简易洗衣机控制器的设计.docx
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简易洗衣机控制器的设计
课程设计
简易洗衣机控制器的设计
班级/学号
学生姓名
指导教师
课程设计任务书
课程名称模拟与数字电子技术课程设计
院（系）专业
班级学号姓名
课程设计题目简易洗衣机控制器的设计
课程设计时间:
年月日至年月日
课程设计的内容及要求：
一、设计说明
设计一个电子定时器，用以控制洗衣机电机的运转。
洗衣机电机的工作顺序：
启动——>正转30s——>暂行10s——>反转30s——>暂行10s——>停止
二、技术指标
1．用数码管显示洗涤时间，按倒计时方式对洗涤过程作计时显示，直到时间到停机，并发出音响信号报警；
2．洗涤时间在0-60分钟内可由用户任意设定，并设置启动键，在预置定时时间后，按启动键开始机器运转；
3．设置停止键，在洗涤过程中随时按该键可终止动作，并使显示器清0。
4．设计本电路所用的直流电源。
三、设计要求
1．在选择器件时，应考虑成本。
2．根据技术指标，通过分析计算确定电路和元器件参数。
3．画出电路原理图（元器件标准化，电路图规范化）。
四、实验要求
1．根据技术指标制定实验方案；验证所设计的电路。
2．进行实验数据处理和分析。
五、推荐参考资料
1．阎石著.数字电子技术基础[M].北京：
高等教育出版社，2005年
2．童诗白、华成英著.模拟电子技术基础[M].北京：
高等教育出版社，2006年
3．赵淑范、王宪伟著.电子技术实验与课程设计[M].北京：
清华大学出版社，2006年
4．孙肖子、邓建国著.电子设计指南[M].北京：
高等教育出版社，2006年
六、按照要求撰写课程设计报告
指导教师年月日
负责教师年月日
学生签字年月日
成绩评定表
评语、建议或需要说明的问题：
指导教师签字：
日期：
成绩
一、概述
课设要求设计一个电子定时器，用以控制洗衣机电机的运转。
洗衣机电机的工作顺序：
启动——>正转30s——>暂行10s——>反转30s——>暂行10s——>停止。
二、方案设计
根据前面课程要求，设计一个洗衣机控制电路，实现电机的正转、反转、暂停。
显示时间前30秒正转、暂停10秒、反转30秒、再暂停10秒，这样可以使用秒位的计时来控制电机的运转。
因为电路中包含分钟计时器和秒钟计时器，所以使用计数器构成60进制；此外，当洗涤结束时，需要进行报警，当使用者按下停止键时停止报警。
具体设计方案如图1所示。
图1洗衣机控制电路的原理框图
定时按钮，启动/停止按钮、暂停/继续按钮分别使用微动开关来实现定时、启动、停止、暂停、继续功能。
时钟信号发生器采用555芯片，产生时间周期为1秒的周期脉冲。
本设计方案可以使用JK触发器一直报警，按下停止按钮后结束报警。
亦可使用单稳态电路，通过555芯片实现短时间报警，这里选择JK触发器报警。
循环显示电路由移位寄存器来实现洗衣机运转状态的显示。
60进制倒计时器由两片74Ls192芯片构成，个位芯片的借位端与十位芯片的减计数端相连接，十位芯片的借位端与自己的~LOAD相连接，而且十位芯片的输入端A、B、C、D分别接低电平、高电平、高电平、低电平，即二进制的0110，这样就构成了60进制倒计时器，个位芯片的减计数端是时钟信号的输入端。
三、电路设计
1.60进制倒计时电路：
图2倒计时电路图
倒计时电路由四片74Ls192构成，分别为：
U1、U2、U3、U4。
图2中U1、U2构成六十进制分倒计时电路，U3、U4两片构成六十进制秒倒计时电路。
两个JK触发器U11A、U11B分别实现电路的启动/停止、暂停/继续功能。
倒计时电路的计时速度由输入的时钟信号决定，因为输入给U4的时钟信号的周期为1S，所以U4每变化一个数都是1S。
微动开关J1为定时按钮，可以实现0-60分钟的时间设定，每按一下，触发信号输入到U2，分位会加1。
J2为启动/停止按钮，第一次触发JK触发器U11A输出端~1Q由0变为1，当与门U13A一端输入1时，另一端不论输入为何值，都不会对输出有影响，因此时钟信号可以通过，为启动；第二次触发时，U11A的~1Q端变为0，当与门一端输入0时，另一端不论输入为何值时，都输出0，所以与门U13A输出0，为停止，同时U11A的1Q端输出1对秒计时U3、U4进行清零，分计时清零是由U14的74Ls192来发出对U1、U2清零信号的。
J3为暂停按钮，J3第一次触发JK触发器U11B，2Q端输出由1变为0，通过与门U13B，与时钟信号并联，与门一端输入0时，另一端不论输入为何值，都输出0，因此时钟信号无法通过，电路状态为暂停；第二次触发U11B，2Q端由0变为1，与门U13B导通，为继续。
注：
图2中555芯片是用来消除开始运行时十秒位U3乱码而加入的。
2.时钟信号发生电路：
时钟信号输出
图3时钟信号发生器的电路图
此电路是用来产生时钟信号的，时钟信号发生器的振荡周期为：
T=0.7（R3+2R4）C3（1-1）
当T=1S时，选择R3=10kΩ,R4=70kΩ,C3=10uF，得
T=1.05S
3.JK触发器报警电路:
触发信号
图4报警电路图
当电路运行时JK触发器~1Q端输出0，倒计时时间到0，触发信号输入到JK触发器，输出端~1Q输出1，蜂鸣器报警；听到报警后按下图2中J1“启动/停止”按钮，U12A输出端~1Q恢复到0状态，停止报警。
4.直流5V稳压电源：
+
_
图55V直流电源电路图
交流220V电源经过变压器T1输出6V交流电源，然后经过整流桥输出直流电源，最后由集成三端集成稳压器LM7805输出稳定的5V直流电源。
5.洗衣机工作状态显示电路：
U4的~BO
时钟信号输入端
图6循环显示的电路图
U20的UP端与74Ls192芯片U4的借位端~BO相连，即：
U4每十秒会输出一个借位信号。
这个借位信号输入到U20的UP端后，U20会从0开始计时，每输入一个借位信号，U20会加1，由课设任务书知道每80秒循环一次，因此U20从0到7八个数不断循环。
当输出0时移位寄存器U22的S0为1，S1为1，此时四个二极管一同闪烁表示暂停状态；当输出1、2、3时S0为1，S1为0，此时四个二极管依次从左向右递进式发光，表示洗衣机正转；当输出4时S0为1，S1为1，此时四个二极管一同闪烁表示暂停状态；当输出5、6、7时S0为0，S1为1，此时四个二极管依次从右向左递进式发光，表示洗衣机反转。
当U20输出7后UP端又收到U4的借位信号~BO后，U20的QD输出1进入到CLR端，对计数器清零，实现一个完整的循环。
四、性能的测试
1.时钟信号电路测试：
表1时钟信号发生电路测试数据
R3值（kΩ）
R4值（kΩ）
C3值（μF）
周期T（s）
10
70
10
1.05
图7脉冲发生器的脉冲周期波形图
图7中X=200ms/Div，Y=5V/Div。
X表示横向每格所代表的的时间为200ms，Y表示纵向每个格所代表的电压为5V。
2.JK触发器报警电路测试：
表2JK触发报警电路测试数据
触发信号
U12A的~1Q端输出
蜂鸣器
计时到0
1
报警
停止按钮按下
0
停止
3.直流5V稳压电源测试：
表3直流5V稳压电源测试数据
输入电压
集成稳压器型号
输出电压
220V
LM7805
5.014V
图8直流稳压电源的输出波形图
图8是设计的直流稳压电压源输出波形的示意图，可以直观地显示所设计的电源的输出波形。
4.洗衣机工作状态显示电路测试：
表4循环显示电路测试数据
U20输出
二进制
S0
S1
状态
0
0000
1
1
暂停
1
0001
1
0
正转
2
0010
1
0
正转
3
0011
1
0
正转
4
0100
1
1
暂停
5
0101
0
1
反转
6
0110
0
1
反转
7
0111
0
1
反转
五、结论
本设计方案达到了课程设计书的要求及技术指标，可以设定运转时间，实现“启动——>正转30s——>暂行10s——>反转30s——>暂行10s——>停止”的运转过程，以及倒计时到0时报警。
同时本电路也可以显示当前洗衣机工作状态，使电路运行更加直观明了。
六、性价比
本电路所使用的芯片都是比较常见的，而且价格也是比较便宜的。
最终很好地用这些芯片实现了课设所要求的技术指标，同时可以显示洗衣机的运转。
可以说，此设计方案的性价比很高。
七、课设体会及合理化建议
通过本次课设,加深了我对电子的兴趣，熟练地掌握了几种芯片的使用，激发了我的兴趣，去尝试设计其他不同功能的电路。
短短的两周让我学到了很多，将课堂上的东西运用到实际生活中来，使学到的知识得到实践的机会，将知识掌握的更加牢固。
经历了许多课设，我还是感觉电子课设是最有意思的，当成功设计出想要的电路时，真的很兴奋!
我希望多加一些类似的，贴近生活的课程活动，这样不仅能锻炼我们的能力，也能提高我们对课程的兴趣。
参考文献
1．阎石著.数字电子技术基础[M].北京：
高等教育出版社，2005年
2．赵淑范、王宪伟著.电子技术实验与课程设计[M].北京：
清华大学出版社，2006年
3．李月乔.电子技术基础[M].北京：
中国电力出版社，2010年
L
K
J
I
附录II元器件清单
序号
编号
名称
型号
数量
1
U1U2U3U4U14U20
加减计数器
74Ls192
6
2
U22
移位寄存器
74Ls194
1
3
U11U12
双JK触发器
74Ls76
2
4
U18U15
555集成定时器
LM555
2
5
U13U23
2输入四与门
74Ls08
2
6
U9
六反相器
74Ls04
1
7
U16U21
2输入四或门
74Ls32
2
8
U10
2输入四与非门
74Ls00
1
9
U17
3输入三与非门
74Ls10
1
10
U33
2输入四或非门
74Ls02
1
11
U5U6U7U8
数码管
DCD-HEX
4
12
X1X2X3X4
发光二极管
LED-GREEN
4
13
U19
蜂鸣器
YHE12-05
1
14
D1
整流桥
3N246
1
15
U30
集成稳压器
LM7805
1
16
T1
交流变压器
6V
1
17
R1
电阻
3kΩ
1
18
R2
电阻
100kΩ
1
19
R3
电阻
10kΩ
1
20
R4
电阻
70Ω
1
21
C1
电容
1uF
1
22
C2
电容
100nF
1
23
C3
电容
10uF
1
24
C5
电容
470uF
1
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