简易洗衣机控制课程设计.docx

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1、洗衣机控制器设计 一设计要求启动正转 20s 暂行 10s 反转 20s (定时未到)暂行 10 s （定时到）停止如果定时时间到，则停机并发出音响信号。（1） 采用中小规模集成芯片设计制作一个电子定时器，按照一定的洗涤程序 控制电机作正向和反向转动。（2） 电机用 2 个继电器控制，洗涤定时时间在 020min 内由用户任意设定。（3） 用两位数码管显示洗涤的预置时间，按倒计时方式对洗涤过程作计时显 示，直至时间到而停机。（1）. 如果定时时间到，则停机并发出音响信号。（2）. 洗涤过程在送入预置时间后即开始运转。二 方案选择及电路的工作原理1.方案选择从课程设计要求来看，要求实现电机的正传

2、、反转、暂停，实际上没有电机给我们接上，这回要用四个 LED 灯的状态来表示，当显示时间前 20 秒正传、暂停 10 秒、反转 20 秒、再暂停 10 秒，如此一来，周期恰好是 60 秒，理所当然的分钟计数器、秒计数器是一定要有的。接下来脉冲是一定的了，但是有分钟计数器和秒钟计数器还要考虑是不是要 60 分频器，就我们所学过的来说实现循环有移位寄存器；还有个问题，当洗涤时间到了，报警还要一个报警电路，根据人性化、自动化、低成本的设计原则，报警的蜂鸣器不可以长时间的叫，要有个合理的时间，我们可以用一个单稳态电路来实现。看起来还不错啊，如果这样想那就嫌早了点，还有一个问题要解决：如何提取时间并使循

3、环电路工作的信号?方案有两种：一是直接从数值上进行提取信号来控制一个可以实现循环的 74LS194来实现；另一种是制作一个二十进制到十进制的循环转化来把这一分钟走完，但是从电路的复杂程度和经济性来说，显然后者太过于复杂，也不利于接线和排故障，虽然难度会大一些、出成果的时间会比别人晚，但是要设计一个真正可以让用户用放心使用的产品，还得这样做。尤其是最后的循环电路用两个 194 一定可 以很容易实现。2.工作原理首先，从秒脉冲出来的信号，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。当秒计数器变为零的时候，去分钟计数器上面借数；与此同时，从

4、十秒位转化出来的信号进入移位寄存器后，LED 灯表示出电机运转状态；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。三 设计的具体实现设计思路（1）本定时器实际上包含两级定时的概念，一是总洗涤过程的定时，二是在总洗涤过程中又包含电机的正转、反转和暂停三种定时，并且这三种定时是反复循12环直至所设定的总定时时间到为止。依据上述要求，可画出总定时 T 和电机驱动 型号 Z1、Z2 的工作波形图，如下：TZZ正转 停反转 停图 1定时器信号时序图当总定时时间在 020min（分）以内设定一个数值后 T 为高电平 1，然后用倒计时方法每分钟减 1 直至 T 变为零。在此期间，若 Z1

5、=Z2=1，实现正转;若 Z1=Z2=0, 实现暂停；若 Z1=1，Z2=0，实现反转。（2）实现定时的方法很多，比如采用单稳电路实现定时，又如将定时初值预置到计数器中，使计数器运行在减计数状态，当减到全零时，则定时时间到。图 2所示的电路原理框图就是采用这种方法实现的。由秒脉冲发生器产生的时钟信号经 60 分频后，得到分脉冲信号。洗涤定时时间的初值先通过拨盘或数码开关设置到洗涤时间计数器中，每当分脉冲到来计数器减 1，直至减到定时时间到为止。 运行中间，剩余时间经译码后在数码管上进行显示。由于 Z1 和 Z2 的定时长度可分解为 10s 的倍数，由秒脉冲到分脉冲变换的 60进制计数器的状态中

6、可以找到 Z1、Z2定时的信号，经译码后得到如波形 Z1、Z2所示的信号。这两个信号以及定时信号 T 经控制门输出后，得到推动电机的工作 信号。12电路原理框图洗涤时间显示秒 脉冲 发生器60 进制 计数器洗 涤时 间计 数T控制门功放继电开执行电器关机ZZ清零置数时间译码图 2洗衣机定时器原理框图单元电路设计1.一百进制分计数器和六十秒计数器的设计（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

7、；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，秒十位的 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，

8、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，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

9、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。(2)分、秒计数器的电路图 其图如下：图三分秒计数器电路图2.秒脉冲发生器（1）秒脉冲发生器原理我们搜需要的秒脉冲发生器可以由一个集成的 555 定时器构成，当电源接通后，VCC 通过对 R1、R2 向电容充电。电容上得到电压按指数规律上升，当电容上的电压上身到 2/3VCC 时，输电压 VO 为零，电容放电。当电压下降到 1/3VCC 时，输出电平为高电平，电容放电结束。这样周而复始便形成了振荡。我们要的周期 是 1 秒，频率是 1 赫兹。周期 T

10、 可以由下面的公式可知：TR1.R2lnC(2)其原理图如下所示图四 秒脉冲发生器原理图3.循环控制电路（1）其基本原理简述还是采用我们方法，把秒十位上的数提出来作为循环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转化 成两位三个数：So110531S1011010100110001状态右移闪烁左移420010000100000现在我们把 192 的 QA、QB 接上一个异或门，QC 接上一个反相器，然后把它们出来的信号接到一个与非门后再接到 So 端，把反相器出来的信号输入到 S1 端；这样就实现了上述要求。当我们开机时，计数器时被清零的，QA、QB

11、、QC 没有输出，这时输出的是 000，194 的 So、S1 为 11，移位寄存器置数为 0010。当 192输出的是 0101 时，So、S1 为 10，移位寄存器右移动作，因为 So、S1 的两端接一个与非门出 1，再通过一个接在 194QB 端的与门，结果输出来到发光二极管的还是高电平（如下图所示）；从节点46 输出，经过反相器到达节点 48 的是低电平与门 U28 没有输出脉冲，所以 194 做右移直到下一个状态的到来。显然当 192的输出是 0100 是也是一样的。当输出是 0011 时，So、S1 的状态是 11，194 处于并行置数，其 QB 端输出一个高电平 1，与此同时，从

12、 So、S1 输出的两个 1 进入与非门 U27，但是在节点 46 是一个低电平 0，所以节点 44 没有高电平输出。而节点 46 为高电平 1，这时通过 U28 的脉冲信号可以输出了，与 U28 的或门 U22、U23、U24、U25、U26 就可以输出脉冲信号到发光二极管实现闪烁；当 192 输出的是 0010 时， So、S1 状态从 11 变为 01，移位寄存器 192 做左移循环，在脉冲的输入下。同右移一样，从 So、S1 输出到 U27 再出来的是一个高电平 1，所以与门 U26 输出高电平；当计数器 192 输出的是 0001 时，还是和 0010 时一样；最后当 192 输出是

13、 0000 时，其又和输出 0011 时一样，移位寄存器 194 处于置数状 态，放光二极管闪烁。到此，提取信号、循环电路完成。（2）其原理图图五 循环控制电路原理图4.单稳态延时电路 其原理图图六5。总控制电路单稳态延时电路原理图现在各单元电路完成了，最后要把它们有效的结合起来联合工作，实现目的功能。我们要求在给分钟置数的同时秒要显示为零；外部还要有强制停止并清零； 还有暂停功能。对于置数来说，我们可以在分钟计数器的 UP 端到高电平之间各用一个开关接上，就当给它一个低电平时，计数器就往上增加 1。但时，192 要求在 UP 端工作的同时，其 DOWN 端要为高电平，且秒计数器要为零，我们可

14、以让秒计数器清零，同时把脉冲停止了。在高电平上接上一个开关，让它接到一个 JK 触发器上，同时把 JK 触发器的 JK 端接 1，让它实现触发功能。让它的 Q 端输出到秒计数器的清零端，这样刚开机或者再按一下开机键就可以对秒计数器清零。把 JK 触发器的 Q 反端和从分计数器借位端 Bo 反相出来的信号接到一个与非门上，从与非门出来的信号接到分计数器的 DOWN 端来保证置数的时候 DOWN 是高电平。但是如果仅是这样的话，当置数完成再一次按开机键（如图中的 J3 所示）时，没有脉冲信号输入到秒计数器的 DOWN 端，192 并不可以工作。我们可以把脉冲和 JK 触发器 Q 反端接到一个与门上

15、，然后把它上输出端接到秒计数器的 DOWN 端以控制 计数。现在的问题是，循环的发光二极管没有受到控制键的控制，所以还得把受到控制的从与门 U12 出来的信号输出到移位寄存器 194 的时钟信号 CLK 上。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，我们在分十位借位端接一个非门，再把它和分位的 CLR 端一起接到一个与门，也需要把它接到一个JK 触发器（U10）上作为其时钟

16、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。而该与门（U14）的另一输入端接在控制开关 J3上，与门出去仍然接在 JK 触发器 U9 上，这样当洗衣时间完成后，十分计数器的借位端 Bo 端发出的 0 信号就可以经过以上路径而变成 1 到达与门 U14，同时 JK触发器 U10 得到一个触发信号而输出到单稳态，从而发出报警声，但一段时间后其自动停止。同时 U14 发出的 1 信号使 U9 发出 1 信号而使秒计数器清零；当然秒脉冲因为 U9 端的 Q 反端的 0 信号而使其没有输出，这样原来闪烁的灯不再亮了。我们有时还需要让它休息一下，我们改变一下洗衣量时，就还需要一

17、个暂停键，这也可以的，只要把秒脉冲切断就可以了。我们可以在控制脉冲输出的与门U12 和脉冲到达端之间接入一个由开关控制的 JK 触发器来控制的与门，这样就可以控制脉冲的输出了。我们知道与门是其中一输入为零时，无论另一端时怎样的其输出为零，但一端为 1 时，另一端输入什么与门就可以输出什么。现在控制端也连起来了，这样，一个完整的洗衣机控制电路就完成了。四心得体会及建议本次课程设计加深了我对所学理论知识的理解，并能将其熟练应用，做到理论与实际相结合。设计的过程中遇到过挫折和困难，但我都克服了并振作起来。 课程设计很累，但生活就是这样，汗水预示着结果也见证着收获。从本次课程设计的目的来看，收获也是不

18、少的，它使我们对课本以及以前学过的知识有了一个更好的总结与理解，也让我们知道了，光分开使不够的，从外面学到的知识要把形成一各整体。我从老师和其他同学那里学到更好更多的东西，他们从另一个方面透析了自己的困难，这是很重要的，它让我学会了怎样学习别人的长处并把它变成自己的长处。是他们让自己有了一个更好的认识，无论是学习还是生活，生活是实在的，要踏实走路，虽然自己走出来的路要崎岖的多， 但觉得踏实、放心。对我而言，知识上的收获固然重要，但精神上的丰收更加可喜。挫折是一份财富，经历是一份拥有。这次设计将成为我人生旅途上一个非常美好的回忆。五参考文献1. 彭介华主编 电子技术课程设计指导高等教育出版社 1997 年 10 月2. 阎石 主编 数字电子技术基础高等教育出版社 2006 年 5 月