74LS290芯片的四個輸出端都為低電平，于是我們采用四輸入與非門講低電平轉化為高電平。D5CLK 2U10：A74ILS00 1 R8：CkJ LEXT：8Q 0-LEO GREEM . 74HC04-SOUNDER 圖15報警電路3簡易洗衣機控

20、制電路安裝與調試調試與設計是不同的兩個過程，調試比設計難得多。在整個系統(tǒng)的調試過程中，調試 要注意模塊化，要從最底層開始，逐級通過后才能進行下一步的工作按照設計電路圖連接 實物元器件，連接完成后測試電路，發(fā)現(xiàn)并解決了下列問題：1 在第一次把譯碼顯示電路的連出來的時候，出現(xiàn)了分秒計數(shù)器中一個LED無法顯示的狀況。初步以為是電路圖的問題，可是經(jīng)過電路仿真發(fā)現(xiàn)電路圖并沒有問題；之后將74LS48譯碼器的D C、B、A四個輸入端分別接四個高低邏輯電平，測試發(fā)現(xiàn)LED數(shù)碼管可以顯示相對應的十進制數(shù)字，排除 74LS48譯碼器壞損；最后測試了所有的接地和電源，發(fā)現(xiàn) 是由于74LS192芯片未接入電源，連接電源后，LED數(shù)碼顯示管正常工作。2在調試報警裝置的時候，出現(xiàn)了報警器無法報警的問題。通過檢查所有芯片的連接，發(fā)現(xiàn)反饋線連接錯誤，之后改動反饋線解決了此問題。3連接好所有模塊后，進行整體調試時又出現(xiàn)了計數(shù)器無法正常置零復位的狀況。通過檢查電路連接情況，發(fā)現(xiàn)有些地方接觸不好，最后將所有接觸有問題的地方重新 連接，并且重新檢查多次后進行檢測調試，最終才實現(xiàn)了理想的結果。4簡易洗衣機控制電路工作分析4.1陳述簡易洗衣機控制電路工作過程信號經(jīng)過一個控制電路后進入分秒