简易洗衣机控制电路的设计与实现.

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1、武汉理工大学数字电子技术课程设计课程设计任务书学生姓名：专业班级：指导教师：工作单位：题目：简易洗衣机控制电路的设计与实现 初始条件：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

2、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。 停机时间安排：1、月2、月年3、月曰，电路调试和设计说明书撰写。4、月指导教师签名：年月曰系主任（或责任教师）签名： 年月曰定时启动 7養20秒一替停10杪一反转20杪一替停10秒定时未到武汉理工大学数字电子技术课程设计目录摘要21设计方案选择41.1单片机方案.41.2数字电路方案

3、42单元电路元器件的选择及设计62.1秒脉冲发生电路62.1.1秒信号发生器元器件的选择62.1.2秒脉冲发生电路的设计62.2计时电路92.2.1计时电路元器件的选择92.2.2计时电路的设计102.3数字显示电路122.3.1数字显示电路元器件的选择122.3.2数字显示电路的设计122.4状态显示电路132.4.1状态显示电路元器件的选择132.4.2状态显示电路的设计142.5洗衣机电机控制电路172.5.1洗衣机控制电路元器件的选择172.5.2洗衣机控制电路的设计173模块总体电路实现及工作原理213.1整体电路的实现213.2总体电路工作原理214仿真结果及分析.224.1仿真结

4、果.234.1.1时间预置234.1.2正转提示功能234.1.3暂停提示功能244.1.4反转提示功能254.1.5计时结束报警功能264.2仿真结果分析265实物展示266安装调试遇到的问题与总结体会286.1安装调试中遇见的问题及解决方法286.2总结与体会.287元器件清单29 参考文献，,31附录 132，2J1武汉理工大学数字电子技术课程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

5、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。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74LS192芯片，分别设计为一百进制和六十进制电路，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非门和与非门74LS04、74LS00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。电机控制电路采用 了 3-8译码器74IS138和与非门电路的组合，实现电机正反暂停

6、状态。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2武汉理工大学数字电子技术课程设计AbstractThe design is based on the simple digital circuit timer control circuit of washing machine. The washing machine is to be positive negative and suspension by preset time, and expressed in different ligh

7、t to suspend three washing state. After the time run over, will automatically alarm, beeping. At the same time, with two digital tubes to display the preset time and wash ing time rema inin g. It has very good user in terface.Circuit consists of display circuit, pulse generator and timing circuits,

8、alarm circuit and wash ing mach ine positive n egative state con trol circuit. Display circuit is two un its of digital pipe, use of catholic erect ion 74ls48 pieces as digital tube decod ing chips.Sec ond pulse gen erator adopted widely used mature 555 tim ing, through a computer chip USB socket po

9、wer produced sec on ds, as the sig nal, the clock sig nal chip. Timing circuits using four decimal reversible counter 74ls192 chip design, respectively for the decimal system and six for completion time of the circuit, timing, and timer function. Alarm circuit and status display circuit is simple lo

10、gic cross-coupled nand gates and 74ls04 74ls00, consisting of logic circuit, control and light-emitting diodes, buzzer to realize alarm and status display. The motor control circuit used 3-8 74ls138 decoder cross-coupled nand gates and comb in ati on of circuit, motor and suspe nded state. Computer

11、software simulati on and experime nt through physical test, has the good feasibility, a washing machine, used for the control circuit of the general requirement can meet.Keywords: wash ing mach ine con trol, Digital electro nic con trol, The timer3武汉理工大学数字电子技术课程设计1设计方案选择1.1单片机方案 单片机运用广泛，特别是8051单片机，在

12、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。 本设计要求

13、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。本设计要求完成洗衣机控制电路的设计。控制洗衣机按定时启动、正转20秒、暂停10秒、反转20秒、暂停10秒的洗涤模式不停的循环，到达定时时间后停 止。并要求有数码管显示时间，LED显示状态，声音报警。通过以上要求，洗衣机洗涤模式是以 60秒钟即一分钟作为循环。计时方式是通 过预置时间定时，因而初步设想使用一个六十进制倒计时电路作为核心控制。预 置时间以分为单位，则还需要分计时器，并且要能预置时间。同时，时间的计时 按秒来进行，则需要用一个妙信

14、号发生器。最后，用两位数码管作为时间显示电 路，三个LED灯作为状态显示电路，蜂鸣器作为报警电路。根据以上分析，设 计电路基本框图1-1所示：4武汉理工大学数字电子技术课程设计路定时预置电路60进制定时电路洗涤模式控制电路蜂鸣器报警电路LED显示电路数码管显示电路分钟定时电路图1-1电路框图5武汉理工大学数字电子技术课程设计2单元电路元器件的选择及设计2.1秒脉冲发生电路2.1.1秒信号发生器元器件的选择方案一：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

15、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。2.1.2秒脉冲发生电路的设计秒信号发生器采用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

16、图和内部电路框图分别如图2-1和图2-2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和2VCC3。1 o .a.27DQ -3$TBL4$cr图2-1 555定时器引脚排列6武汉理工大学数字电子技术课程设计图2-2 555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2VCC3，C2的反相输入端的电压为 VCC3。若触发输入 端TR的电压小于VCC，贝吐匕较器C2的输出为0,可使RS触

17、发器置1,使输出 端OUT=1。如果阈值输入端TH的电压大于2VCC3，同时TR端的电压大于 VCC，则C1的输出为0，C2的输出为1,可将RS触发器置0,使输出为低电 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 UC = 0,t=0时接通电源，由于电容 电压不能突变，所以高、低触发端 VTH = VTL = 0VCC3，比较器A 1输出为高 电平，A 2输出为低电平，即RD=1，SD=0 （1表示高电位，0表示低电位），R- S触发器置1，定时器输出u0=1此时Q=0，定时器内部放电三极管截止，电源 Vc

18、c经R1，R2向电容C充电，uc逐渐升高。当uc上升到VCC时，A2输出由0 翻转为1,这时RD=SD=1，R-S触发顺保持状态不变。所以0tt1期间，定时器 输出u0为高电平1。7三T武汉理工大学数字电子技术课程设计比较器A1的输出由1变为0,这时RD=0, SD=1, R-St=t1时刻，uc上升到2VCC,触发器复0,定时器输出u0=0。_t1tt2期间，Q=1，放电三极管T导通，电容C通过 R2放电。uc按指数规律 下降，当ucx r *xxrracxrrxzrrzz r re&x r zrxrxrtxnxrxr,zr z rix r r=Z Hgx r r*LLUJLLLHHHI-H

19、LHHL H3： L Lrnrxrr*XXzrr*XXX X Xflrx r rLt-r 严工 HH3CHr-H XAx r rLHHr* xxxxrxxrxx r =电H L Lrzrr-rzrzr-zrrrx r xir-f*LHHHLLHSC 严 H HHLLL Xx r* rlhhhhhhhlhwhhhl r严ODrr H c y n UO 00,J CTlP XUjHj 一 CD*Y4 Y5 X6he15141312111091 ( 0 -Ed OU- D0HN * 11 ! 11mi74LS192D74LS00DU11IX VCCIB ikIT 4B2k 4Y 2B g2Y 1R5

20、WD 3Y74LSO0D图2-15控制置数单元电路电路的启动与暂停采用一个单刀单掷开关，开关一端接高电位并且和与非门的一 个输入端相连，开关另一端接地，与非门另一端接高电平。当需要开启电路时， 将开关闭合，即接地，此时与非门输入为 0,则输出为1,将此与非门的输出接 另一个与非门的一个输入端，与非门另一个输入端接秒脉冲，从而第二个与非门 就会正常输出脉冲信号，这个脉冲信号接到秒个位计数器DOWN端，从而使电路开始计时工作。需要暂停时打开开关，其工作原理与启动时相同控制电路启动 单元电路如图2-16所示：18武汉理工大学数字电子技术课程设计图2-16控制电路启动单元电路计时时间到后报警和停止电路

21、工作采用一系列门电路实现。主要使用的芯片是四 输入或非门的CD4002和四输入与门74LS21。CD4002的引脚图如图2-17所示:74LS21的引脚图如图2-18所示:根据电路的工作原理知，当计数完成后电路的四个数码管均显示0,即计数器的各输出端均为零，可以利用四个四输入或非门输入分别接四个计数器的输出，四 个或非门的输出接在一个四输入与门，与门输出接发光二极管共阳极（阴极接 地）和555定时器RST端。19U11Q L74LS04DHA宅AYJLY 忙石首吕吕电4 * _A YAYAY111 1 2 1 3 3 S1A VCCIB4A45tk2&3X1Y3BCTD374LS00D3 3k

22、Q-74LS00D武汉理工大学数字电子技术课程设计当计时完成时，四个或非门均输出 1则与门输出1使发光二极管亮的同时使 555定时器复位，则秒信号发生器就会停止产生脉冲信号，从而使电路停止工 作，控制停单元电路如图2-19所示：图2-19控制停单元电路20武汉理工大学数字电子技术课程设计3模块总体电路实现及工作原理3.1整体电路的实现经过以上分析，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；计时电路采用四片74LS192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。另外两片构成一百进制计数器，来计数秒的借位信号，同时实现预置数功能。

23、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74LS138作为译码输出进行不同的组合，完成控制，整 体电路图如图3-1所示：图3-1总体电路图3.2总体电路工作原理开始工作前先通过闭合开关J2和J3并借助脉冲对计时器分十位和分个位进行预 置数，即进行定时，定时完成后将 J2、J3打开。然后，将开关J1闭合启动电 路，开始倒计时秒计时实现倒计时功能。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，红色灯亮；39到30秒时暂停，黄灯亮；29到10 秒

24、时反转，绿灯亮；21武汉理工大学数字电子技术课程设计9到0秒时暂停，黄灯亮。在这里的设计举例说明，例如29到10秒时绿灯亮，此时分钟为1或2,所以此时的译码输出为 丫1或丫2，致使蓝灯亮。电路计时时间结束时电路停止工作，同时蓝灯亮。22武汉理工大学数字电子技术课程设计4仿真结果及分析4.1仿真结果4.1.1时间预置开始仿真后闭合开关J2、J3进行时间预置，预置到预期示数后断开相应开关，例 如要设定时间为21分钟，则断开J2、J3后分电路数码管显示21,秒电路显示 60,仿真结果如图4-1所示：图4-1时间预置仿真结果4.1.2正转提示功能时间预置数完成后闭合J1，秒电路开始倒计时，秒电路显示示

25、数在40s59s时表示正转，此时红灯亮，仿真结果如图4-2所示：23武汉理工大学数字电子技术课程设计图4-2正转提示仿真结果4.1.3暂停提示功能当秒电路时间显示为30s39s或者0s9s时暂停，此时黄灯亮，仿真结果如图4-3所示：24&04D二二.L PU.WC 益1T=1T*T4LSMCI武汉理工大学数字电子技术课程设计图4-3暂停提示结果仿真4.1.4反转提示功能当秒电路示数为10s29s时反转，此时绿灯亮，仿真结果如图 4-4所示:25tunz.ML SOOD74L 霽 Dg武汉理工大学数字电子技术课程设计图4-4反转提示仿真结果4.1.5计时结束报警功能当计时结束，即所有示数均为0时

26、蓝灯亮，仿真结果如图4-5所示:图4-5计时结束报警提示仿真结果4.2仿真结果分析multisim的蜂鸣和电机模难得实设计的每一个模块的功能都能实现，但是由于 现，因而存在缺陷。26-4-KO HEXU1MT4-LS1B2DDCD_HEXML MCD11_ZE U 瓷-EUnnnnnnlrl武汉理工大学5实物展示 实物展示如图数字电子技术课程设计5-1所示:图5-1实物图27武汉理工大学数字电子技术课程设计6安装调试遇到的问题与总结体会6.1安装调试中遇见的问题及解决方法Multisim软件有一个缺点就是两个原件放得比较近时管脚直接连在了一起，结果 又得连上了，而有的是没有连上的，这是很头疼的

27、事情，经常几个一模一样的元 器件，一模一样的操作放置，最后就是会出现问题，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protues就没有问题，之前显示译码一直用的是模拟器件，之后发现Multisimvll.O能够完成数码管的译码显示，就用了Multisim 11.0。不过显示的还是没有模拟的稳定。可能是电脑的问题，Multisim11.0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

28、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。实物制作是很头疼的一件事情，因为硬件电路十分复杂，为了节约时间就使用了 面包板和导线进行连接。由于导线数量较多且各芯片引脚图不一，在连线过程中 出现了一些混乱，后来花了很大的功夫才把线路检查完。可能是由于某根导线内 部断了或者哪里接触不良，调试了很久板子都没有正常工

29、作，这是这次课程设计 最大的遗憾。6.2总结与体会这次课程设计我的课题是简易洗衣机的设计与制作，本次任务的主要难度是对电路 的设计和芯片的选取。通过本次实践，我在已有的数电知识的基础上，进一步加深 了对这门课程的了解，如74LS192等芯片的工作原理、各种元件在实际中的应用 等，同时锻炼了自己的动手能力。我最先要做的是绘制一份合理的洗衣机控制电路的电路原理图，在这过程中我们 根据各种元件的用途、型号及实际应用效果，查找了许多有关方面的资料，也观察分 析了许多28武汉理工大学数字电子技术课程设计功率放大器的电路图，在设计的过程中需要兼顾电路各模块的功能，需要根据需 求设计中间元件的参数。之后参考

30、了前辈们设计的电路图后成功设计出了电路 图。接着我们开始了用Multisim进行仿真，由于之前没有用过这个软件，因此安装、 汉化、破解这个软件花费了我较长时间。之后对这个软件的运用比较顺利，没有 遇见太大问题，仿真也检测出了电路中出现的一些问题，经过分析和简化电路完 成了仿真。接下来我购买了所需的电路元件，开始了我们的实物焊接阶段。由于本次课程设 计需要的芯片等原件较多，焊接电路时有一个地方没焊接好整个电路就不能工 作，因此我选择了较好调试和连接的面包板。在进行电路连接时要自己对面包板 上元件进行线路布置，增加了很大的难度。在此期间，除了需要对引脚较清楚的 了解外，还要考虑电元件摆放和连线的美

31、观性等，所以想要接出一块实用又美观 的板子，还要经过一番考虑和布置。通过这短暂几天的学习，让我体会到想要使用数字电路的各类芯片实现某个功能 的实际与理论又很大的区别。在我学习的过程中不仅考验了我对知识的吸收和掌 握，而且也考验了我的细心和耐心。作为一个电子专业的学生，我深知课程设计 的重要性，这次课程设计我从刚开始的什么都不懂不会不敢不碰，到现在的基本 了解了一个电路元件是如何构成的，还有以前看的集成板上让人难琢磨的电路焊 接图我都可以看懂一些了。完成这次课程设计我觉得收获很多，不但进一步掌握了知识，还提高了自己的设 计能力及动手能力，更多的是让我看清了自己，明白了凡事需要耐心，实践是检 验真

32、理的唯一标准，理论知识的不足在这次实习中表现的很明显。这将有助于我 今后的学习，端正自己的学习态度，从而更加努力的学习。只有这样我们才能真 正的去掌握它，而不是只懂得一点皮毛。对我而言，知识上的收获重要，精神上 的丰收更加可喜。29武汉理工大学数字电子技术课程设计7元器件清单収扭J1奄2个510K电阳1不3facffewi1 f410uf电界I卜5OL luf吃择I W6灯詭童缺发光二橇管555n674LS192191074LS481171LS138-K127ILS01D.片13CDI002陶片11TS2W片1516K130武汉理工大学数字电子技术课程设计参考文献1 刘可文，数字电子电路与逻辑设计科学出版社，2013 2谢自美，电子线路设 计实验测试第三版华中科技大学出版社，20062 梁宗善，新型集成电路的应用 一一电子技术基础课程设计华中科技大学出版 社3 梅生，电子技术基础课程设计高等教育出版社4 伍时和，数字电子技术基础主编清华大学出版社 编写委员会编，中国集成电路大全，中国集成电路大全TTL集成电路.北京:国防工业出版社31武汉理工大学数字电子技术课程设计附录1本科生课程设计成绩评定表指导教师签字:年月 日32