洗衣機自動控制電路設計與實現(xiàn)

1、<p><b>　　課程設計任務書</b></p><p>　　學生姓名： 杜炳謙 專業(yè)班級： 通信1006 </p><p>　　指導教師： 付 琴 工作單位： 信息工程學院 </p><p>　　題 目: 洗衣機自動控制電路設計與實現(xiàn) &l

2、t;/p><p><b>　　初始條件：</b></p><p>　　通過學到的知識，利用定時器、數(shù)碼管、LED等數(shù)字電路器實現(xiàn)系統(tǒng)設計。</p><p>　　要求完成的主要任務:</p><p>　　電路原理說明以及原理圖的設計</p><p>　　設計電路的仿真，并給出仿真結(jié)果及分析</p&

3、gt;<p><b>　　設計報告的撰寫</b></p><p><b>　　時間安排：</b></p><p>　　指導教師簽名： 2012年 6月 7 日</p><p>　　系主任（或責任教師）簽名： 2012年 6

4、月 7 日</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　目錄I</b></p><p><b>　　摘 要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　1.引言1</

5、b></p><p>　　2.設計要求和實現(xiàn)的功能2</p><p>　　3.設計原理與方案3</p><p>　　3.1 方案選擇4</p><p>　　4.單元電路的設計5</p><p>　　4.1秒脈沖發(fā)生器5</p><p>　　4.2 分秒計數(shù)器6</p>

6、;<p>　　4.3 控制電路部分10</p><p>　　4.4循環(huán)電路12</p><p>　　4.5 總電路圖13</p><p>　　5.電路仿真結(jié)果14</p><p>　　5.1 秒脈沖發(fā)生器14</p><p>　　5.2 顯示電路仿真結(jié)果15</p><p

7、><b>　　6心得體會19</b></p><p><b>　　參考文獻20</b></p><p><b>　　附錄21</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本次課程設計我利用定時器、數(shù)碼管、LED等數(shù)

8、字電路器件設計實現(xiàn)洗衣機功能。設計時考慮了很多種情況，根據(jù)實際操作性和我的個人的能力選擇了一種。這個方案總共使用了一些LED，74系列芯片如74LS192和74LS138以及電阻電容若干，NE555定時器等完成了洗衣機的功能實現(xiàn)。當定時時間達到終點時，一方面使電機停機，同時發(fā)出信號（本次試驗用的是發(fā)光二級管）。用兩位數(shù)碼管顯示洗滌的預置時間（以分鐘為單位），按倒計時方式對洗滌過程作計時顯示，直到時間到而停機。三只LED燈表示“正轉(zhuǎn)”、“

9、反轉(zhuǎn)”和“暫?！?個狀態(tài)。</p><p>　　關(guān)鍵詞：洗衣機；定時器；發(fā)光二級管；74ls192;</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　The curriculum design I use the timer, digital tube, LED digital circuit devices desi

10、gned to achieve the washing machine function. Consideration when designing a variety of circumstances, according to the actual operational and my personal ability to choose a. This program is a total of a number of LED 7

11、4 series chips such as the 74LS192 and 74LS138 and the resistance and capacitance, NE555 timer, etc. to complete the function of the washing machine. Reach the end of regular time, on the one han</p><p>　　Ke

12、y words: washing machine; timer; two light-emitting tubes;74ls192;</p><p><b>　　1.引言</b></p><p>　　洗衣機從發(fā)展以來普及很快，已經(jīng)成為人們生活中很重要的一部分。洗衣機由于洗滌方便受到廣大用戶的喜愛。隨著時代的發(fā)展洗衣機也在不停革新、發(fā)展。</p><

13、p>　　本次課程設計我利用定時器、數(shù)碼管、LED等數(shù)字電路器件設計實現(xiàn)洗衣機功能。設計時考慮了很多種情況，根據(jù)實際操作性和我的個人的能力選擇了一種。這個方案總共使用了一些LED，74系列芯片如74LS192和74LS138以及電阻電容若干，NE555定時器等完成了洗衣機的功能實現(xiàn)。</p><p>　　2.設計要求和實現(xiàn)的功能</p><p>　　當洗衣機控制開關(guān)打開后，電動機先正轉(zhuǎn)

14、20秒，然后暫停10秒，再反轉(zhuǎn)20秒，再暫停10秒，剛好在一分鐘內(nèi)完成一個周期，便于設計與控制，如果定時器未到則開始循環(huán)，若定時器到，則停機。</p><p>　　（1）當定時時間達到終點時，一方面使電機停機，同時發(fā)出信號（本次試驗用的是發(fā)光二級管）。</p><p>　?。?）用兩位數(shù)碼管顯示洗滌的預置時間（以分鐘為單位），按倒計時方式對洗滌過程作計時顯示，直到時間到而停機。</p

15、><p>　　（3）三只LED燈表示“正轉(zhuǎn)”、“反轉(zhuǎn)”和“暫?！?個狀態(tài)。</p><p><b>　　3.設計原理與方案</b></p><p><b>　　方案一，框圖如下：</b></p><p>　　圖3.1 方案一框圖</p><p><b>　　方案二，框圖

16、如下：</b></p><p>　　圖3.2 方案二框圖</p><p><b>　　3.1 方案選擇</b></p><p>　　驅(qū)動能力不足，三極管的概念，一是總洗滌過程的定時，而是在總洗滌過程中又包含電機的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和暫停三種定時，并且這三種定時是反復循環(huán)直至所設定的總定時時間到位置。當總定時時間在0~20min以內(nèi)設定一個

17、輸之后T為高電平1，然后用倒計時的方法每分鐘減1直至T變?yōu)?.在此期間，若Z1=Z2=1，實現(xiàn)正轉(zhuǎn)；若Z1=Z2=0，實現(xiàn)暫停；若Z1=1,Z2=0,實現(xiàn)反轉(zhuǎn)。實現(xiàn)定時的方法很多，比如采用單穩(wěn)電路實現(xiàn)定時，又如將定時初值預置到計數(shù)器中，使計數(shù)器運行在減計數(shù)狀態(tài)，當減到全零時，則定時時間到。如圖所示的電路原理框圖就是采用這種方法實現(xiàn)的。由秒脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的時鐘信號經(jīng)60分頻后，得到分脈沖信號。洗滌定時的時間的初值先通過撥盤或數(shù)碼開關(guān)設置到

18、洗滌時間計數(shù)器中，每當分脈沖到來計數(shù)器減1，直至減到定時時間到為止。運行中間，剩余時間經(jīng)譯碼后在數(shù)碼管上進行顯示。</p><p>　　經(jīng)比較后，采用第二種方案。</p><p><b>　　4.單元電路的設計</b></p><p><b>　　4.1秒脈沖發(fā)生器</b></p><p>　　由5

19、55定時器構(gòu)成的多諧振蕩器的電路圖如圖4所示，由于555定時器內(nèi)部的比較器靈敏度高，輸出驅(qū)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(gòu)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。在電路中實際C2應該為0.2uf左右。 </p><p>　　555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器如圖4.1.1所示<

20、/p><p>　　圖4.1 秒脈沖發(fā)生器</p><p>　　三五定時器引腳圖和內(nèi)部原理圖如圖4.2所示。</p><p>　　圖4.2 555內(nèi)部原理圖和引腳圖 </p><p><b>　　4.2 分秒計數(shù)器</b></p><p>　　六十進制秒計數(shù)器和十進制

21、分計數(shù)器</p><p>　　模塊選用具有雙時鐘輸入功能的可逆計數(shù)器74LS192來實現(xiàn)，需要的是它的減數(shù)功能。</p><p>　　1.將它的加計數(shù)端UP接到高電平或者+5伏電源上，CLK接地端;</p><p>　　2.對于秒個位我們不需要置數(shù)，所以將它的異步置數(shù)端LD（低電平有效）接到高電平上。</p><p>　　3.DOWN接一秒脈

22、沖源，而它的借位輸出端BO接到秒十位的信號輸入端DOWN，當秒個位的數(shù)清零時，BO發(fā)送一個借位信號到十位，使得十位減一,而秒個位繼續(xù)從9減到1。</p><p>　　4.對于秒十位，我們同樣將它的借位輸出端BO接到下一個高位的信號輸入端DOWN。</p><p>　　5.由于秒個位要不斷向它借位，等到秒位全部為零時它的秒十位借位輸出端 BO就會向高位的分位的信號輸入端DOWN發(fā)送一個低電平

23、借位信號。</p><p>　　為了實現(xiàn)六十進制功能我們讓秒十位的輸入端B,C接高電平，A,D接低電平（秒個位上的四個輸入均接到低電平上）再把它的異步置數(shù)端LD和它的借位輸出相連，當它要向高位借位時借位輸出端 BO發(fā)出的低電平信號會使得LD 有效，此時系統(tǒng)自動就將其置為0110即就是6，這就實現(xiàn)了六十進制秒計數(shù)器。</p><p>　　對于十進制分計數(shù)器，同理，我們將它UP接到高電平或者+

24、5伏電源上，CLK接地端。它的異步置數(shù)端LD接到高電平上即使之無效，個位借位輸出端BO接到十位的信號輸入端DOWN，當個位的數(shù)減為零時，BO發(fā)送一個借位低電平信號到十位，使得十位減一,而秒個位也繼續(xù)從9減到1，秒位上的輸入端A,B,C,D均接到低電平上。</p><p>　　當然要顯示剩余時間，就需要在每一個減數(shù)器上連接一個顯示管，即將計數(shù)器的四個輸出端QA,QB,QC,QD依次連接到顯示管的四個輸入端1,2,3

25、,4。</p><p>　　圖4.3 時間顯示電路</p><p>　　74LS192的引腳圖如下圖</p><p>　　圖4.4 74LS192管腳</p><p>　　其中BO為借位輸出端，CO為進位輸出端UP為加計數(shù)端，DOWN為減計數(shù)端，LOAD為異步置數(shù)端，CLR為異步清零端。</p><p>　　表4.1

26、 74LS192的邏輯功能表</p><p>　　當CLR為高電平時（高電平有效），計數(shù)器直接清零，當CLR</p><p>　　為低電平，LOAD也為低電平（低電平有效）時，數(shù)據(jù)直接從置數(shù)端A,B,C,D植入計數(shù)器，CLR為低電平，LOAD為高電平時，執(zhí)行計數(shù)功能，執(zhí)行加數(shù)功能時，減計數(shù)端DOWN接高低電平，計數(shù)脈沖由UP端輸入；執(zhí)行減數(shù)功能時，加數(shù)端UP接高電平，計數(shù)脈沖由減數(shù)端DOW

27、N。</p><p>　　LED數(shù)碼顯示管的引腳如圖1-5</p><p>　　圖4.5 LED數(shù)碼顯示管</p><p>　　其中4,3,2,1端為其數(shù)據(jù)輸入端，其它各端口顯示器默認有效。</p><p>　　4.3 控制電路部分</p><p>　　分位的A,B,C,D接一個置數(shù)開關(guān)，往上撥開關(guān)表示置1，往下

28、撥表示置0。</p><p>　　開始前單刀雙擲開關(guān)J1接在上開關(guān)，JK觸發(fā)器初始狀態(tài)置0，分位的置數(shù)端LOAD接在J1的下開關(guān)，而此時下開關(guān)電位為0，這時候就可以通過置數(shù)開關(guān)J2實現(xiàn)置數(shù)。</p><p>　　分位的QA,QB,QC,QD接一個四輸入的或門，或門輸出接到JK觸發(fā)器的輸入端，觸發(fā)器上升沿觸發(fā)，當分位不為0時，觸發(fā)器輸入為高電平，當分位為0時，觸發(fā)器輸入端為低電平，但此時觸發(fā)

29、器從高電平到低電平不觸發(fā)。當秒位和分位都為零且將要重新置數(shù)是，分位不為0，在這一刻，觸發(fā)器輸入從低電平到高電平實現(xiàn)觸發(fā)。</p><p>　　Qn+1=JQn’+ K’Qn J=K=1</p><p>　　觸發(fā)器的次態(tài)的現(xiàn)態(tài)的反，現(xiàn)態(tài)即初態(tài)為0，一旦觸發(fā)觸發(fā)器輸出為高電平，將觸發(fā)器輸出接到分秒位的清零端CLR，實現(xiàn)清零，分秒位顯示都為零電路停止工作。</p>

30、<p>　　秒脈沖由555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器發(fā)出，振蕩周期</p><p>　　T=0.7（R1+2R2）C</p><p>　　其電路及參數(shù)如圖2所示是為了加快時間便于觀察,實際參數(shù)可自行設置，例如為了輸出1HZ的脈沖信號，可以讓R1=42千歐姆，R2=50千歐姆，C2=10微法。秒脈沖發(fā)生器的輸出端接一個開關(guān)J3實現(xiàn)暫停的功能，從J3再接到秒個位的DOWN，讓其減法計數(shù)

31、，實現(xiàn)倒計時功能。控制電路如下圖所示。</p><p>　　圖4.6 控制電路</p><p>　　表4.2 主從JK觸發(fā)器功能表</p><p><b>　　4.4循環(huán)電路</b></p><p>　　因為正轉(zhuǎn)，停，反轉(zhuǎn)，停剛好一個周期是60s，且每種狀態(tài)的運行時間恰好都是十秒的整數(shù)倍所以我們就考慮用秒十位上數(shù)的變

32、化來控制洗衣機運行狀態(tài)的顯示。，在一個周期內(nèi)59s~40s之間洗衣機處于正轉(zhuǎn)狀態(tài)，39s~30s之間洗衣機處于停止狀態(tài)，29s~10s之間洗衣機處于反轉(zhuǎn)狀態(tài)，9s~0s之間又是停止時間，所以我們讓正轉(zhuǎn)狀態(tài)顯示燈X1=QCQB’QA+QCQB’QA’經(jīng)化簡得X1=QCQB’，即就是我們把QB端求反后再用一個兩輸入與門將其與QC連接送到正轉(zhuǎn)顯示燈上，當秒十位的輸出為0101（5）或者是0100（4）時X1=1該燈亮，顯示洗衣機處于正轉(zhuǎn)狀態(tài)

33、，同理我們讓停狀態(tài)顯示燈X2=QC’(QB⊙QA)，即用一個兩輸入的同或門將QA和QB連接，再有一個兩輸入的與門將其輸出與求反后的QC連接送到停滯狀態(tài)顯示燈上，當十位的輸出為0011（3）或者0000（0）時X2=1，此時顯示洗衣機處于停滯狀態(tài)，同樣我們也可以控制反轉(zhuǎn)狀態(tài)，這樣，一個周期也就是六十秒完成后秒十位再向高位借數(shù)繼續(xù)循環(huán)以上過程，仿真結(jié)果如下圖所示如下圖所示；</p><p>　　圖4.7 循環(huán)顯示電

34、路</p><p><b>　　4.5 總電路圖</b></p><p>　　圖4.8 總電路圖</p><p><b>　　5.電路仿真結(jié)果</b></p><p>　　5.1 秒脈沖發(fā)生器</p><p>　　圖5.1 秒脈沖發(fā)生器輸出波形</p><

35、;p>　　5.2 顯示電路仿真結(jié)果</p><p>　　如圖5.2所示，在每分鐘的59秒到40秒內(nèi)是洗衣機的正轉(zhuǎn)時間，綠色的LED燈亮表示正轉(zhuǎn)。</p><p>　　圖5.2 正轉(zhuǎn)效果圖</p><p>　　如圖5.3所示，在每分鐘的29秒到10秒內(nèi)是洗衣機的反轉(zhuǎn)時間，藍色的LED燈亮表示反轉(zhuǎn)。</p><p>　　圖5.3 反轉(zhuǎn)效果圖

36、</p><p>　　如圖5.4所示，在每分鐘的39秒到30秒和9秒到0秒內(nèi)是洗衣機的暫停時間，紅色的LED燈亮表示暫停。</p><p>　　圖5.4 暫停效果圖</p><p>　　如圖5.5所示，倒計時時間結(jié)束，電路不再倒計時，顯示管都顯示0。</p><p>　　圖5.5 倒時結(jié)束效果圖</p><p>&

37、lt;b>　　6心得體會</b></p><p>　　本次課程設計的題目是洗衣機自動控制電路設計與實現(xiàn)，不僅熟悉了計數(shù)器、觸發(fā)器等數(shù)字芯片的使用方法和使用場合，同時加深了對數(shù)電課上所學到的理論知識的理解，這是本次課設的主要收獲。</p><p>　　本次課程設計的關(guān)鍵在于設計思路，尤其是如何產(chǎn)生正轉(zhuǎn)反轉(zhuǎn)暫停之間的循環(huán)。只好上網(wǎng)找資料，從中我得到啟發(fā)，找到了設計的基本思路，

38、但是我覺得他們的電路雖然能達到要求但都比較麻煩，而且網(wǎng)上別人設計的電路有不少錯誤的地方。所以我就自己設計。，很快就通過了仿真，但是控制電路比較難，我設計了好幾種方案都達不到要求，基本都實現(xiàn)不了循環(huán)，但是我沒有放棄，借鑒模電中的反饋，我想是否可以利用觸發(fā)器來實現(xiàn)，通過分析時序邏輯，終于在凌晨1點半的時候通過了仿真，完成了原理圖的設計。</p><p>　　其實，不僅是課程設計，解決任何實際問題的關(guān)鍵都是思路，俗話說

39、萬事開頭難，說的就是這個意思。沒有思路，就沒有辦法找到解決方案，也就解決不了問題。我覺得尋找思路的最簡單的辦法就是看別人是怎么做的，但是這樣永遠不可能走在別人的前面。因此，我們應該多觀察、多總結(jié)、多思考，這張才能培養(yǎng)自己解決問題的能力和創(chuàng)新精神。</p><p>　　仿真時可以在工作界面添加各種測量工具，例如：邏輯分析儀，示波器等，因此它很適合做數(shù)字電路的仿真。而且測量數(shù)據(jù)可以直接在工作界面顯示，十分直觀、方便，

40、正是它強大的功能使得電路設計起來很方便，這就為我以后的設計打下了基礎。</p><p>　　總體說來，通過這次課程設計首先使自己在數(shù)字電路實踐上獲得了很多的經(jīng)驗，無論是理論設計還是焊接調(diào)試。解決實際問題的第一步是分析問題得到思路，在開始理論設計時就要能夠大致找到問題的核心或者重點，我一開始就覺得本次設計的關(guān)鍵和難點在于控制電路的設計果不其然，通過這次課設，我切實的體會到了仿真和實際有很大的差別，仿真通過了，但是實

41、物不一定就能達到要求，仿真只是為設計提供一個參考，設計必須以實物為準。而且通過這次課程設計明白了學習是一個長期積累的過程，在以后的工作和生活中要不斷的學習和提高。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]謝自美.電子線路 設計實驗測試（第三版） 武漢：華中科技大學出版社，2006</p><p>　　[2]《中國

42、集成電路大全》編委會.中國集成電路大全：TTL集成電路.北京：國防工業(yè)出版社，1985；kk</p><p>　　[3]王志功.集成電路設計基礎.北京:電子工業(yè)出版社，2005</p><p>　　[4]伍時和.數(shù)字電子技術(shù)基礎.北京:清華大學出版社，2008</p><p>　　[5]Adel S and keneth C.Smith.microletronic

43、Circuit.4th Ed. New York:Oxford University Press,1988</p><p><b>　　附錄</b></p><p><b>　　元件清單</b></p><p><b>　　附件6：</b></p><p>　　本科生課程設計成