洗衣机控制电路设计 电子电路设计课程设计 毕业设计

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1、洗衣机控制电路设计摘要本设计是基于数字电路定时器的洗衣机简易控制电路。通过预置洗衣机的洗涤时间来自动的正反转和暂停，并且用不同的指示灯来表示洗衣机的正逆暂停三状态。当到达定时时间后，会自动报警，发出蜂鸣声。同时，用两位数码管来显示预置时间和洗涤剩余时间。具有良好的用户界面。电路主要分为显示电路、秒脉冲发生电路、计时电路、报警状态电路和洗衣机正反转控制电路。显示电路使用的是两个单位的共阴极八段数码管，使用两片74ls48作为数码管译码芯片。秒脉冲发生电路采用了使用成熟广泛的555定时器芯片，通过电脑USB插口供电，产生秒信号，作为各芯片的时钟信号。计时电路使用的是四片十进制可逆计数器74ls19

2、2芯片，分别设计为十进制和六进制电路，用于完成时间的定时、计时功能。报警电路和状态显示电路使用的是简单的74ls04非门、74LS21双4输入与门、74LS125三态门组成的逻辑组合电路，分别控制蜂鸣器和发光二极管，来实现报警和状态显示。实验通过电脑软件仿真和实物验证，具有良好的可行性，能够稍加修改后用于洗衣机控制电路中，能满足一般的要求。关键词 ：洗衣机控制 ；数字电子控制；定时器目录摘要31 设计要求分析与方案选择61.1 设计要求分析6 1.1.1洗衣机控制电路原理及电路设计1.2 方案选择71.2.1 单片机方案71.2.2 数字电路方案72 方案总体框图设计82.1 方案总体设计思路

3、82.1.1 各模块器件选择82.1.2 模块总体电路实现82.2 方案总体电路图93 电路各模块设计与参数选择113.1 秒脉冲电路113.2 计时电路133.3 显示电路153.4 状态显示电路164 仿真调试分析204.1 仿真软件介绍204.2 仿真总体电路图分析204.3 仿真结果分析215 电路实物验证结果225.1 实物总体图片和介绍225.2 实物功能演示226 方案的分析与总结体会226.1 方案选择总结与分析226.2 仿真调试总结与体会236.3 实物制作总结与体会236.4 设计优点分析236.5 设计不足分析247 参考文献248 附录241 设计要求分析与方案选择

4、1.1 设计要求分析设计制作一个洗衣机控制器，具有如下功能：1)采用中小规模集成芯片设计洗衣机的控制定时器，控制洗衣机电机作如下运转：2)洗涤电机用两个继电器控制。3)用两位数码管显示洗涤的预置时间（分钟数），按倒计时方式对洗涤过程作计时显示，直至时间到而停机。洗涤定时时间在010min内用户任意设定。4)当定时时间到达终点时，一方面使电机停转，同时发出音响信号提醒用户注意。5)洗涤过程在送入预置时间后即开始运转。1.1.1洗衣机控制电路原理及电路设计首先，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

5、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、实现以上功能的洗衣机控制电路原理如图10：图10洗衣机控制电路原理图2、 电机驱动电路采用两个继电器控制电机的驱动电路如图11， 图11 洗衣机电机驱动电路 表2驱动电路控制表TZ1Z2K1K2电机0XX断断停100通断反转110断断停101断断停111断通正转1.2 方案选择 洗衣机控制电路整体思路简单，成型产品众多，参考电路也十分普遍。在独自设计过程中，论证了多种方案。1.2.1 单片机方案 单片机运用广泛，特别是

6、8051单片机，在控制领域经久不衰，而且成本低廉。本设计要求中，可采用一块51单片机作为核心，使用两位数码管、三个开关、三个LED灯、一个蜂鸣器和一些驱动电路作为外围设备，实现实验要求功能。电路比较简单。 不过单片机编程复杂，软件实现困难，入手不是很容易。而且本题要求实现的控制功能，使用单片机会浪费资源，并不是十分经济。加之考虑到学习知识的水平，因此，不选择此方案。1.2.2 数字电路方案数字电路并没有因为可编程逻辑器件的出现而推出市场，而且大有继续发展的势头，数字电路之所以能应用广泛，是因为它有独特的优点。电路的各个模块清晰，运算速度高，而且不用编程，在许多功能实现上有软件可望不可及的优势。

7、本设计要求中，均可运用中规模集成逻辑电路实现，而且成本不高，稳定性很好，使用数字电路直接进行设计，在我们知识能力范围之内，可行性十分高，因而采用数字电路方案实现。2 方案总体框图设计2.1 方案总体设计思路 2.1.1 各模块器件选择1 .秒信号发生器选择方案一：石英晶体振荡器；此电路的振荡频率仅取决于石英晶体的串联谐振频率fs，而与电路中的R、C的值无关。所以此电路能够得到频率稳定性极高的脉冲波形，它的缺点就是频率不能调节，而且频带窄，不能用于宽带滤波。此电路非常适合秒脉冲发生器的设计，但由于洗衣机电路对秒信号精度要求不高，因而不采用此种方案方案二：由555定时器构成的多谐振荡器；由于555

8、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。并且555定时器使用成熟，参考资料颇多，因此采用此方案。2 .计时器芯片选择方案一：采用74LS190芯片实现 74LS190为十进制可逆计数芯片，为异步置数，可以实现设计要求的置数与计数。但是，要实现分钟的置数，74LS190置数颇显复杂，故不采用。方案二：采用74LS192芯片实现中规模集成电路74LS192进行设计较为简便，74LS192是十进制可编程同步加减计数器，它采用8421码二十进制编码，并具有直接清零、

9、置数。加/减计数功能，为双时钟芯片，计数采用DOWN时钟，而置数可以采用UP时钟，因而置数显得十分简单，是很好的选择。3 .显示电路选择 显示电路用单位的数码管和相适应的显示译码器，这儿采用共阴极的单位数码管和74LS48作为显示电路，应用十分简单。4 .状态显示电路 使用三个不同颜色的数码管来表示不同的洗涤状态，通过74LS21双4输入与门，74LS125三态门来实现该功能。5 .洗衣机控制电路 通过不同的门电路进行组合，实现各种状态的不同组合输出。2.1.2 模块总体电路实现 经过以上分析，采用555定时器组成的多谐振荡器来实现秒信号的发生，为其它的芯片提供工作脉冲信号；计时电路采用三片7

10、4LS192实现，两片组成六十进制计数器实现秒信号计数，当计满六十秒后向前借位。另外一片构成十进制计数器，来计数秒的借位信号，同时实现预置数功能。数码管、报警电路和LED灯分别与逻辑电路进行组合，接到74LS192的输出，以完成时间显示、报警和状态显示，洗衣机控制则使用74LS21双4输入与门、74LS125三态门输出进行不同的组合，完成控制。2.2 方案总体电路图图2.1 总体电路图其中显示电路实际连接为：图2.2 显示电路具体图脉冲发生器具体电路为：图2.3 555定时器多谐振荡电路3 电路各模块设计与参数选择3.1 秒脉冲电路秒信号发生器采用555定时器，555 定时器是一种模拟和数字功

11、能相结合的中规模集成器件。其成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器。555定时器的外引脚排列图和内部电路框图分别如图 3.1.1 和图 3.1.2 所示。它内部包括两个电压比较器，三个等值串联电阻，一个 RS 触发器，一个放电管 T 及功率输出级。它提供两个基准电压VCC /3 和 2VCC /3 。图3.1.1 555定时器引脚排列图3.1.2 555定时器内部电路框图555 定时器的功能主要由两个比较器决定。两个比较器的输出电压控制 RS 触发器和放电管的状态。在电源与地之间加上电压，当 5 脚悬空时，则电压比较器 C1 的同相输入端的电压为 2VCC /3，C2

12、 的反相输入端的电压为VCC /3。若触发输入端 TR 的电压小于VCC /3，则比较器 C2 的输出为 0，可使 RS 触发器置 1，使输出端 OUT=1。如果阈值输入端 TH 的电压大于 2VCC/3，同时 TR 端的电压大于VCC /3，则 C1 的输出为 0，C2 的输出为 1，可将 RS 触发器置 0，使输出为 0 电平。由555定时器组成的多谐振荡器如图3.1.3所示，其中R1、R2和电容C为外接元件。其工作波如图(D)所示。设电容的初始电压，t时接通电源，由于电容电压不能突变，所以高、低触发端，比较器1输出为高电平，2输出为低电平，即，（1表示高电位，0表示低电位），触发器置，定

13、时器输出此时，定时器内部放电三极管截止，电源经，向电容充电，逐渐升高。当上升到时，输出由翻转为，这时，触发顺保持状态不变。所以0t期间，定时器输出为高电平。时刻，上升到，比较器的输出由变为，这时，触发器复，定时器输出。期间，放电三极管导通，电容通过放电。按指数规律下降，当时比较器输出由变为，触发器的，的状态不变，的状态仍为低电平。时刻，下降到，比较器输出由1变为0，R-S触发器的1，0，触发器处于1，定时器输出。此时电源再次向电容C放电，重复上述过程。通过上述分析可知，电容充电时，定时器输出，电容放电时，0，电容不断地进行充、放电，输出端便获得矩形波。多谐振荡器无外部信号输入，却能输出矩形波，

14、其实质是将直流形式的电能变为矩形波形式的电能。由图3.3知，振荡周期。为电容充电时间，为电容放电时间。充电时间T1=(R1+R2)Cln20.7(R1+R2)C 放电时间T2=R2Cln20.7R2C矩形波的振荡周期T= T1+ T2=ln20.7(R1+2R2)C因此改变、和电容C的值，便可改变矩形波的周期和频率。 本设计需要秒信号，则令T=1s,C=10uf, 可得R1=15K R2=68K 为常用电阻值，可得到秒信号。图3.1.3 由555定时器构成的多谐振荡器电路及其输出波形3.2 计时电路计时电路采用的是74LS192可预置同步可逆BCD码计数器。其引脚图和内部结构原理图以及真值表如

15、图3.2.1、图3.2.2、图3.2.3所示：图3.2.1 74ls192引脚图图3.2.2 74ls192内部结构原理图图3.2.3 74ls192真值表使用74LS192十进制可逆计数器来实现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，对于秒信号，我们要的只是减计数，所以我们把两片秒计数的74LS192芯片的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

16、联在一起。由图3.2.3可知，LD低电平有效，产生借位信号时，BO也是低电平有效。当秒脉冲从秒位的DOWN端输入的时候秒计数的74LS192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

17、，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99分钟的计时器。把四个74LS192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，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与非门的输出上，与非门的输入一端接脉冲信号，一端接低电平，当要置数时，将与非门的输入端从低变为高，打开与非门，另一输入端的的脉冲上就可以实现从09的数字输入。如图3.2.4所示，为计时电路电路原理图。图3.2.5 四片74LS192组成的计时电路

18、3.3 显示电路显示电路采用了两片一位的共阴极七段数码管（如图3.3.2所示），来分别显示分钟计时的十位和各位，完成预置和显示功能。数码管的驱动电路采用的共阴极的七段译码器74LS48，它内部有上拉电阻，可以直接与共阴极的数码管相连接。其管脚图和真值表分别如图3.3.1、图3.3.3所示： 图3.3.1 74LS48引脚图 图3.3.2 八段数码管图图3.3.3 74LS48真值表 由于数码管只用显示09的数字，则LT、LBI、BI/RBO三个脚都接高电平，A B C D 四个输入端连接74LS192的输出，就能显示出预置的时间和定时的剩余时间。其连接电路图如图3.3.4所示：图3.3.4 数

19、码管显示电路连接3.4 状态显示电路洗衣机洗涤共有三个状态，分别为暂停，正转，反转，用三个不同的颜色的LED灯来表示。在三个状态中，5952秒为正转、5150秒钟为暂停、4942秒为反转、41-40秒为暂停。分别有红绿黄来表示正转反转和暂停三个状态。秒个位数码管显示D C B A状态10 0 0 1暂停00 0 0 0秒十位数码管显示60 1 1 050 1 0 1正转40 1 0 0反转30 0 1 1正转20 0 1 0反转10 0 0 1正转00 0 0 0反转所有数码管显示0 0 0 0蜂鸣器响图3.4.1 状态电路数码管显示表图3.4.2 通过74LS21双4输入与门，74LS125

20、三态门来实现该功能。3.4.1 状态显示电路1、正转 图3.4.3 洗衣机正转时仿真2、暂停 图3.4.4 洗衣机暂停时仿真3、反转 图3.4.5 洗衣机反转时仿真4、定时时间到图3.4.6 洗衣机定时时仿真 4 仿真调试分析4.1 仿真软件介绍这个课程设计采用的是美国国家仪器（NI）有限公司推出的以Windows为基础的仿真工具multisim10.0 。NI Multisim软件结合了直观的捕捉和功能强大的仿真，能够快速、轻松、高效地对电路进行设计和验证。凭借NI Multisim，您可以立即创建具有完整组件库的电路图，并利用工业标准SPICE模拟器模仿电路行为。借助专业的高级SPICE分

21、析和虚拟仪器，您能在设计流程中提早对电路设计进行的迅速验证，从而缩短建模循环。与NI LabVIEW和SignalExpress软件的集成，完善了具有强大技术的设计流程，从而能够比较具有模拟数据的实现建模测量。 Multisim 易学易用，便于电子信息、通信工程、自动化、电气控制类专业学生自学、便于开展综合性的设计和实验，有利于培养综合分析能力、开发和创新的能力。完全能够适应这次课程设计的要求。因而采用这款软件。4.2 仿真总体电路图分析整体仿真图如图4.2.1所示：低位借位信号图4.2.1 仿真整体电路分析图 根据之前的各模块论证，用multisim进行仿真画图，得到了图4.2.1 。由于电

22、机模块和蜂鸣器模块仿真结果不容易表示，因此省略了。为了节约空间，将数码管电路简化。而multisim的仿真时间是以毫秒为单位的，十分的缓慢，在此，为了观察出电路的结果，将555定时器设计的秒信号发生器放在了另一个文件中如图4.2.2所示：图4.2.2 555定时器构成的秒信号发生器4.3 仿真结果分析 设计的每一个模块的功能都能实现，但是由于multisim的蜂鸣和电机模难得实现，因而存在缺陷。5 电路实物验证结果5.1 实物总体图片和介绍5.2 实物功能演示6 方案的分析与总结体会6.1 方案选择总结与分析在选择方案过程中，定时电路经过了一番分析，当初考虑74LS192时，其成本较高，在加上

23、配置各种译码电路，显示电路，实际使用费用上已经超过了单片机的金额了，不过用单片机控制这种电路比较浪费，而用2051单片机控制有显得不够，而且硬件电路过于简单，编程过于复杂，不利于自己的学习与提高。因而采用了数字电路进行设计。在整个设计过程中，时钟芯片比较简单，一方面555定时器应用很成熟，资料很多。另一方面，用过555定时器做过电子琴，虽然结果不是很好，但是还是加深对555定时器的了解。毫不犹豫的选择了555定时器。而与时钟芯片不同，计时芯片的比较也是十分麻烦的，要考虑可行性和费用，经过比较，只有选择可逆的计数器，而可逆的只需要十位计数就够了，因此选择了74系列的74LS192，刚开始选择的时

24、候，还没有考虑到置数问题，认为就用一个DOWN就够了，在之后的设计中，才发现，可以用UP端进行置数，是一个意外的收获。显示电路还比较简单，因为规定了用数码管，用共阴极和共阳极都是一样的，因而选着了共阴极的，因为数电实验课上做过，而且书上也有说明，容易入手。译码芯片书上也有介绍，不过没有具体的连结电路图在连接电路的过程中还是出现了一些问题，在网上有用上拉电阻的，但是其实74LS48内部已经有上拉电阻了，不用了，直接连结就够了。控制、显示电路十分困难，但也是我最得意的一个设计地方。按键电路时参考了书上的知识，之前是准备直接用按键给脉冲信号，不过这种方法缺点很多，很不易控制，在书上看到了时钟调试电路

25、的按键电路之后，经过借鉴改进，于是又了这种电路，也因而让调试电路一下子豁然开朗。状态显示也比较简单，就是要用到十分位的三个输出，因为3-8译码器之前用过，所以很容易的就想到了，在经过了逻辑表达式的换算，最后有用了两个与非门完成了设计。停止开开始电路用了很大的周折，想过很多方案，但是都很难达到要求，当考虑到有一个状态要保持时，想到了用RS触发器，因为RS触发器有一个输入时保持的，经过验证，方案可形。我十分得意这个设计。于是以后的工作就是要加入与非门、非门之内的。设计一下子就快完成了。最后，就是电机控制了，想过很多方案，但是很难成功，应为门电路的驱动电路很有限，电机也不是很容易找，最后想到了继电器

26、，但是需要正反转，也是一个难题，最后不得不选择了双电源，而且验证可行。整个设计过程都十分值得回味，当一切都设计出来了之后，我才开始着手方案的可行性，还得到了不少意外的收获。总之整个设计收获都很多。6.2 仿真调试总结与体会 Multisim软件不知怎么又一个缺点，就是有时候，两个元器件的管教直接放在了一起，结果又得连上了，而有的是没有连上的，这是很头疼的事情，经常几个一模一样的元器件，一模一样的操作放置，最后它就是有问题，而且很难查出来。要把原件拉开才能发现。不过整体上multisim软件用起来比其它软件简单。 在设计数码管显示电路中，用74LS48作为译码显示的时候，很容易出问题，但是用pr

27、otues就没有问题，之前显示译码一直用的是模拟器件，之后发现multisim v11.0能够完成数码管的译码显示，就用了multisim v11.0 。不过显示的还是没有模拟的稳定。可能是电脑的问题，multisim v11.0很占电脑的资源。 Multisim 还有一个问题就是时间比较慢，开始的时候设计555定时器用了很多的时间，都没有出来，因为没有等到一秒钟，没有出现跳变。以为设计出错了，最后用Proteus仿真后发现没问题，就直接用信号源代替了555定时器，之后再计时电路中有发现了信号源要调到1KHZ才能正常的计时，就发行了原来是软件本身的设计的不同。进而设计出了555定时器的秒信号发

28、生器，不过用秒信号登的实在是它慢了，就一直在用信号源调到1KHZ来进行仿真，效果很好。6.3 实物制作总结与体会实物制作是很头疼的一件事情，因为硬件电路十分复杂，为了节约资源，也只是用了一块比较小的电路板进行焊接。但是到最后不得不走了好多跳线。每条线都十分的密集。稍有不慎就会出错，而且电路的每个模块都是连接起来的，要有一个环节出问题了，真不知道在那找问题，所以每焊一个模块起来，我都很认真的检查测试，在测试555定时器过程中，由于只有1HZ的频率信号，用示波器的交流档观察不出来，就只有用直流档了，测试也是很不好弄的，不过由于示波器是数字示波器，就相对的简化了些操作，最后用眼观察的出的秒信号时96

29、0ms，在误差的范围内。在数码管显示电路中，因为考虑到要调试问题，害怕出问题，就用了四个数码管，把四个74LS48的输出全部显示出来，不过，显示译码器的价格高出了我的想象，最后舍不得把数码管就这么用了，于是留了外扩的接口，在演示过程中使用跳线帽将74LS192的输出与译码器的输入连接，但是，但需要数码管的时候，可以用杜邦线将数码管外界，只需要供电，就不用再去买数码管显示电路了。当然，另一个考虑是便于调试，要是有问题可以知道是不是数码管的问题。其它的焊接过程中都是比较单一的，数码管和74LS192电路四个都基本一样。但是由于电路板比较小，所以用起来还是麻烦很多的。有时候也会焊错线、数错电子器件的

30、引脚。不过都很快的改过来了。而且用万用表一点一点的测试连接情况。最后焊完后，连接好电路，鼓足勇气接通电源，一切都正常的工作起来，测试都通过，差点没哭出来。短短的几天，学到了很多东西，不只是动手能力的提高，更是一种信心的提升和兴趣的提升。6.4 设计优点分析 因为整个电路基本没有参照其它的电路图，全部是在课本上和一些元件资料上找的，因此设计出的电路能够工作很自豪。本电路最大的优点就是时间设置和停止开始控制，这两个电路的设计十分的独特，是课本理论知识与实际相结合产生的火花，十分高兴、满意，而且工作稳定。是以后再设计电路的一个很好的借鉴。其它的电路都很成熟，设计的人很多，没有什么特别的。6.5 设计

31、不足分析 虽然比较满意这次的设计，但是还是有不少不足的，仿真的有些模块没能做出了，比较遗憾。状态显示是之后设计上去的，灯的颜色运用不合理。实物设计过程中忘了用开关，555定时器的输出也没有标识，要用一个二极管来标识555定时器的秒信号，更能够便于调试。7 参考文献电子线路设计实验测试第三版，谢自美 主编，华中科技大学出版社。新型集成电路的应用电子技术基础课程设计，梁宗善主编，华中科技大学出版社。电子技术基础课程设计，孙梅生等编著，高等教育出版社。数字电子技术基础，伍时和主编 清华大学出版社8 附录附录一：元器件清单：电子元器件名称型号个数一位七段数码管共阴极三个74LS48显示译码器BCD显示译码三个74LS192双时钟可逆计数器三个555定时器555定时器一个74LS21双4输入与门三个74LS04六反相器三个74LS125三态门一个蜂鸣器有源蜂鸣器一个电阻15K 一个68K三个220欧姆三个510欧姆三个发光二极管红黄绿三个单排针排针两排万用板10*15一个开关单刀双郑两个