洗衣机控制电路设计.doc

1、 题目 洗衣机控制电路 时间 2009年11月30日 题目 洗衣机控制器 电子信息与控制工程系指导教师: 姓名 班级 电子071 学号 题 目: 洗衣机控制电路设计一、设计要求1洗衣时间设定范围：199分钟2显示漂洗时间(显示分钟就好)，时间到后会自动报警3漂洗时（用发光二极管代替电动机）显示正反转4定时时间内电机工作要求如下：启动 正转20s 暂行10s 反转20s 暂行10s 停止 定时未到二、总体设计原理对于自动控制，使用单片机是最简单的，但是对于普通的洗衣机控制使用一般器件也可完成。我们设计的洗衣机控制电路主要采用CMOS和TTL集成器件，如计数器，锁存器，与门，非门，555定时器等构成洗衣机控制电路。洗衣机的洗衣流程如下：定时（排水加水） 漂洗（脱水排水） （时间到）警报并停机。电路设计框图如下： 六十进制秒减计数器洗涤时间译码显示一百进制分减计数器报警控制多谐振荡器电机运转指示总控制蜂鸣器正反转控制三、各单元设计与分析1、多谐振荡器多谐振荡器是一种自激振荡器，产生振荡信号，用于计时。在许多场合对多谐振荡器的频率稳定性要求严格，一般采用石英晶体振荡器。但是由于洗衣机对时间的精

2、确度要求不是很高，所以我们采用555定时器接成的1HZ多谐振荡器。电路如图：图中是把555定时器接成施密特触发器，在用施密特触发器接成多谐振荡器的方法接成。其中 R1=R2=48K , C1=0.01 , C2=10 把数据带入T=（R1+2R2）C2ln2 ，得 T=1s 即周期为一秒，输出 1HZ 的信号。3号管脚即为脉冲信号输出管脚。图二 多谐振荡器2、时钟电路时钟电路采用计数器对输入的1HZ振荡信号进行计数，从而实现计时。用十进制计数器接成两个60进制计数器，分别用于计秒和计分。因为整个洗衣时间不会超过1小时，所以不用计小时。十进制计数器有很多中，如74LS90, 74LS290, 74160等。这里我们使用的是十进制可逆计数器 74LS192。它具有双时钟输入，并具有清除和置数等功能，其引脚排列及逻辑符号如右下图所示：(注:管脚名或许有出入,不过管脚号都是对应相同功能的管脚) 图三 192管脚及逻辑符号 图中：为置数端，为加计数端，为减计数端，为非同步进 位输出端， 为非同步借位输出端，P0、P1、P2、P3为计数器输入端， (即下图的CLR)为清除端，Q0、Q1、Q2、Q3

3、为数据输出端。192功能表如下图:2.1 分、秒计数器的设计一百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 B、C 端接到高电平上，即从输入端置入0110（十进制的6），十秒位的 LD 端和借位端 BO 联在一起，再把秒位的 BO 端和十秒位的 DOWN 联在一起。当秒脉冲从秒位的DOWN端输入的时候秒计数的192开始从9减到0；这时，它的借位端BO 会发出一个低电平到秒十位的输入端 DOWN ，秒十位的计数从6变到5，一直到变为0；当高低位全为零的时候，秒十位的 BO 发出一个低电平信号，DOWN 为零时，置数端 LD 等于零，秒十位完成并行置数，下一个 DOWN 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，当秒计数完成了，分可以自动减少，需要把秒十位的借位端 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。当然

4、，这些计数器工作，其中的清零端 CR 要处于低电平，置数端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101分钟的计时器。把四个192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 LD 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。图四 分、秒计数器的电路图3、电机正反转控制电路这里采用的方法是把秒十位上的数提出来作为正反转控制系统的输入信号，秒位上的都是相同的，可以不管。我们的目标是把秒十位上输出的二进制数经 74LS138 译码器（138的功能下面再予以解释）译码成8个输出，然后再各取两位输出经由3个与非门各自作用于相应的3个正反转指示灯。正反转控制电路部分如下图： 图五 正反转控制电路在这里，我们回

5、过头来介绍下 74LS138 芯片的功能与正反转控制工作原理。下面是 138 管脚图和功能表： 图六 138管脚图 表二 138功能表原理：当 138 的输入为101或100（即为十进制的5或4，此时十秒数码管也是显示5或4的，即40秒到59秒之间，此过程正好为20秒。）时， 10管脚 和11管脚 来与非后的值为高电平，然后当作发光二极管的输入信号，这样就能点亮发光二极管了，此时表示的是电机正转状态。同理，当输入为011时，我们取的是 15管脚和 12管脚 来与非后作用于第二个发光二极管，当点亮发光二极管时就表示电机停止状态。当十秒数码管显示为1或2时（即138输入为010或者001）时，取13和14管脚 输出信号与非后作用于发光二极管，此时发光二极管亮时表示反转状态。这样正好符合 20s正转 10s停止 20s反转 的要求了。 4、分 显示电路原理显示部分我们的方法是使用译码器4511 把二进制转换成七段显示码，再接入LED，但是由于前面为了方便分部介绍，我们用的是现成的四输入数码管来仿真。现在换回来也很方便，只需把“图四”的分计数器输出端分别对应接到两个4511的输入端既可以了。虽

6、然这里只需要显示分钟，但是秒这个概念的表现这里我们还是要的，所以我们采用的是把秒脉冲接到U6的 H管脚，即小数点处。这样每次有一个秒脉冲过来，个分上的小数点就闪一下，这也就能够表现出了秒这个概念了。图七 显示电路5、报警并停止工作控制电路原理最后要解决一个大问题，当所置的洗衣时间完成后，要发出报警并自动清零。至于报警电路我们知道当计数器全为零的时候，从秒位会发出一个借位信号，一直接到十分位上去，十分位会发出一个借位信号，我们可以用这个信号来作为报警并清零的信号，平时192的借位端保持的是高电平，当有借位信号时，其变成0，我们直接把分十位借位端接到一个双D锁存器（U 11）上作为其时钟信号，（其后再接到单稳态电路的输入端TRI，单稳态的输出端接到蜂鸣器上）由于实际仿真和电路板焊接都不曾用到蜂鸣器，只用发光二极管代替，所以在实际设计中我们直接把 双D锁存器 的 输出 接到当报警用的发光二极管上了。设计要求报警后立即停止，那么我们就可以把 U 11的Q端输出信号接回各个192的CLR端和138的G1端（这里所介绍到的和下面说的都太过于分散，不好截图，看后面总图的与非门也是一样的），使其停止计

7、时并熄灭正反转指示灯。最后是把双D输出端与 555脉冲输出信号通过一个与门送到秒计数器的自减端，这里是改进了前面直接把秒脉冲接给个位秒时钟电路，也只有这样才能使个分上代表秒概念的小数点停止跳动。报警电路图如下： 四、总电路图 上面我所用到的部分电路都是我个人自己连线，觉得这样布线比较紧凑、干净，但是最后的总电路布局经大家讨论、修改后一致得出总电路图如上：五、使用元器件类型及个数74LS192D 四个 100nF 和10uF电容各一个74LS138D 一个 74LS00D 两个（与非门）74LS138D 一个 74LS74D（双D锁存器）一个7段显示码两个 300欧姆电阻19个10K电阻两个48K电阻四个 发光二极管四个（各种颜色）4511BD 两个 555 定时器一个 和 线 若干 六、仿真结果分析 在仿真的过程中，出现的结果基本符合要求，计数器的工作也很理想，“正转”、“反转”、“暂停”的指示灯动作也很好，定时结束时，自动清零，同时指示灯亮，提醒时间到。不足的是在最后的解除报警的时候有所欠缺，若先关闭报警电路，则表示正转的工作电路的指示灯亮起;并且，在接通电源时，数码管的显示会有一定

8、的跳变，无法按预设的清零。除此之外，由于555定时器的所接成的秒脉冲发生器在multisim仿真软件中无法直接驱动控制电路。并且由于所设计的计数器在十秒位的初值是6，时间变化是从60开始变化到59，因此在秒部分已存在一分钟，无法像一般情况从秒部分00开始向分位借位，在实际操作中会带来一定的不便，这也是本次设计中最大的缺陷。不过，总的来说，仿真结果还是比较令人满意的，比较成功。七、总结通过这次课程设计，加强了我们动手、思考和解决问题的能力。在整个设计过程中，我们通过这个方案包括设计了一套电路原理和PCB连接图，和芯片上的选择。我们也发现设计中主要的困难就是逻辑关系。虽然表面洗衣机程序简单，但是其实其逻辑关系还是有一定的复杂度的。对利用十进制计数器连接各种进制计数器的方法也要十分熟练。还要分清楚信号的类型，信号有低电平，高电平，上升沿，下降沿，这些信号如果混淆了很容易导致电路出错。还要更重要的是要抓住各个二进制数值变化时的特征变化。这样在数据转化和比较中才会找到捷径。 同时我认为我们的工作是一个团队的工作，团队需要个人，个人也离不开团队，必须发扬团结协作的精神。八、参考资料电子技术课程设计历雅萍、易映萍 编电子技术课程设计指导 彭介华 主编高等教育出版社电子线路设计、实验、测试谢自美 主编 华中理工出版社。数字电子技术基础 阎 石主编高等教育出版社

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