简易洗衣机控制电路.docx
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简易洗衣机控制电路
1设计思路
1.1设计总体思路
从课程设计要求来看，要求实现电机的正传、反转、暂停，实际上没又电机给我们接上，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环电路工作的信号?
直接从数值上进行提取信号来控制一个可以实现循环的74LS192来实现。
现在大体上就这样计划，下面说说基本原理。
1.2基本原理
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。
1.3系统设计框图
如下图所示
图2.2.1系统原理框图
3电路模块设计
3.1芯片74ls192的逻辑功能
图4.1.174LS192元件示意图
74LS192的功能表如下表4.1.1逻辑示意图所示
输入
输出
MR
PL
UP
DN
D3
D2
D1
D0
Q3
Q2
Q1
Q0
1
×
×
×
×
×
×
×
0
0
0
0
0
0
×
×
d
c
b
a
d
c
b
a
0
1
↑
1
×
×
×
×
加计数
0
1
1
↑
×
×
×
×
减计数
表-4.1.174LS192逻辑示意图
3.21Hz矩形脉冲产生电路
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。
如下图-4.2.11Hz矩形脉冲波产生电路。
图4.2.11Hz矩形脉冲波产生电路
555定时器构成的多谐振荡器所输出的矩形脉冲信号的频率计算式为
故选定元件参数，R1=63K，R2=40K，C1=10uF，C2=0.01uF。
其中电容C2的作用是抗干扰用的，以提高电路的稳定性。
3.3递减计数器与时间显示
（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,DN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），秒十位的PL端和借位端TCD联在一起，再把秒位的TCD端和十秒位的DN联在一起。
当秒脉冲从秒位的DN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TCD会发出一个低电平到秒十位的输入端DN，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TCD发出一个低电平信号，DN为零时，置数端PL等于零，秒十位完成并行置数，下一个DN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TCD端接到分计数的DN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MR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MR是接在一起的；秒的清零端PL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0－9的数字输入。
（2）分、秒计数器的电路图
其电路图如下所示：
图4.3.1时间显示电路
3.4洗涤时间设置电路
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0－9的数字输入。
因此设计出洗涤时间设置电路如下图4.4.1洗涤时间设置电路，每次按动开关都将使洗涤时间的对应位（十位或者个位）增加1，最大增加至9，又由于所设置洗涤时间为60分内，故当我们对洗涤时间进行设置时，十位所置数小于6。
图4.4.1洗涤时间设置电路
3.5工作状态显示电路
第一步：
分析洗衣机的工作状态，对于洗衣机电机的工作顺序有“启动——>正转20s——>暂停10s——>反转20s——>暂停10s——>停止...”，我们可以将三种工作状态假设为正转，暂停，反转依次设为01,00,10。
从而设计出合适电路如下图-4.5.1工作状态显示电路：
图4.5.1工作状态显示电路
第二步：
分析实验设计中要求用4个LED模拟洗衣机的动作状态:
LED1～LED4右移循环点亮表示正转，LED1～LED4左移循环点亮表示反转，LED1～LED4同时闪烁点亮表示暂停，全灭为停止，显然可以利用移位寄存器来设计，但是由于本次设计未能成功利用移位寄存器仿真而转换了思路，选择了利用正转、暂停、反转的三种不同状态分别为01、00、10，以1表示工作以0表示暂停从而分次序的完成设计。
首先，考虑到LED的连续循环点亮，可以想到控制LED一端电平的连续循环变化达到要求，又由于有4个LED,我们采用4进制计数器即可产生循环变化的4个数，这样我们可以利用译码器从而在4个输出端得到依次变化的低电平，如此，我们可以将LED另一端接高电平，从而实现循环点亮。
其次，考虑到存在正转和反转两种不同状态，我们需要改变译码器输入端的数字变化次序，如此分析四个数字变化规律，以及利用正反转表示状态的不同来设计出合适门电路。
在此次设计中，我们采用74ls192构成一个4进制减数计数器，同时利用正反停指示器1在正转时电平为0，反转时电平为1来构成合适门电路。
简略列出真值表如下表4.5.1正反转指示电路逻辑表：
正反停指示器1
计数器输出
译码器输入端
0（正转）
11
11
0（正转）
10
10
0（正转）
01
01
0（正转）
00
00
1（反转）
11
00
1（反转）
10
01
1（反转）
01
10
1（反转）
00
11
表-4.5.1正反转指示电路逻辑表
于是我们可以发现我们可以利用异或门电路来完成这一构想，从而实现出正转与反转两种状态下LED不同的循环状态。
最后，剩下的就是暂停状态的显示了。
先区分出暂停与工作状态的不同，利用上面设置的工作状态表示，我们可容易得到工作以1表示，暂停以0表示。
如此可利用这两种电平控制译码器的工作，容易得到工作时状态如上步分析，暂停时灯全部熄灭。
为使其能闪烁，我们可以考虑利用脉冲信号，工作状态的表示与门电路来设计。
综合上述分析，我们可以设计出LED控制电路如下图-4.5.2控制电路
：
图4.5.2LED控制电路
3.6控制开关
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。
但是，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LCD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，然后把它上输出端接到秒计数器的DOWN端以控制计数。
先歇息一下。
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。
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TCD端发出的0信号就可以经过以上路径而变成1到达与门，同时JK触发器得到一个触发信号而输出到单稳态，但一段时间后其自动停止。
同时发出的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。
到此，一个电路总算还可以了吧，我们有时还需要让它休息一下，我们改变一下洗衣量时，就还需要一个暂停键，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。
LED模拟洗衣机工作状态的同时，也作为洗衣机的报警系统，全灭为报警。
5电路图
综合上面的原理，设计思路，以及每部分电路的设计，得到电路图如下图-5.1：
图5.1电路总图
6元件清单
元件序号
元件型号
主要参数
数量
C1
Cap
0.01uF
1
C2
Cap
10uF
1
U1-U4,U10
74LS192
5
U5-U8
74LS48
4
U9,U11
74LS137
2
U12
74LS112
1
U13
555
1
U14A,U14B,U18A,U18B,U20
74LS00
5
U15A,U15B
74LS32
2
U16A,U16B
74LS86
2
U17A,U17B,U17C,U17D,U20A
74LS0
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