簡易洗衣機控制電路

1、武漢理工大學(xué)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計說明書-1 -1設(shè)計思路1.1 設(shè)計總體思路從課程設(shè)計要求來看，要求實現(xiàn)電機的正傳、反轉(zhuǎn)、暫停，實際上沒又電機給我們接上，這回要用四個LED燈的狀態(tài)來表示，當(dāng)顯示時間前20秒正傳、暫停10秒、反轉(zhuǎn)20秒、再暫停10秒，如此一來，周期恰好是60秒，理所當(dāng)然的分鐘計數(shù)器、秒計數(shù)器是一 定要有的。接下來脈沖是一定的了，但是有分鐘計數(shù)器和秒鐘計數(shù)器還要考慮是不是要60分頻器，就我們所學(xué)過的來說實現(xiàn)循環(huán)有移位寄存器；還有個問題，當(dāng)洗滌時間到了，報 警還要一個報警電路，根據(jù)人性化、自動化、低成本的設(shè)計原則，報警的蜂鳴器不可以長 時間的叫，要有個合理的時間，我們可以用一個

2、單穩(wěn)態(tài)電路來實現(xiàn)。看起來還不錯啊，如 果這樣想那就嫌早了點，還有一個問題要解決：如何提取時間并使循環(huán)電路工作的信號？直接從數(shù)值上進行提取信號來控制一個可以實現(xiàn)循環(huán)的74LS192來實現(xiàn)?，F(xiàn)在大體上就這樣計劃，下面說說基本原理。1.2 基本原理首先，從秒脈沖出來的信號，經(jīng)過一個控制電路后進入秒計數(shù)器進行秒計數(shù)，進行清零，這時用戶置入洗滌時間，并按開始按鈕，洗衣機開始工作。當(dāng)秒計數(shù)器變?yōu)榱愕臅r候， 去分鐘計數(shù)器上面借數(shù)；與此同時，從十秒位轉(zhuǎn)化出來的信號進入移位寄存器后，LED燈表示出電機運轉(zhuǎn)狀態(tài)；當(dāng)用戶設(shè)定的洗滌時間結(jié)束后，電路報警并清零；同時電機指示燈 熄滅。武漢理工大學(xué)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計

3、說明書-2 -1.3 系統(tǒng)設(shè)計框圖如下圖所示圖2.2.1系統(tǒng)原理框圖3電路模塊設(shè)計3.1 芯片 74IS192 的邏輯功能武漢理工大學(xué)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計說明書-3 -U074LS192圖4.1.174LS192元件示意圖74LS192的功能表如下表4.1.1邏輯示意圖 所示輸入輸出MRPLUPDND3D2D1DOQ3Q2Q1Q01XXXXXXX000000XXdcbadcba01T1XXXX加計數(shù)011TXXXX減計數(shù)表-4.1.1 74LS192邏輯示意圖3.2 1Hz 矩形脈沖產(chǎn)生電路需要的秒脈沖發(fā)生器可以由一個集成的555定時器構(gòu)成，當(dāng)電源接通后，VCC通過對R1、R2向電容充電。

4、電容上得到電壓按指數(shù)規(guī)律上升，當(dāng)電容上的電壓上身到2/3VCC時, 輸電壓V0為零，電容放電。當(dāng)電壓下降到1/3VCC時，輸出電平為高電平，電容放電結(jié) 束。這樣周而復(fù)始便形成了振蕩。如下圖-4.2.1 1Hz矩形脈沖波產(chǎn)生電路。武漢理工大學(xué)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計說明書-4 -圖421 1Hz矩形脈沖波產(chǎn)生電路555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器所輸出的矩形脈沖信號的頻率計算式為f1.43（Ri2R2）CI故選定元件參數(shù)，R仁63K,R2=40K,C1=10uF,C2=0.01uF。其中電容C2的作用是抗干擾用的，以提高電路的穩(wěn)定性。3.3 遞減計數(shù)器與時間顯示（1）分、秒計數(shù)器的設(shè)計一百進制分計數(shù)器

5、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，DN端接到秒脈沖上；十分秒位上的輸入端B、C端 接到高電平上，即從輸入端置入0110（十進制的6），秒十位的PL端和借位端TCD聯(lián)在 一起，再把秒位的TCD端和十秒位的DN聯(lián)在一起。當(dāng)秒脈沖從秒位的DN端輸入的時候 秒計數(shù)的192開始從9減到0;這時，R1R163kU1363kU13輸川JHz矩形脈沖波0 01 uF0 01 uFR2R240k555C2C2IOuFIOUF372640k372武漢理工大學(xué)數(shù)字電子技術(shù)基

6、礎(chǔ)課程設(shè)計說明書-5 -它的借位端TCD會發(fā)出一個低電平到秒十位的輸 入端DN，秒十位的計數(shù)從6變到5, 直到變?yōu)?;當(dāng)高低位全為零的時候，秒十位的TCD發(fā)出一個低電平信號，DN為零時，置數(shù)端PL等于零，秒十位完成并行置數(shù)，下一 個DN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(dāng)秒計數(shù)完成了，分可以自動減少，需要把秒十位的借位端TCD端接到分計數(shù)的DN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(dāng)然，這些計數(shù)器工作，其中的清零端MR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

7、/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的模塊連接在一起協(xié)調(diào)工作，分計數(shù)的清零端MR是接在一起的；秒的清零端PL又是接在一起的，所以當(dāng)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(dāng)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09的數(shù)字輸入。（2）分、秒計數(shù)器的電路圖其電路圖如下所示:武漢理工大學(xué)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計說明書-6 -U1U5U2I 10U411141 ii |14i

8、00GO01QID2Q2D3Q3UPTCUDNTCDPLMR74LS1S22BU6U3!_7o11SDOQ0 1Q102D303PTCUDNTCDPLMR674LS192(12#13DOQODIQ102Q2D303UPTCUDNTC叫PLMR74LS192DOQO0101D2Q2D3Q3UPTCUONTCDPLMRB15103.4 洗滌時間設(shè)置電路我們可以利用分計數(shù)的127分鐘U7QAQBQCQDBl RBOQERBIQFLTQG74LS43U8AQABQBuUuDODBUR BOQERBIQFLTQG1!74LS4S圖431時間顯示電路UP端來進行外部置數(shù),131211jo蛋77137T10

9、15.14當(dāng)把它們各接到一個低觸發(fā)（平時保武漢理工大學(xué)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計說明書-7 -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09的數(shù)字輸入。因此設(shè)計出洗滌時間設(shè)置電路如下圖441洗滌時間設(shè)置電路，每次按動開關(guān)都將使洗滌 時間的對應(yīng)位（十位或者個位）增加1,最大增加至9,又由于所設(shè)置洗滌時間為60分內(nèi), 故當(dāng)我們對洗滌時間進行設(shè)置時，十位所置數(shù)小于6。分計數(shù)器十位計數(shù) UP* 分計數(shù)器個位計數(shù) UP 、 圖441洗滌時間設(shè)置電路3.5 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(zhuǎn)20s暫停10s反轉(zhuǎn)20暫停10s停止”我們可以

10、將三種工作狀態(tài)假設(shè)為正轉(zhuǎn)，暫停，反轉(zhuǎn)依次設(shè)為01,00,10。從而設(shè)計出合適電路如下圖-4.5.1工作狀態(tài)顯示電 路：74LSOO圖4.5.1工作狀態(tài)顯示電路第二步：分析實驗設(shè)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(zhuǎn)，LED1LED4左移循環(huán)點亮表示反轉(zhuǎn)，LED1LED4同時閃爍點亮 表示暫停，全滅為停止，顯然可以利用移位寄存器來設(shè)計，但是由于本次設(shè)計未能成功利 用移位寄存器仿真而轉(zhuǎn)換了思Q0*Q2-U92U14AE1E2LEitU14B74LS137正反等指示燈 jSW3SW4q正反停指示燈 174LSOO武漢理工大學(xué)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計說明書-8

11、 -路，選擇了利用正轉(zhuǎn)、暫停、反轉(zhuǎn)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(shè)計。首先，考慮到LED的連續(xù)循環(huán)點亮，可以想到控制LED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(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)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，以及利用正反轉(zhuǎn)表示狀態(tài)的不同來設(shè)計出合適門電路。 在此次設(shè)計中，我們采用74IS192構(gòu)成一個4進制減數(shù)

12、計數(shù)器，同時利用正反停指示器1在正轉(zhuǎn)時電平為0,反轉(zhuǎn)時電平為1來構(gòu)成合適門電路。簡略列出真值表如下表4.5.1正反轉(zhuǎn)指示電路邏輯表：正反停指示器1計數(shù)器輸出譯碼器輸入端0（正轉(zhuǎn)）11110（正轉(zhuǎn)）10100（正轉(zhuǎn)）01010（正轉(zhuǎn)）00001（反轉(zhuǎn)）11001（反轉(zhuǎn)）10011（反轉(zhuǎn)）01101（反轉(zhuǎn)）0011表-4.5.1正反轉(zhuǎn)指示電路邏輯表于是我們可以發(fā)現(xiàn)我們可以利用異或門電路來完成這一構(gòu)想， 從而實現(xiàn)出正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)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(shè)置的工作狀態(tài)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

13、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(shè)計。綜合上述分析，我們可以設(shè)計出LED控制電路如下圖-4.5.2控制電路武漢理工大學(xué)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計說明書-9 -U101H工矩形MM輸人3.6 控制開關(guān)DOQOD1Qi02Q23Q3UPTCUNTGDPlLMR3二U11U15AET4LS32U15BEU16B74LS56U16AzLsaeSW2AYOBY1C2 Y3E1Y4E2Y5LEYY77LS32U17LJ17DiOS74LSCBD2LED-REDD1LED-REDD4LED-REDLJ

14、17AML&O *JJ17B74LSC長斯忌輛弄關(guān)洗衣機指示燈圖4.5.2 LED控制電路武漢理工大學(xué)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計說明書-10 -現(xiàn)在各單元電路完成了，最后要把它們有效的結(jié)合起來聯(lián)合工作，實現(xiàn)目的功能。我 們要求在給分鐘置數(shù)的同時秒要顯示為零；外部還要有強制停止并清零；還有暫停功能。對于置數(shù)來說，我們可以在分鐘計數(shù)器的UP端到高電平之間各用一個開關(guān)接上， 就當(dāng) 給它一個低電平時，計數(shù)器就往上增加1。但是，192要求在UP端工作的同時，其DOWN端要為高電平，且秒計數(shù)器要為零，我們可以讓秒計數(shù)器清零，同時把脈沖停止了。在高 電平上接上一個開關(guān)，讓它接到一個JK觸發(fā)器上，同時把

15、JK觸發(fā)器的JK端接1,讓它 實現(xiàn)觸發(fā)功能。讓它的Q端輸出到秒計數(shù)器的清零端，這樣剛開機或者再按一下開機鍵就 可以對秒計數(shù)器清零。把JK觸發(fā)器的Q反端和從分計數(shù)器借位端LCD反相出來的信號接 到一個與非門上，從與非門出來的信號接到分計數(shù)器的DOWN端來保證置數(shù)的時DOWN是高電平。但是如果僅是這樣的話，當(dāng)置數(shù)完成再一次按開機鍵（如圖所示）時，沒有脈 沖信號輸入到秒計數(shù)器的DOWN端，192并不可以工作。我們可以把脈沖和JK觸發(fā)器Q反端接到一個與門上， 然后把它上輸出端接到秒計數(shù) 器的DOWN端以控制計數(shù)。先歇息一下?，F(xiàn)在的問題是，循環(huán)的發(fā)光二極管沒有受到控 制鍵的控制，所以還得把受到控制的從與

16、門U12出來的信號輸出到移位寄存器194的時鐘 信號CLK上。最后要解決一個大問題，當(dāng)所置的洗衣時間完成后，要發(fā)出報警并自動清 零。至于報警電路我們知道當(dāng)計數(shù)器全為零的時候，從秒位會發(fā)出一個借位信號，一直接 到十分位上去，十分位會發(fā)出一個借位信號，我們可以用這個信號來作為報警并清零的信 號，平時192的借位端保持的是高電平，當(dāng)有借位信號時，其變成0,我們在分十位借位 端接一個非門， 再把它和分位的CLR端一起接到一個與門， 也需要把它接到一個JK觸發(fā) 器（U10）上作為其時鐘信號，其后再接到單穩(wěn)態(tài)電路的輸入端TRI，單穩(wěn)態(tài)的輸出端接 到蜂鳴器上。而該與門（U14）的另一輸入端接在控制開關(guān)J3上

17、，與門出去仍然接在JK觸發(fā)器U9上，這樣當(dāng)洗衣時間完成后，十分計數(shù)器的借位端TCD端發(fā)出的0信號就可以 經(jīng)過以上路徑而變成1到達與門，同時JK觸發(fā)器得到一個觸發(fā)信號而輸出到單穩(wěn)態(tài)，但 一段時間后其自動停止。同時發(fā)出的1信號使U9發(fā)出1信號而使秒計數(shù)器清零；當(dāng)然秒 脈沖因為U9端的Q反端的0信號而使其沒有輸出，這樣原來閃爍的燈不再亮了。到此，一個電路總算還可以了吧，我們有時還需要讓它休息一下，我們改變一下洗衣 量時，就還需要一個暫停鍵，只要把秒脈沖切斷就可以了。我們可以在控制脈沖輸出的與武漢理工大學(xué)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計說明書-11 -門U12和脈沖到達端之間接入一個由開關(guān)控制的JK觸發(fā)器來控

18、制的與門，這樣就可以控 制脈沖的輸出了。我們知道與門是其中一輸入為零時，無論另一端時怎樣的其輸出為零， 但一端為1時，另一端輸入什么與門就可以輸出什么。現(xiàn)在控制端也連起來了，這樣，一 個完整的洗衣機控制電路就完成了。LED模擬洗衣機工作狀態(tài)的同時，也作為洗衣機的報警系統(tǒng)，全滅為報警武漢理工大學(xué)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計說明書-12 -5電路圖綜合上面的原理，設(shè)計思路,以及每部分電路的設(shè)計，得到電路圖如下圖-5.1:Ks0ST-Inn8asBoaa 5S rfi上553CAai；ywsenn1-,AiKS甲當(dāng)呂雪J. - i V -JT i U小 * *.2円*蓉w ruiro再去呂計pg啟占g日

19、5cl聳Ul L ：_）口V!ftKBfl 5圖5.1電路總圖武漢理工大學(xué)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計說明書-13 -6元件清單元件序號元件型號主要參數(shù)數(shù)量C1Cap0.01uF1C2Cap10uF1U1-U4, U1074LS1925U5-U874LS484U9, U1174LS1372U1274LS1121U135551U14A, U14B, U18A, U18B, U2074LS005U15A, U15B74LS322U16A, U16B74LS862U17A, U17B, U17C, U17D, U20A74LS085U19NOT1D1-D4LED-RED4SW1SW -SPDT1SW2S

20、W-SPST1R163k1R240k1R3-R510k3武漢理工大學(xué)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計說明書-14 -7分析與改進7.1 改進：需改進點1：控制開關(guān)的設(shè)定需改進點2:工作60分鐘后的清零設(shè)置需改進點3：LED控制電路中的燈的循環(huán)及其閃爍控制需改進點4:分秒置數(shù)開關(guān)的設(shè)定改進1:利用開關(guān)控制555的電源輸入。電路功能實現(xiàn)：兩個置數(shù)開關(guān)可以控制洗滌時間的設(shè)置，控制開關(guān)控制電路的工作，復(fù)位開關(guān)控制顯示器的清零。改進2：利用十分位計數(shù)器的借位端平常均為1,工作到60分鐘后為0的特性，設(shè)置為JK觸發(fā)器的脈沖輸入，從而控制清零端MR。改進3：LED的循環(huán)閃亮主要是改變譯碼器的輸入端， 正轉(zhuǎn)時為輸入順序位A，反轉(zhuǎn)時輸 入順序應(yīng)該相反，設(shè)置好4進制計數(shù)器，然后利用其輸出端Q1、Q0的變化規(guī)律列出真值 表，求出所需門電路。改進4:利用觸發(fā)器有UP上升沿觸發(fā)特性，為其可控置入低電平以改變十分位和個分位 的顯示。7.2 電路分析控制開關(guān)SW1控制電路的啟動、停止工作，當(dāng)SW1撥通時，電路接通，正常工作； 當(dāng)SW1撥向地時，電路