洗衣機(jī)自動(dòng)控制電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1、武漢理工大學(xué)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書學(xué)生姓名：杜炳謙專業(yè)班級(jí)：通信 1006指導(dǎo)教師：付琴工作單位：信息工程學(xué)院題目:洗衣機(jī)自動(dòng)控制電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)初始條件：通過學(xué)到的知識(shí)，利用定時(shí)器、數(shù)碼管、LED等數(shù)字電路器實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)。要求完成的主要任務(wù) :1. 電路原理說明以及原理圖的設(shè)計(jì)2. 設(shè)計(jì)電路的仿真，并給出仿真結(jié)果及分析3. 設(shè)計(jì)報(bào)告的撰寫時(shí)間安排：序號(hào)階段內(nèi)容所需時(shí)間1選題，原理方案設(shè)計(jì)1 天2電路原理圖、電路的仿真2 天3撰寫報(bào)告1 天4答辯1 天合計(jì)5 天指導(dǎo)教師簽名：2012年6月7 日系主任（或責(zé)任教師）簽名：2012年6月7 日目錄目錄I摘要IAbstractII1.

2、引言12.設(shè)計(jì)要求和實(shí)現(xiàn)的功能23.設(shè)計(jì)原理與方案33.1 方案選擇44.單元電路的設(shè)計(jì)54.1 秒脈沖發(fā)生器54.2 分秒計(jì)數(shù)器64.3控制電路部分104.4 循環(huán)電路114.5 總電路圖135.電路仿真結(jié)果145.1 秒脈沖發(fā)生器145.2 顯示電路仿真結(jié)果156 心得體會(huì)19參考文獻(xiàn)19附錄21武漢理工大學(xué)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)摘要本次課程設(shè)計(jì)我利用定時(shí)器、數(shù)碼管、LED 等數(shù)字電路器件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)洗衣機(jī)功能。設(shè)計(jì)時(shí)考慮了很多種情況，根據(jù)實(shí)際操作性和我的個(gè)人的能力選擇了一種。這個(gè)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， NE5

3、55 定時(shí)器等完成了洗衣機(jī)的功能實(shí)現(xiàn)。當(dāng)定時(shí)時(shí)間達(dá)到終點(diǎn)時(shí)，一方面使電機(jī)停機(jī)，同時(shí)發(fā)出信號(hào)（本次試驗(yàn)用的是發(fā)光二級(jí)管） 。用兩位數(shù)碼管顯示洗滌的預(yù)置時(shí)間（以分鐘為單位），按倒計(jì)時(shí)方式對(duì)洗滌過程作計(jì)時(shí)顯示，直到時(shí)間到而停機(jī)。 三只 LED 燈表示“正轉(zhuǎn)”、“反轉(zhuǎn)”和“暫?！?3 個(gè)狀態(tài)。關(guān)鍵詞：洗衣機(jī)；定時(shí)器；發(fā)光二級(jí)管；74ls192;I武漢理工大學(xué)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)AbstractThe curriculum design I use the timer, digital tube, LED digital circuit devices designed to achieve the

4、 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 74 series chips such as the 74LS192 and 74LS138 and the resistance and capacitance, NE555 timer, etc

5、. to complete the function of the washing machine. Reach the end of regular time, on the one hand, the motor is stopped, the signal (in this experiment with the light emitting diode). Two digital display washing preset time (in minutes), the washing process according to the countdown time display, u

6、ntil the time to stop. The three LED indicates the "forward" and "reverse" and "pause" three states.Key words: washing machine; timer; two light-emitting tubes;74ls192;II武漢理工大學(xué)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)1.引言洗衣機(jī)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(jī)由于洗滌方便受到廣大用戶的喜愛。隨著時(shí)代的發(fā)展洗衣機(jī)也在不停革新、發(fā)展。本次課程設(shè)計(jì)我利用

7、定時(shí)器、數(shù)碼管、LED 等數(shù)字電路器件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)洗衣機(jī)功能。設(shè)計(jì)時(shí)考慮了很多種情況，根據(jù)實(shí)際操作性和我的個(gè)人的能力選擇了一種。這個(gè)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(shí)器等完成了洗衣機(jī)的功能實(shí)現(xiàn)。1武漢理工大學(xué)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)2.設(shè)計(jì)要求和實(shí)現(xiàn)的功能當(dāng)洗衣機(jī)控制開關(guān)打開后，電動(dòng)機(jī)先正轉(zhuǎn)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(gè)周期，便于設(shè)計(jì)與控制，如果定時(shí)器未到則開始循環(huán)，若定時(shí)器到，則停機(jī)。（ 1）當(dāng)定時(shí)時(shí)間達(dá)到終點(diǎn)時(shí)，一方面使電機(jī)停機(jī)，同時(shí)發(fā)出信號(hào)（本次試

8、驗(yàn)用的是發(fā)光二級(jí)管）。（ 2）用兩位數(shù)碼管顯示洗滌的預(yù)置時(shí)間（以分鐘為單位） ，按倒計(jì)時(shí)方式對(duì)洗滌過程作計(jì)時(shí)顯示，直到時(shí)間到而停機(jī)。（ 3）三只 LED 燈表示“正轉(zhuǎn)”、“反轉(zhuǎn)”和“暫?！?3 個(gè)狀態(tài)。2武漢理工大學(xué)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)3.設(shè)計(jì)原理與方案方案一，框圖如下：秒脈沖報(bào)警控發(fā)生器總控制制100 進(jìn)制60 進(jìn)制循環(huán)控分 減 計(jì)秒 減 計(jì)制數(shù)器數(shù)器洗滌時(shí)電機(jī)運(yùn)間顯示轉(zhuǎn)顯示圖 3.1 方案一框圖方案二，框圖如下：六十進(jìn)制秒計(jì)數(shù)器剩余總控時(shí)制電間路一百進(jìn)制顯示分計(jì)數(shù)器LED 燈雙向開關(guān)預(yù)置數(shù)運(yùn)行狀態(tài)顯示燈圖 3.2方案二框圖3武漢理工大學(xué)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)3.1 方案選擇驅(qū)動(dòng)能力不

9、足，三極管的概念，一是總洗滌過程的定時(shí)，而是在總洗滌過程中又包含電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和暫停三種定時(shí)，并且這三種定時(shí)是反復(fù)循環(huán)直至所設(shè)定的總定時(shí)時(shí)間到位置。當(dāng)總定時(shí)時(shí)間在 020min 以內(nèi)設(shè)定一個(gè)輸之后 T 為高電平 1，然后用倒計(jì)時(shí)的方法每分鐘減 1 直至 T 變?yōu)?0.在此期間，若 Z1=Z2=1 ，實(shí)現(xiàn)正轉(zhuǎn)；若 Z1=Z2=0 ，實(shí)現(xiàn)暫停；若 Z1=1,Z2=0,實(shí)現(xiàn)反轉(zhuǎn)。實(shí)現(xiàn)定時(shí)的方法很多，比如采用單穩(wěn)電路實(shí)現(xiàn)定時(shí)，又如將定時(shí)初值預(yù)置到計(jì)數(shù)器中，使計(jì)數(shù)器運(yùn)行在減計(jì)數(shù)狀態(tài)，當(dāng)減到全零時(shí)，則定時(shí)時(shí)間到。如圖所示的電路原理框圖就是采用這種方法實(shí)現(xiàn)的。由秒脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)經(jīng)60 分頻后，得

10、到分脈沖信號(hào)。洗滌定時(shí)的時(shí)間的初值先通過撥盤或數(shù)碼開關(guān)設(shè)置到洗滌時(shí)間計(jì)數(shù)器中，每當(dāng)分脈沖到來計(jì)數(shù)器減1，直至減到定時(shí)時(shí)間到為止。運(yùn)行中間，剩余時(shí)間經(jīng)譯碼后在數(shù)碼管上進(jìn)行顯示。經(jīng)比較后，采用第二種方案。4武漢理工大學(xué)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)4.單元電路的設(shè)計(jì)4.1 秒脈沖發(fā)生器由 555 定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器的電路圖如圖4 所示，由于 555 定時(shí)器內(nèi)部的比較器靈敏度高，輸出驅(qū)動(dòng)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(shí)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(shí)際C2 應(yīng)該為 0.2uf 左右。555 定

11、時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器如圖4.1.1 所示圖 4.1 秒脈沖發(fā)生器三五定時(shí)器引腳圖和內(nèi)部原理圖如圖4.2 所示。5武漢理工大學(xué)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)圖 4.2555 內(nèi)部原理圖和引腳圖4.2 分秒計(jì)數(shù)器六十進(jìn)制秒計(jì)數(shù)器和十進(jìn)制分計(jì)數(shù)器模塊選用具有雙時(shí)鐘輸入功能的可逆計(jì)數(shù)器74LS192來實(shí)現(xiàn)，需要的是它的減數(shù)功能。1. 將它的加計(jì)數(shù)端 UP接到高電平或者 +5 伏電源上， CLK接地端 ;2. 對(duì)于秒個(gè)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。3.DOWN接一秒脈沖源，而它的借位輸出端 BO接到秒十位的信號(hào)輸入端 DOWN，當(dāng)秒個(gè)位的數(shù)清零時(shí)， BO發(fā)送一個(gè)借位信號(hào)

12、到十位，使得十位減一 , 而秒個(gè)位繼續(xù)從 9 減到 1。4. 對(duì)于秒十位，我們同樣將它的借位輸出端 BO接到下一個(gè)高位的信號(hào)輸入端 DOWN。5. 由于秒個(gè)位要不斷向它借位，等到秒位全部為零時(shí)它的秒十位借位輸出端BO 就會(huì)向高位的分位的信號(hào)輸入端DOWN發(fā)送一個(gè)低電平借位信號(hào)。為了實(shí)現(xiàn)六十進(jìn)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(gè)位上的四個(gè)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(dāng)它要向高位借位時(shí)借位輸出端BO 發(fā)出的低電平信號(hào)會(huì)使得LD 有效，此時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)就將其置為0110 即就是 6，這就實(shí)現(xiàn)了六十進(jìn)制秒計(jì)數(shù)器。對(duì)于十進(jìn)制分計(jì)數(shù)器，同理，

13、我們將它 UP接到高電平或者 +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(gè)位借位輸出端 BO接到十位的信號(hào)輸入端DOWN，當(dāng)個(gè)位的數(shù)減為零時(shí)， BO 發(fā)送一個(gè)借位低電平信號(hào)到十位，使得十位減一 , 而秒個(gè)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。當(dāng)然要顯示剩余時(shí)間，就需要在每一個(gè)減數(shù)器上連接一個(gè)顯示管，即將計(jì)數(shù)器的四個(gè)輸出端 QA,QB,QC,QD依次連接到顯示管的四個(gè)輸入端1,2,3,4 。6武漢理工大學(xué)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)圖 4.3 時(shí)間顯示電路74LS192的引腳圖如下圖7武漢理工大學(xué)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)圖 4.4

14、74LS192 管腳其中 BO為借位輸出端， CO為進(jìn)位輸出端UP為加計(jì)數(shù)端， DOWN為減計(jì)數(shù)端， LOAD為異步置數(shù)端， CLR為異步清零端。表 4.1 74LS192 的邏輯功能表輸入輸出CRLD UPDOWNDCBAQDQCQBQA1*000000*abcdabcd011*加計(jì)數(shù)功能011*減計(jì)數(shù)功能當(dāng) CLR為高電平時(shí)（高電平有效），計(jì)數(shù)器直接清零，當(dāng)CLR為低電平， LOAD也為低電平（低電平有效）時(shí)，數(shù)據(jù)直接從置數(shù)端A,B,C,D 植入計(jì)數(shù)器， CLR 為低電平， LOAD為高電平時(shí)，執(zhí)行計(jì)數(shù)功能，執(zhí)行加數(shù)功能時(shí)，減計(jì)數(shù)端DOWN8武漢理工大學(xué)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)接高低電平，

15、計(jì)數(shù)脈沖由UP端輸入；執(zhí)行減數(shù)功能時(shí)，加數(shù)端UP接高電平，計(jì)數(shù)脈沖由減數(shù)端 DOWN。LED數(shù)碼顯示管的引腳如圖1-5圖 4.5 LED 數(shù)碼顯示管其中 4,3,2,1端為其數(shù)據(jù)輸入端，其它各端口顯示器默認(rèn)有效。9武漢理工大學(xué)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)4.3控制電路部分分位的 A,B,C,D 接一個(gè)置數(shù)開關(guān)，往上撥開關(guān)表示置1，往下?lián)鼙硎局?。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(shí)下開關(guān)電位為0，這時(shí)候就可以通過置數(shù)開關(guān)J2 實(shí)現(xiàn)置數(shù)。分位的 QA,QB,QC,QD接一個(gè)四輸入的或門，或門輸出接到JK 觸發(fā)器的輸入端，觸

16、發(fā)器上升沿觸發(fā)，當(dāng)分位不為0 時(shí)，觸發(fā)器輸入為高電平，當(dāng)分位為0 時(shí)，觸發(fā)器輸入端為低電平，但此時(shí)觸發(fā)器從高電平到低電平不觸發(fā)。當(dāng)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(shí)現(xiàn)觸發(fā)。Qn+1=JQn+ K QnJ=K=1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(shí)現(xiàn)清零，分秒位顯示都為零電路停止工作。秒脈沖由 555 定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器發(fā)出，振蕩周期T=0.7（R1+2R2） C其電路及參數(shù)如圖2 所示是為了加快時(shí)間便于觀察, 實(shí)際參數(shù)可自行設(shè)置，例如為了輸出 1HZ 的脈沖信號(hào)，可以

17、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(gè)開關(guān) J3 實(shí)現(xiàn)暫停的功能，從 J3 再接到秒個(gè)位的 DOWN，讓其減法計(jì)數(shù)，實(shí)現(xiàn)倒計(jì)時(shí)功能?？刂齐娐啡缦聢D所示。圖 4.6控制電路10武漢理工大學(xué)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)表 4.2 主從 JK 觸發(fā)器功能表JKQn+100Qn01010111Q n4.4 循環(huán)電路因?yàn)檎D(zhuǎn)，停，反轉(zhuǎn)，停剛好一個(gè)周期是60s，且每種狀態(tài)的運(yùn)行時(shí)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)的變化來控制洗衣機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的顯示。，在一個(gè)周期內(nèi) 59s40s 之間洗衣機(jī)處于正轉(zhuǎn)狀態(tài)，39s30s 之間洗衣機(jī)處于停止?fàn)顟B(tài)，29s10s

18、 之間洗衣 機(jī)處 于反轉(zhuǎn) 狀態(tài)， 9s0s 之間 又是 停止時(shí) 間， 所以我 們 讓正轉(zhuǎn) 狀態(tài) 顯示燈X1=QCQBQA+QCQBQA經(jīng)化簡(jiǎn)得 X1=QCQB，即就是我們把 QB端求反后再用一個(gè)兩輸入與門將其與 QC連接送到正轉(zhuǎn)顯示燈上，當(dāng)秒十位的輸出為0101（5）或者是 0100（4）時(shí)X1=1 該燈亮，顯示洗衣機(jī)處于正轉(zhuǎn)狀態(tài)，同理我們讓停狀態(tài)顯示燈X2=QC (QBQA)，即用一個(gè)兩輸入的同或門將QA和 QB連接，再有一個(gè)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(dāng)十位的輸出為0011（ 3）或者 0000（ 0）時(shí) X2=1，此時(shí)顯示洗衣機(jī)處于停滯狀態(tài)，同樣我們也可以

19、控制反轉(zhuǎn)狀態(tài)，這樣，一個(gè)周期也就是六十秒完11武漢理工大學(xué)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)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；圖 4.7循環(huán)顯示電路12武漢理工大學(xué)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)4.5 總電路圖圖 4.8總電路圖13武漢理工大學(xué)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)5.電路仿真結(jié)果5.1 秒脈沖發(fā)生器圖 5.1 秒脈沖發(fā)生器輸出波形14武漢理工大學(xué)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)5.2 顯示電路仿真結(jié)果如圖 5.2 所示，在每分鐘的 59 秒到 40 秒內(nèi)是洗衣機(jī)的正轉(zhuǎn)時(shí)間，綠色的 LED燈亮表示正轉(zhuǎn)。圖 5.2 正轉(zhuǎn)效果圖如圖 5.3 所示，在每分鐘的29 秒到 10 秒內(nèi)是洗

20、衣機(jī)的反轉(zhuǎn)時(shí)間，藍(lán)色的LED燈亮表15武漢理工大學(xué)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)示反轉(zhuǎn)。圖 5.3 反轉(zhuǎn)效果圖如圖 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(jī)的暫停時(shí)間，紅色的 LED燈亮表示暫停。16武漢理工大學(xué)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)圖 5.4暫停效果圖如圖 5.5 所示，倒計(jì)時(shí)時(shí)間結(jié)束，電路不再倒計(jì)時(shí)，顯示管都顯示0。17武漢理工大學(xué)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)圖 5.5倒時(shí)結(jié)束效果圖18武漢理工大學(xué)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計(jì)6 心得體會(huì)本次課程設(shè)計(jì)的題目是洗衣機(jī)自動(dòng)控制電路設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，不僅熟悉了計(jì)數(shù)器、觸發(fā)器等數(shù)字芯片的使用方法和使用場(chǎng)合，同時(shí)加深了對(duì)數(shù)電課上所學(xué)

21、到的理論知識(shí)的理解，這是本次課設(shè)的主要收獲。本次課程設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)的基本思路，但是我覺得他們的電路雖然能達(dá)到要求但都比較麻煩，而且網(wǎng)上別人設(shè)計(jì)的電路有不少錯(cuò)誤的地方。所以我就自己設(shè)計(jì)。 ，很快就通過了仿真，但是控制電路比較難，我設(shè)計(jì)了好幾種方案都達(dá)不到要求，基本都實(shí)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(shí)現(xiàn)，通過分析時(shí)序邏輯，終于在凌晨 1 點(diǎn)半的時(shí)候通過了仿真，完成了原理圖的設(shè)計(jì)。其實(shí)，不僅是課程設(shè)計(jì)，解決任何實(shí)際問題的關(guān)鍵都是思路，俗話說萬事開頭難，說的就是這個(gè)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(jiǎn)單的辦法就是看別人是怎么做的， 但是這樣永遠(yuǎn)不可能走在別人的前面。 因此，我們應(yīng)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。仿真時(shí)可以在工作界面添加各種測(cè)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(cè)量數(shù)據(jù)可以直接在工作界面顯示，十分直觀、方便，正是它強(qiáng)大的功能使得電路設(shè)計(jì)起來很方便，這就為我以后的設(shè)計(jì)打下了基礎(chǔ)?？傮w說來，通過這次課程設(shè)計(jì)首先使自己在數(shù)字電路實(shí)踐上獲得了很多的經(jīng)驗(yàn)，無論是理論設(shè)計(jì)還是焊