洗衣机设计

洗衣机设计 洗衣机控制电路原理及电路设计 目 录 一(设计总体思路，基本原理和框图.... 1 1.设计总体思路.... 1 2.基本原理.... 1 3.系统设计框图.... 2 二.单元电路设计....3 1.一百进制分计数器和六十秒计数器的设计.... 3 (1)分、秒计数器的设计.... 3 (2)分、秒计数器的电路图.... 4 2.秒脉冲发生器.... 5 (1)秒脉冲发生器原理.... 5 3.循环控制电路....6 (1)其基本原理简述.... 6 (2)其原理图.... 7 4(单稳态延时电路.... 8 5(总控制电路.... 8 三(总电路图.... 10 四(安装调试步骤.... 11 五(故障分析与电路改进.... 11 六(附录(元器件清单). 13 1 洗衣机控制电路原理及电路设计 一(设计总体思路，基本原理和框图 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，这回要用四哥LED灯的状态来示，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，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?方案有两种:一是直接从数值上进行提取信号来控制一个可以实现循环的74LS194来实现;另一种是制作一个二十进制到十进制的循环转化来把这一分钟走完，但是从电路的复杂程度和经济性来说，显然后者太过于复杂，也不利于接线和排故障，虽然难度会大一些、出成果的时间会比别人晚，但是要设计一个真正可以让用户用放心使用的产品，还得这样做。尤其是最后的循环电路用两个194一定可以很容易实现。现在大体上就这样，下面说说基本原理。 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。 3.系统设计框图 如下所示: 2 洗衣机控制电路原理及电路设计 洗涤时间显示 控秒脉冲六十进制洗涤时间继电执行功T制发生器计数器计数器开关电机放门 Z Z清零12 置数时间译码 二.单元电路设计 1.一百进制分计数器和六十秒计数器的设计 (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,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192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 3 洗衣机控制电路原理及电路设计 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 其图如下: 4 洗衣机控制电路原理及电路设计 2.秒脉冲发生器 (1)秒脉冲发生器原理 我们搜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。我们要的周期是1秒，频率是1赫兹。周期T可以由下面的公式可知: T,R1.R2lnC (2)其原理图如下所示 5 洗衣机控制电路原理及电路设计 3.循环控制电路 (1)其基本原理简述 还是采用我们方法，把秒十位上的数提出来作为循环控制系统的输入信号，秒位上的都是相同的，可以不管。我们的目标是把秒十位上输出的二进制数转化成两位三个数: So S1 状态 1 0 右移 1 1 闪烁 0 1 左移 5 0101 4 0100 3 0011 2 0010 1 0001 0 0000 现在我们把192的QA、QB接上一个异或门，QC接上一个反相器，然后把它们出来的信号接到一个与非门后再接到So端，把反相器出来的信号输入到S1端;这样就实现了上述要求。当我们开机时，计数器时被清零的，QA、QB、QC没有输出，这时输出的是000，194的So、S1为11，移位寄存器置数为0010。当192输出的是0101时，So、S1为10，移位寄存器右移动作，因为So、S1的两端接一个与非门出1，再通过一个接在194QB端的与门，结果输出来到发光二极管的还是高电平(如下图所示);从节点46输出，经过反相器到达节点48的是低电平与门U28没有输出脉冲，所以194做右移直到下一个状态的到来。显然当192的输出是0100是也是一样的。当输出是0011时，So、S1的状态是11，194处于并行置数，其QB端输出一个高电平1，与此同时，从So、S1输出的两个1进入与非门U27，但是在节点46是一个低电平0，所以节点44没有高电平输出。而节点46为高电平1，这时通过U28的脉冲信号可以输出了，与U28的或门U22、U23、U24、U25、U26就可以输出脉冲信号到发光二极管实现闪烁;当192输出的是0010时， So、S1状态从11变为01，移位寄存器192做左移循环，在脉冲的输入下。同右移一样，从So、S1输出到U27再出来的是一个高电平1，所以与门U26输出高电平;当计数器192输出的是0001时，还是和0010时一样;最后当192输出是0000时，其又和输出0011时一样，移位寄存器194处于置数状态，放光二极管闪烁。到此，提取信号、循环电路完成。 6 洗衣机控制电路原理及电路设计 (2)其原理图 7 洗衣机控制电路原理及电路设计 4.单稳态延时电路 其原理图: 5(总控制电路 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。但时，192要求在UP端工 8 洗衣机控制电路原理及电路设计 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Bo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端来保证置数的时候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(如图中的J3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。 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Bo端发出的0信号就可以经过以上路径而变成1到达与门U14，同时JK触发器U10得到一个触发信号而输出到单稳态，从而发出报警声，但一段时间后其自动停止。同时U14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，这也可以的，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 9 洗衣机控制电路原理及电路设计 三(总电路图 10 洗衣机控制电路原理及电路设计 四(安装调试步骤 虽然软件设计是非常重要的，但是还是纸上谈兵啊，真正要到了安装调试的时候，但调试不一定可以出来，甚至于设计是错误的.用试验箱来调试是很有难度的，把领来的元件按单元电路模块大致分了一下插在了面包板上。两个人一组，一个读图指导，一个看芯片管脚插线，芯片管脚和线路总是接触不良，没办法只能是把芯片管脚加长，这样我们在调试的时候可以说没有遇到这方面的问题了，现在面包办上的芯片接好了，可以加电看结果了，可是，秒计数器输出的一个总是只有偶数，换了一个数码管还是一样，最后终于找到了一个可以用的试验箱了。现在电机转动显示的发光二极管还是不循环，但都是亮的，计数器倒是可以正常工作了，经过几个开关的使用，走上了正规。循环显示灯还是不走，难道脉冲有问题,把194的时钟信号接到LED上一看是正常的，也许是或门74LS32如果输入端悬空则输出为1，我们当初设计的时候所认为的或门是悬空就为0的，这回给反了。后来知道电路没有问题，问题是出在移位寄存器194的并行置数端的A、C、D是悬空的，没有有接地，接上看看，事实证明它是正确的。所以，在调试的过程中，要是仅依靠设计那是没什么结果的，设计软件毕竟是理想的。 五(故障分析与电路改进 要得到一个良好的设计，需要的总是肯定和否定，几经修改一个电路才得以肯定、采纳。就象循环电路一样，刚开始设计了一种有三个接口的电路，这个接口要求从秒十位输出的信号要化为一种状态，只可以是高有效，到来时进入各自的接口，可以说实现正传、反转、暂停的电路相互独立的，道理如下，当一个高电平来到时让它接到194的So、S1上，其中在接到So的信号上接一个RS触发器，当B端的置数输出时，QB上有一个高电平，把它接到一个D触发器上，D触发器从Q反端输出的信号接到刚才的RS触发器的Q端使Q端为0，这样在脉冲的控制下，其可以做左移动作，如图中的开关1所连接的电路所示，同样，在输入到S1端的电路上接一个RS触发器，从194QB端上反馈回来的信号接到D触发器上，从D触发器的Q反端出来的信号接到S1端，这样就可以做右移动作，如图开关2所示。循化要单独设计，如图所示，二极管是保证各个模块间可以独立工作而采用，这样当高电平到达时，194被置数为0000，同时上一个状态，不管时左移的还时右移的都被清零了，这时只要开关1或2接上就可以在脉冲作用下实现闪烁，单个模块演示还时可以的。但是接到电路上就不行了。当开机后，在第一分钟内，它可以右移，也可以闪烁，到了左移就不行了，发光二极管一片空白，但是在接下来的个分钟内，其只有当闪烁时才可以看到。几经试验才知道，时开关3出了问题，不管它时1状态还是0状态，它都比194Q端出来的数优先，在3没有工作时，在194Q端到LED之间的二极管两端各接一个LED就知道，当194做右移或左移时两个发光二极管的状态时不通的，靠近循环LED的那各LED总不会亮，而接在QB端的LED可以定时发亮，从而有上述结论。 11 洗衣机控制电路原理及电路设计 其图如下所示: 12 洗衣机控制电路原理及电路设计 六(附录(元器件清单) 器件型号 用途介绍 数量 74LS192 计数器 4 74LS194 移位寄存器 1 74LS08 四2输入与门 2 74LS04 六反向器 1 74LS32 四2输入或门 2 74LS00 四2输入与非门 2 74LS86 四2输入异或门 1 74LS76 双JK触发器 2 NE555 555集成定时器 2 八。参考文献 《数字电路硬件设计实践》 贾秀美 主编 高等教育出版社 《电子线路设计、实验、测试》 谢自美主编 华中理工出版社。 《数字电子技术基础》 阎 石 主编 高等教育出版社 13