洗衣机自动控制电路设计与实现.docx

1、洗衣机自动控制电路设计与实现武汉理工大学数字电子技术基础课程设计课程设计任务书学生姓名： 杜炳谦 专业班级： 通信 1006指导教师： 付 琴 工作单位： 信息工程学院题 目: 洗衣机自动控制电路设计与实现初始条件：通过学到的知识，利用定时器、数码管、 LED等数字电路器实现系统设计。要求完成的主要任务 :1.电路原理说明以及原理图的设计2.设计电路的仿真，并给出仿真结果及分析3.设计报告的撰写时间安排：序号阶段内容所需时间1选题，原理方案设计1 天2电路原理图、电路的仿真2 天3撰写报告1 天4答辩1 天合计5 天指导教师签名： 2012 年6月7 日系主任（或责任教师）签名： 2012 年

2、6月7 日目录 I摘 要 IAbstract II1.引言 12.设计要求和实现的功能 23.设计原理与方案 33.1 方案选择 44.单元电路的设计 54.1 秒脉冲发生器 54.2 分秒计数器 64.3 控制电路部分 104.4 循环电路 114.5 总电路图 135.电路仿真结果 145.1 秒脉冲发生器 145.2 显示电路仿真结果 156 心得体会 19参考文献 19附录 21武汉理工大学数字电子技术基础课程设计摘 要本次课程设计我利用定时器、数码管、 LED 等数字电路器件设计实现洗衣机功能。设计时考虑了很多种情况，根据实际操作性和我的个人的能力选择了一种。这个方案总共使用了一些

3、LED ， 74 系列芯片如 74LS192 和 74LS138 以及电阻电容若干， NE555 定时器等完成了洗衣机的功能实现。当定时时间达到终点时，一方面使电机停机，同时发出信号（本次试验用的是发光二级管） 。用两位数码管显示洗涤的预置时间（以分钟为单位） ，按倒计时方式对洗涤过程作计时显示， 直到时间到而停机。 三只 LED 灯表示“正转”、“反转”和“暂停” 3 个状态。关键词：洗衣机；定时器；发光二级管； 74ls192;I武汉理工大学数字电子技术基础课程设计AbstractThe curriculum design I use the timer, digital tube, LE

4、D digital circuit devices designed 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 74 series chips such as the 74LS192 and 74LS138 and

5、 the resistance and capacitance, NE555 timer, etc. 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 p

6、rocess according to the countdown time display, until 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武汉理工大学数字电子技术基础课程设计1.引言洗衣机从发展以来普及很快，已经成为人们生活中很重要的一部分。洗衣机由于洗涤方便受到广大用户的喜爱。随着时代的发展洗衣机也在不停革新

7、、发展。本次课程设计我利用定时器、数码管、 LED 等数字电路器件设计实现洗衣机功能。设计时考虑了很多种情况，根据实际操作性和我的个人的能力选择了一种。这个方案总共使用了一些 LED ， 74 系列芯片如 74LS192 和 74LS138 以及电阻电容若干， NE555 定时器等完成了洗衣机的功能实现。1武汉理工大学数字电子技术基础课程设计2.设计要求和实现的功能当洗衣机控制开关打开后，电动机先正转 20 秒，然后暂停 10 秒，再反转 20 秒，再暂停 10 秒，刚好在一分钟内完成一个周期，便于设计与控制，如果定时器未到则开始循环，若定时器到，则停机。（ 1）当定时时间达到终点时，一方面使

8、电机停机，同时发出信号（本次试验用的是发光二级管）。（ 2）用两位数码管显示洗涤的预置时间（以分钟为单位） ，按倒计时方式对洗涤过程作计时显示，直到时间到而停机。（ 3）三只 LED 灯表示“正转”、“反转”和“暂停” 3 个状态。2武汉理工大学数字电子技术基础课程设计3.设计原理与方案方案一，框图如下：秒脉冲 报警控发生器 总控制 制100 进制60 进制循环控分 减 计秒 减 计制数器数器洗涤时 电机运间显示 转显示图 3.1 方案一框图方案二，框图如下：六十进制秒 计 数器剩余总控时制电间路一百进制显示分计数器LED 灯双向开关预置数运行状态显示灯图 3.2 方案二框图3武汉理工大学数字

9、电子技术基础课程设计3.1 方案选择驱动能力不足，三极管的概念，一是总洗涤过程的定时，而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环直至所设定的总定时时间到位置。当总定时时间在 020min 以内设定一个输之后 T 为高电平 1，然后用倒计时的方法每分钟减 1 直至 T 变为 0.在此期间，若 Z1=Z2=1 ，实现正转；若 Z1=Z2=0 ，实现暂停；若 Z1=1,Z2=0,实现反转。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。如图所示的电路原理框图就是采用这种方法实现的。

10、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。洗涤定时的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。经比较后，采用第二种方案。4武汉理工大学数字电子技术基础课程设计4.单元电路的设计4.1 秒脉冲发生器由 555 定时器构成的多谐振荡器的电路图如图 4 所示，由于 555 定时器内部的比较器灵敏度高，输出驱动电流大，功能灵活，而且采用差分电路形式，它的振荡频率受电源电压和温度的影响很小。 所以由 555 定时器构成的多谐振荡器的振荡频率稳定， 不易受干扰。因此采用此方案。在

11、电路中实际 C2 应该为 0.2uf 左右。555 定时器构成的多谐振荡器如图 4.1.1 所示图 4.1 秒脉冲发生器三五定时器引脚图和内部原理图如图 4.2 所示。5武汉理工大学数字电子技术基础课程设计图 4.2 555 内部原理图和引脚图4.2 分秒计数器六十进制秒计数器和十进制分计数器模块选用具有双时钟输入功能的可逆计数器 74LS192来实现，需要的是它的减数功能。1.将它的加计数端 UP接到高电平或者 +5 伏电源上， CLK接地端 ;2.对于秒个位我们不需要置数，所以将它的异步置数端LD（低电平有效）接到高电平上。3.DOWN接一秒脉冲源，而它的借位输出端 BO接到秒十位的信号输

12、入端 DOWN，当秒个位的数清零时， BO发送一个借位信号到十位，使得十位减一 , 而秒个位继续从 9 减到 1。4.对于秒十位，我们同样将它的借位输出端 BO接到下一个高位的信号输入端 DOWN。5. 由于秒个位要不断向它借位，等到秒位全部为零时它的秒十位借位输出端 BO 就会向高位的分位的信号输入端 DOWN发送一个低电平借位信号。为了实现六十进制功能我们让秒十位的输入端 B,C 接高电平， A,D 接低电平（秒个位上的四个输入均接到低电平上）再把它的异步置数端 LD 和它的借位输出相连，当它要向高位借位时借位输出端 BO 发出的低电平信号会使得 LD 有效，此时系统自动就将其置为0110

13、 即就是 6，这就实现了六十进制秒计数器。对于十进制分计数器，同理，我们将它 UP接到高电平或者 +5 伏电源上， CLK接地端。它的异步置数端 LD接到高电平上即使之无效，个位借位输出端 BO接到十位的信号输入端DOWN，当个位的数减为零时， BO 发送一个借位低电平信号到十位，使得十位减一 , 而秒个位也继续从 9 减到 1，秒位上的输入端 A,B,C,D 均接到低电平上。当然要显示剩余时间，就需要在每一个减数器上连接一个显示管，即将计数器的四个输出端 QA,QB,QC,QD依次连接到显示管的四个输入端 1,2,3,4 。6武汉理工大学数字电子技术基础课程设计图 4.3 时间显示电路74L

14、S192的引脚图如下图7武汉理工大学数字电子技术基础课程设计图 4.4 74LS192 管脚其中 BO为借位输出端， CO为进位输出端 UP为加计数端， DOWN为减计数端， LOAD为异步置数端， CLR为异步清零端。表 4.1 74LS192 的逻辑功能表输入输出CRLD UPDOWNDCBAQDQCQBQA1*000000*abcdabcd011*加计数功能011*减计数功能当 CLR为高电平时（高电平有效），计数器直接清零，当 CLR为低电平， LOAD也为低电平（低电平有效）时，数据直接从置数端 A,B,C,D 植入计数器， CLR 为低电平， LOAD为高电平时，执行计数功能，执行

15、加数功能时，减计数端 DOWN8武汉理工大学数字电子技术基础课程设计接高低电平，计数脉冲由 UP端输入；执行减数功能时，加数端 UP接高电平，计数脉冲由减数端 DOWN。LED数码显示管的引脚如图 1-5图 4.5 LED 数码显示管其中 4,3,2,1 端为其数据输入端，其它各端口显示器默认有效。9武汉理工大学数字电子技术基础课程设计4.3 控制电路部分分位的 A,B,C,D 接一个置数开关，往上拨开关表示置 1，往下拨表示置 0。开始前单刀双掷开关 J1 接在上开关， JK 触发器初始状态置 0，分位的置数端 LOAD接在 J1 的下开关，而此时下开关电位为 0，这时候就可以通过置数开关

16、J2 实现置数。分位的 QA,QB,QC,QD接一个四输入的或门，或门输出接到 JK 触发器的输入端，触发器上升沿触发，当分位不为 0 时，触发器输入为高电平，当分位为 0 时，触发器输入端为低电平，但此时触发器从高电平到低电平不触发。 当秒位和分位都为零且将要重新置数是，分位不为 0，在这一刻，触发器输入从低电平到高电平实现触发。Qn+1=JQn + K Qn J=K=1触发器的次态的现态的反，现态即初态为 0，一旦触发触发器输出为高电平，将触发器输出接到分秒位的清零端 CLR，实现清零，分秒位显示都为零电路停止工作。秒脉冲由 555 定时器构成的多谐振荡器发出，振荡周期T=0.7（R1+2

17、R2） C其电路及参数如图 2 所示是为了加快时间便于观察 , 实际参数可自行设置，例如为了输出 1HZ 的脉冲信号，可以让 R1=42千欧姆， R2=50千欧姆， C2=10微法。秒脉冲发生器的输出端接一个开关 J3 实现暂停的功能，从 J3 再接到秒个位的 DOWN，让其减法计数，实现倒计时功能。控制电路如下图所示。图 4.6 控制电路10武汉理工大学数字电子技术基础课程设计表 4.2 主从 JK 触发器功能表JKQn+100Qn01010111Q n4.4 循环电路因为正转，停，反转，停刚好一个周期是 60s，且每种状态的运行时间恰好都是十秒的整数倍所以我们就考虑用秒十位上数的变化来控制

18、洗衣机运行状态的显示。 ，在一个周期内 59s40s 之间洗衣机处于正转状态， 39s30s 之间洗衣机处于停止状态， 29s10s 之间洗衣 机处 于反转 状态， 9s0s 之间 又是 停止时 间， 所以我 们 让正转 状态 显示灯X1=QCQBQA+QCQBQA经化简得 X1=QCQB，即就是我们把 QB端求反后再用一个两输入与门将其与 QC连接送到正转显示灯上，当秒十位的输出为 0101（5）或者是 0100（4）时X1=1 该灯亮，显示洗衣机处于正转状态 ，同理我们让停状态显示灯 X2=QC (QBQA)，即用一个两输入的同或门将 QA和 QB连接，再有一个两输入的与门将其输出与求反后

19、的 QC连接送到停滞状态显示灯上，当十位的输出为 0011（ 3）或者 0000（ 0）时 X2=1，此时显示洗衣机处于停滞状态，同样我们也可以控制反转状态，这样，一个周期也就是六十秒完11武汉理工大学数字电子技术基础课程设计成后秒十位再向高位借数继续循环以上过程，仿真结果如下图所示如下图所示；图 4.7 循环显示电路12武汉理工大学数字电子技术基础课程设计4.5 总电路图图 4.8 总电路图13武汉理工大学数字电子技术基础课程设计5.电路仿真结果5.1 秒脉冲发生器图 5.1 秒脉冲发生器输出波形14武汉理工大学数字电子技术基础课程设计5.2 显示电路仿真结果如图 5.2 所示，在每分钟的

20、59 秒到 40 秒内是洗衣机的正转时间，绿色的 LED灯亮表示正转。图 5.2 正转效果图如图 5.3 所示，在每分钟的 29 秒到 10 秒内是洗衣机的反转时间，蓝色的 LED灯亮表15武汉理工大学数字电子技术基础课程设计示反转。图 5.3 反转效果图如图 5.4 所示，在每分钟的 39 秒到 30 秒和 9 秒到 0 秒内是洗衣机的暂停时间，红色的 LED灯亮表示暂停。16武汉理工大学数字电子技术基础课程设计图 5.4 暂停效果图如图 5.5 所示，倒计时时间结束，电路不再倒计时，显示管都显示 0。17武汉理工大学数字电子技术基础课程设计图 5.5 倒时结束效果图18武汉理工大学数字电子

21、技术基础课程设计6心得体会本次课程设计的题目是洗衣机自动控制电路设计与实现，不仅熟悉了计数器、触发器等数字芯片的使用方法和使用场合，同时加深了对数电课上所学到的理论知识的理解，这是本次课设的主要收获。本次课程设计的关键在于设计思路，尤其是如何产生正转反转暂停之间的循环。只好上网找资料，从中我得到启发，找到了设计的基本思路，但是我觉得他们的电路虽然能达到要求但都比较麻烦，而且网上别人设计的电路有不少错误的地方。所以我就自己设计。 ，很快就通过了仿真，但是控制电路比较难，我设计了好几种方案都达不到要求，基本都实现不了循环，但是我没有放弃，借鉴模电中的反馈，我想是否可以利用触发器来实现，通过分析时序

22、逻辑，终于在凌晨 1 点半的时候通过了仿真，完成了原理图的设计。其实，不仅是课程设计，解决任何实际问题的关键都是思路，俗话说万事开头难，说的就是这个意思。没有思路，就没有办法找到解决方案，也就解决不了问题。我觉得寻找思路的最简单的办法就是看别人是怎么做的， 但是这样永远不可能走在别人的前面。 因此，我们应该多观察、多总结、多思考，这张才能培养自己解决问题的能力和创新精神。仿真时可以在工作界面添加各种测量工具，例如：逻辑分析仪，示波器等，因此它很适合做数字电路的仿真。而且测量数据可以直接在工作界面显示，十分直观、方便，正是它强大的功能使得电路设计起来很方便，这就为我以后的设计打下了基础。总体说来

23、，通过这次课程设计首先使自己在数字电路实践上获得了很多的经验，无论是理论设计还是焊接调试。解决实际问题的第一步是分析问题得到思路，在开始理论设计时就要能够大致找到问题的核心或者重点，我一开始就觉得本次设计的关键和难点在于控制电路的设计果不其然，通过这次课设，我切实的体会到了仿真和实际有很大的差别，仿真通过了，但是实物不一定就能达到要求，仿真只是为设计提供一个参考，设计必须以实物为准。而且通过这次课程设计明白了学习是一个长期积累的过程，在以后的工作和生活中要不断的学习和提高。参考文献1谢自美 .电子线路 设计实验测试（第三版） 武汉：华中科技大学出版社， 20062中国集成电路大全编委会 .中国

24、集成电路大全： TTL 集成电路 .北京：国防工业出版19武汉理工大学数字电子技术基础课程设计社， 1985； kk3王志功 .集成电路设计基础 .北京 :电子工业出版社， 20054伍时和 .数字电子技术基础 .北京 :清华大学出版社， 20085Adel S and keneth C.Smith.microletronic Circuit.4th Ed. New York:Oxford UniversityPress,198820武汉理工大学数字电子技术基础课程设计附录元件清单器件名称规格数量LED 灯红，绿，蓝3与门7408N3四输入或门4072BD1非门7404N3异或门7486N1七段显示管DCD_HEX3集成计数器芯片74LS192D3JK 触发器-1555 定时器-1电阻-若干电容-若干开关-若干21武汉理工大学数字电子技术基础课程设计附件 6：本科生课程设计成绩评定表姓 名 性 别专业、班级课程设计题目：课程设计答辩或质疑记录：成绩评定依据：最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定）指导教师 签字：年 月 日22