课程设计 简易洗衣机控制器

课程设计简易洗衣机控制器

现代社会人们的生活水平越来越高，洗衣机作为一种方便人们洗涤的设备进入了千家万户。洗衣机控制器的设计也变的越来越重要。随着大规模集成电路技术的发展，人们的日常生活越来越数字化和集成化，洗衣机控制器的发展也在不断的前进。

从课程设计要求来看，本次设计用到了我们熟悉的555定时器构成的多谐振荡器来产生脉冲，74LS192芯片,数码管等电路器件，理所当然的分钟计数器、秒计数器是一定要有的。通过一些基本的电路元件（电阻、电容）和门电路（非门、或门、与门、与非门、异或门）将各个电路器件连接起来，除了这些，还要求在定时结束后有一个指示灯来提示定时时间到，还要求电路有清零和指数的功能，这些用逻辑电平开关即可以实现。

1、设计任务和指标

设计一个电子定时器，控制洗衣机按如图1洗涤模式进行工作，具体指标如下：

图1、洗涤模式

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

（2）用两位数码管显示洗涤预置时间（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、设计原理和参考电路

（1）设计方案

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。该方案的原理框图如图2所示。

如图2. 整体设计框图

分析：本定时器实际上包括两级定时的概念，一是总洗涤过程的定时，二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的位置。当总定时时间在0~20min以内设定一个输入之后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，工作波形如下图所示。

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。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，洗涤定时的时间初值先通过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，直至减到定时时间为止。运行中间，剩余时间经译码后在数码管上进行显示。

（2）电路设计

1、秒脉冲发生器

图3、555定时器构成的多谐振荡器

由555定时器构成的多谐振荡器的电路图如图3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，选择用555定时器构成多谐振荡器，使之产生周期为1s，频率为1Hz的脉冲。

由555定时器组成多谐振荡器产生时钟脉冲，电路接通后在3端产生了连续的时钟脉冲，周期T=0.7(R1+2R2)C,频率f=1/T=1Hz左右

图4、555定时器的引脚图

仿真出来的输出信号见下图：

2、分秒计时器

一百进制分计数器和六十秒计数器的原理是相同的，不同的是它们的输入脉冲和进制不同而已。在此，用四片74LS192来实现分计数和秒计数功能，要求需要减计数，所以把它的UP端接到高电平上去,DOWN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LD端和借位端BO联在一起，再把秒位的BO端和十秒位的DOWN 联在一起。当秒脉冲从秒位的DOWN端输入的时候秒计数的74192开始从9减

到0；这时，它的借位端BO 会发出一个低电平到秒十位的输入端DOWN，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BO发出一个低电平信号，DOWN为零时，置数端LD等于零，秒十位完成并行置数，下一个DOWN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BO端接到分计数的DOWN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CR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LD是接在一起的；秒的清零端LD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。

图5、分秒计时器

其中J1，J2，J3，J4为置数开关，若不置数则为洗衣机原定工作时间10分钟，操作开关可使洗衣机工作时间变长；J5为清零开关，用来使定时清零；J6是暂停开关，可以手动对洗衣机进行暂停控制。

3、时间译码器

在时间译码，状态转化的单元电路中，用三个指示灯，分别是黄灯代表“正转”、绿灯代表“暂停”、橙灯代表“反转”。从60秒到40秒内第一个灯亮，从40到30秒内是第二个灯亮。在30到10秒内是第三个灯亮，然后剩下的十秒钟是第二个灯亮，如此完成第一个循环，刚好一分钟，之后的时间依次循环。当时间减到0时，由报警灯亮，用红灯表示，提醒定时时间到。由于Z1、Z2的定时长度可分解为10s的倍数，由秒脉冲到分脉冲的变换的60进制计数器的状态中可以找到Z1、Z2的定时信号，经译码后得到如波形Z1、Z2所示的信号。这两个信号以及定时信号T控制门输出后，得到推动电机的工作信号。仿真电路如下图示：

如图6、时间译码器及控制门

4、总电路

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。

如图7、总电路图

2、调试要点

本设计在进行整体电路连接之前，应对各个部分的电路逐一进行安装与调试。（1）NE555时钟脉冲产生电路

按图连接，在3端接数字示波器，用CH1通道观察波形，判断多谐振荡器是否能工作。

（2）分秒计时器

按图连接，用四片74LS192来实现分计数和秒计数功能，要求需要减计数，所以把它的UP端接到高电平上去,DOWN端接到秒脉冲上。

（3）时间译码器

按图连接，将计时信号通过门电路输出，以指示灯表示信号，使洗衣机工作时满足60到40秒时正转，绿灯亮；39到30秒时暂停，橙灯亮；29到10秒时反转，黄灯亮；9到0秒时暂停，橙灯亮。

5.设计要求

(1)确定简易洗衣机控制器的总体设计方案，画出总框图

(2)划分各个部分的功能，并进行单元电路的设计，画出逻辑图

(3)选择元器件型号，确定元器件的参数

(4)画出总逻辑图和装配图，在面包板上组装电路

(5)自拟调整测试方案步骤，并进行电路调试，使其达到设计要求

(6)写出设计报告