简易洗衣机控制电路

课程设计任务书

学生姓名： 瞿子敬 专业班级： 通信1104 指导教师： 刘可文 工作单位： 信息工程学院 题 目: 简易洗衣机控制电路的设计与实现 初始条件：双向计数器74LS192，七段共阴数码管，译码器74LS48,555定时器，发

光二极管，电阻若干，门电路若干，开关若干。

本设计既可以使用集成译码器、计数器、定时器、脉冲发生器和必要的门电路等，也可以使用单片机系统构建多功能数字钟。用数码管显示定时时间。

要求完成的主要任务: （包括课程设计工作量及技术要求，以及说明书撰写等具体要求）

1、课程设计工作量：1周。

2、技术要求：

1）设计一个电子定时器，控制洗衣机按如下洗涤模式进行工作：

2）当定时时间达到终点时，一方面使电机停机，同时发出音响信号（可换成指示灯）提醒用户。 3）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。

4）用三只LED 灯表示“正转”、“反转”和“暂停”3个状态。

5）确定设计方案，按功能模块的划分选择元、器件和集成电路，设计分电路，阐述基本原理。画出电路原理图。

3、查阅至少5篇参考文献。按《武汉理工大学课程设计工作规范》要求撰写设计报告书。全文用A4纸打印，图纸应符合绘图规范。

时间安排：

1、 2013 年 5 月 16 日，布置作课设具体实施计划与课程设计报告格式的要求说明。

2、 2013 年 6 月 20 日至 2013 年 6 月 25 日，方案选择和电路设计。

3、 2013 年 6 月 29 日至 2013 年 7 月 4 日，电路调试和设计说明书撰写。

4、 2013 年 7 月 5 日，上交课程设计成果及报告，同时进行答辩。

指导教师签名： 2013 年 7 月 5 日 定时启动→正转20秒→暂停10秒→反转20秒→暂停10秒

定时未到

定时到

停机

目录

摘要....................................................................... I Abstact .................................................................... II

1 概述 (1)

2 简易洗衣机控制器设计方案及原理框图 (2)

2.1 设计方案 (2)

2.2方案比较与选择 (3)

3 单元电路设计及相关参数 (4)

3.1 计时电路 (4)

3.2 预置数电路与复位键 (4)

3.3 时钟脉冲电路 (5)

3.4 运行状态显示电路 (7)

4 电路的仿真 (8)

4.1 时钟脉冲电路 (8)

4.2 定时器 (8)

4.3 电机工作指示灯 (9)

5 总电路 (12)

5.1总图说明 (12)

6 设计感悟 (13)

7 参考文献 (15)

附录一 (16)

附录二 (17)

附录三 (20)

摘要

本设计应用于洗衣机的自动控制，使用数字电子技术相关知识，设计出相应电路，并采用multisim仿真软件运行简易洗衣机控制器的工作过程。从课程设计的要求来看，要求电机正转二十秒，暂停十秒，反转二十秒，暂停十秒，总过程六十秒，则应当采用分钟计数器与秒计数器。显然脉冲信号应选择秒脉冲，可选用555定时器接作多谐振荡器来产生。要求电路有清零与置数功能，可以利用电平开关来实现。最后用译码管与数码管显示器来显示时间，用发光二极管来表示电机工作状态，实现自动循环控制。

关键词：自动控制 555定时器正转反转暂停

Abstact

This design applied to the automatic control of the washing machine, the use of the knowledge of the digital electronic technology, designed the corresponding electric circuit, and use the multisim simulation software to run the process of the washing machine controller. From the perspective of the requirements of curriculum design for motor forward for 20 seconds, ten seconds pause, inversion of 20 seconds, ten seconds, the total process of 60 seconds, so I should adopt minute counter with the SEC. Obviously the pulse signal should choose second pulse, so we choose a multivibrator to generate 555 timer. It requires reset circuit and load function,and the level switch can be utilized to implement. Finally, by decoding tube and digital tube display it can shows time, using leds to indicate the motor working condition, realize the automatic cycle control.

Keywords:automatic control 555 timers forward inversion pause

1 概述

本电路是以计时器为主体，配合门电路构成的控制器。通过对计时器时间的采集，转化成相应的控制信号来控制电机的工作方式（本设计中以LED来体现）。当用户通过电平开关置入一个数时，接通电源及脉冲开关，计时器开始以秒为频率倒计时，即洗衣机开始以设计要求的方式工作，途中可断开脉冲来实现人工暂停（即洗衣机开盖自动暂停）。当后一位倒数到0时，输出一借位信号到前一位，使前一位减一，倒计时完成以后，通过计数器输出的低电平，配合门电路，可自动断开时钟脉冲，洗衣机停止工作，同时表示停止的LED亮，蜂鸣器报警。配合使用复位键和开始可重新置数，调整洗衣时间，让洗衣机再次工作。时钟脉冲由555定时器制成多谐振荡器提供，调整相应参数，使输出为1s/5v，为计时器提供信号源。

2 简易洗衣机控制器设计方案及原理框图

2.1 设计方案

方案一：

设计一个电子定时器，用以控制电机的运转。洗衣机工作顺序：启动——>正转20s——>暂停10s——>反转20s——>暂停10s——>检查时间——>继续工作或停止工作。

原理框图：

图2.1 方案一

方案二：

利用单片微型计算机STC58C52可编程控制的特点，控制输出端口输出与时间的关系，控制电机的运转。使洗衣机可在预设模式下进行十进制的时间预置，通过数码管及LED显示工作状态，完成要求的功能。

原理框图：

图2.2 方案二

2.2方案比较与选择

方案一采用数字电路，为单线程控制，思路较明确，容易实现，但使用芯片较多，接线复杂。

方案二采用单片机控制，是以单片机为核心，包涵外围工作部件，接线简单，整体简单。

比较两个方案不难发现，方案二对于熟悉单片机的人来说是一个较好的选择，但其价格较贵，而且编程十分复杂，不适合新接触单片机的人。考虑到实现的难易度以及自身知识的掌握，还有价格因素，故而我选择方案一作为设计方案。

3 单元电路设计及相关参数

3.1 计时电路

为满足倒计时的需求，采用双向计时芯片74LS192。

74LS192工作原理：芯片有两个脉冲输入端，当UP端接脉冲时，计数器为正计数；当DOWN端接脉冲输入时，计数器为倒计数。A,B,C,D为置数端，当CLR为高电平，LOAD为低电平时，输出QAQBQCQD为ABCD，BO为借位端，CO为进位端。

将每一级的BO接下一级脉冲，CLR接复位按钮，ABCD分别接相应的预置电平，秒位DOWN接时钟脉冲，这样，当低位倒数至0时，借位端发出信号，低位自身进入下一个60进制循环，高位减一，完成借位功能，通过对分钟的高位置数，可预定洗衣机工作时间。

图3.1 时序电路

3.2 预置数电路与复位键

预置数电路：

原本思路为使用一片74LS290加法计数器，完成按一下时间加十分钟的功能，但考虑到经济因素，本次设计中使用四个单刀双掷开关，分别接到高电平与低电平，完成二进制的时间预置。

复位键：

由74LS192功能表可知，当CLR端为高电平时，所有输出强制清零，故在这里使用按键开关，一端接高低电平，一端接所有的CLR，当按下去时，CLR输入高电平，所有计数器清零，完成复位功能。

图3.3 复位键

图3.2 置数开关

3.3 时钟脉冲电路

由于计数器必须有秒脉冲源才能实现计时功能，所以这里需要一个频率为1s的方波脉冲为低位片提供时钟信号。

利用555计时器接作多谐振荡器，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。电路如图3.4。

武汉理工大学《数字电子技术》课程设计说明书

图3.4 时钟脉冲电路

参数计算： ()s 1C *R R 2*2ln T 21=+=

占空比=R1/(R1+R2)=77%

3.4 运行状态显示电路

洗衣机涡轮电机有三个工作状态：正转、暂停、反转，在本设计中，用三个LED来表示三种状态的运行情况。

通过译码器74LS138和三个与门，将从计时器采集来的时间信号进行译码，转化为控制电机运行状态的开关，并用LED指示。

图3.5 工作状态控制与指示1

图3.6 工作状态控制与指示2

4 电路的仿真

4.1 时钟脉冲电路

图4.1 时钟脉冲

从图中可以看出，时间轴每格1s，纵轴每格5V，则振荡器输出的方波周期为1s，占空比与计算值77%相符。

4.2 定时器

若定时器预设的为空，则时间为10分钟，若预设的为5则时间为60分钟，计时方式为倒计时。

图4.2 定时器工作

仿真时现象为分秒定时器从9分60秒开始，倒计时，倒计时到0则停止。

4.3 电机工作指示灯

状态A：电机在40s到60s之间时正转，橘红色指示灯亮。

图4.3 正转

状态B：电机在30s到40s之间和0s到10s之间暂停，绿色指示灯亮。

图4.4 暂停

状态C：电机在10s到30s之间反转，蓝色指示灯亮。

图4.5 反转

状态D：当定时器时间计时结束，电机停止工作，同时代表洗衣完成的红色指示灯亮，若有需求，可加一蜂鸣器报警。

图4.6 停止

5 总电路

5.1总图说明

总电路图由各单元电路综合连接得到。此电路可基本实现洗涤状态、洗涤剩余时间的显示，洗涤时间的预置，强制停机，启动可控等功能。

通过开关J1到J4，对计时器进行预置数，即进行定时。

用开关J5进行定时清零，开关J6进行手动暂停功能。

秒计时和分计时之间的74192芯片构成60进制计数器，由于是定时操作，作减法计数。

将计时的分钟十位通过3-8译码器74LS138输出，以指示灯表示信号，使洗衣机工作时满足60到40秒时正转，橘红色灯亮；39到30秒时暂停，绿灯亮；29到10秒时反转，蓝灯亮；9到0秒时暂停，绿灯亮。在这里的设计举例说明，例如29到10秒时蓝灯亮，此时分钟为1或2，所以此时的译码输出为Y1或Y2，致使蓝灯亮。

5.2 总图电路

见附录1。

6 设计感悟

这次我的选题为洗衣机自动控制器，最初拿到题目的时候，是有些迷茫的，洗衣机在我眼中科技含量感觉还是挺高的，所以一开始感觉要我来设计出洗衣机控制是不是有点难了。而在仔细地看完设计要求后，这种紧张也随之不见了，脑袋里开始构想大体的思路，又觉得这个课题过于简单——不就是一个定时器吗，有过实验课上制作电子钟的经验，这不是手到擒来?

而在一周的设计与实物焊接过程中，我才真正感受到，再简单的过程，要实现它，也不是那么容易的。我是从减法计数器开始构思的，通过仿真软件画出电路图的过程看似简单，但是却耗费了我最大的一块时间，因为定时器是这个设计的核心，要引出的线路太多，所以需要考虑很多东西，稍有不慎就会使整个电路的功能有误。在完成定时器的构建之后，接下来的设计就显得顺利多了，一个一个模块的设计都顺理成章的仿真成功。当我把所有模块接在一起构成本次设计的总图的时候，意外出现了，软件提示我仿真有错误，这下不好办了，错误到底在哪呢？找了半天没找到，最后重新连，连一个模块，做一次测试，这样，终于找到出错的地方。做完仿真，我就着手于实物制作了，实物制作过程是很顺利的，因为在之前有过焊单片机与模电课设制作的经验，所以我这次没有像往常一样把所有电路焊在一块板子上，而是分为了脉冲电路、显示模块和控制主板三个模块，这样，不仅外型上显得美观，而且在以后的电子制作当中，有些通用的模块例如555脉冲发生器和数码管显示模块是可以直接套用的，而不必再次花费时间金钱制作，最重要的一点就是是可以分别进行调试，从而知道如果出错，那么错误到底在哪个部分，以便纠正。

实物制作完成后，我就迫不及待进行了总体测试，但结果不如人意，脉冲发生器和数码管显示器是没有问题的，但是控制电路无法实现功能，迫于时间的紧张，无法修正，最后只能实现定时器倒计时和置数复位功能，而指示灯无法亮起，非常遗憾。

通过这次课程设计，通过这次课程设计，我学习到了很多东西，对于数电所学的知识进行了复习。本次课设中对简易洗衣机控制器的设计，让我对于数字电路和数字电路的工作状态有了切实的了解，比起平时做题，亲自动手进行实验测试仿真要更加令人印象深刻。由于这次是单独做一个课题，相比小组合作，需要投入的时间和精力要更多，这时更需要有自己的思考否则是不能解决遇到的问题的，对于这个简易洗衣机控制器，我也不敢说完

全的弄明白了，还是有些不懂的地方，但是因为大部分都是自己动手去做的，所以即使如此，还是有了不少的收获，而且在仿真的时候不仅仅只用了multisim这一个软件，还用到了EWB，protus等，对这些软件的使用也熟悉了，总体来说，本次的数字电子技术课程设计使我对数电的理论和实际了解有所增加，增强了对问题的分析能力动手能力。

7 参考文献

[1] 阎石. 数字电子技术基础(第5版). 高等教育出版社,2009.12

[2] 杨素行.模拟电子技术基础简明教程(第3版).高等教育出版社,2005.10

[3] 彭介华 .电子技术课程设计指导(第1版).高等教育出版社.2008.12

[4] 谢自美.电子线路设计、实验、测试(第3版).华中科技大学出版社.2006.08

[5] 张霰雯. 555时基电路的特点及应用. 内蒙古科技与经济,2001

[6] 赵广林. 常用电子元器件识别/检测/选用一读通.电子工业出版社，2007.

[7] 洪志良. 模拟集成电路分析与设计. 北京: 科学出版社,2004.

[8] State Transition Analyzing of Flip-flop byMultisim Software REN Jun-yuan

[9] Zhang Shui-ying Practice And Application of Multisim in digital Electronic experiment teaching Computer Science & Education August 3-5, 2011.

附录一

图1-1