簡易洗衣機(jī)控制器匯總

1、1 設(shè)計(jì)思路1.1設(shè)計(jì)總體思路從課程設(shè)計(jì)要求來看，要求實(shí)現(xiàn)電機(jī)的正傳、反轉(zhuǎn)、暫停，實(shí)際上沒又電機(jī)給我們接上，這回要用四個(gè)LED燈的狀態(tài)來表示，當(dāng)顯示時(shí)間前20秒正傳、暫停10秒、反轉(zhuǎn)20秒、再暫停10秒，如此一來，周期恰好是60秒，理所當(dāng)然的分鐘計(jì)數(shù)器、秒計(jì)數(shù)器是一定要有的。接下來脈沖是一定的了，但是有分鐘計(jì)數(shù)器和秒鐘計(jì)數(shù)器還要考慮是不是要60分頻器，就我們所學(xué)過的來說實(shí)現(xiàn)循環(huán)有移位寄存器；還有個(gè)問題，當(dāng)洗滌時(shí)間到了，報(bào)警還要一個(gè)報(bào)警電路，根據(jù)人性化、自動(dòng)化、低成本的設(shè)計(jì)原則，報(bào)警的蜂鳴器不可以長時(shí)間的叫，要有個(gè)合理的時(shí)間，我們可以用一個(gè)單穩(wěn)態(tài)電路來實(shí)現(xiàn)。看起來還不錯(cuò)啊，如果這樣想那就嫌早了點(diǎn)

2、，還有一個(gè)問題要解決：如何提取時(shí)間并使循環(huán)電路工作的信號(hào)?直接從數(shù)值上進(jìn)行提取信號(hào)來控制一個(gè)可以實(shí)現(xiàn)循環(huán)的74LS192來實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)在大體上就這樣計(jì)劃，下面說說基本原理。1.2基本原理首先，從秒脈沖出來的信號(hào)，經(jīng)過一個(gè)控制電路后進(jìn)入秒計(jì)數(shù)器進(jìn)行秒計(jì)數(shù)，進(jìn)行清零，這時(shí)用戶置入洗滌時(shí)間，并按開始按鈕，洗衣機(jī)開始工作。當(dāng)秒計(jì)數(shù)器變?yōu)榱愕臅r(shí)候，去分鐘計(jì)數(shù)器上面借數(shù)；與此同時(shí)，從十秒位轉(zhuǎn)化出來的信號(hào)進(jìn)入移位寄存器后，LED燈表示出電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)；當(dāng)用戶設(shè)定的洗滌時(shí)間結(jié)束后，電路報(bào)警并清零；同時(shí)電機(jī)指示燈熄滅。1.3系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖如下圖所示2 電路模塊設(shè)計(jì)2.1芯片74ls192的邏輯功能74LS192的功能表

3、如下表邏輯示意圖所示輸入輸出MRPLUPDND3D2D1D0Q3Q2Q1Q01000000dcbadcba011加計(jì)數(shù)011減計(jì)數(shù)2.2 1Hz矩形脈沖產(chǎn)生電路需要的秒脈沖發(fā)生器可以由一個(gè)集成的555定時(shí)器構(gòu)成，當(dāng)電源接通后，VCC通過對R1、R2向電容充電。電容上得到電壓按指數(shù)規(guī)律上升，當(dāng)電容上的電壓上身到2/3VCC時(shí)，輸電壓VO為零，電容放電。當(dāng)電壓下降到1/3VCC時(shí)，輸出電平為高電平，電容放電結(jié)束。這樣周而復(fù)始便形成了振蕩。如下圖1Hz矩形脈沖波產(chǎn)生電路。555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器所輸出的矩形脈沖信號(hào)的頻率計(jì)算式為故選定元件參數(shù)，R1=63K，R2=40K，C1=0.1uF，C2=

4、10uF。其中電容C2的作用是抗干擾用的，以提高電路的穩(wěn)定性。2.3 遞減計(jì)數(shù)器與時(shí)間顯示（1）分、秒計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)一百進(jìn)制分計(jì)數(shù)器和六十秒計(jì)數(shù)器的原理是一樣的，不同的只是它們的輸入脈沖和進(jìn)制不同而已，我們用四片74LS192來實(shí)現(xiàn)分計(jì)數(shù)和秒計(jì)數(shù)功能，我們要的只是減計(jì)數(shù)，所以我們把它的UP端接到高電平上去,DN端接到秒脈沖上；十分秒位上的輸入端B、C端接到高電平上，即從輸入端置入0110（十進(jìn)制的6），秒十位的PL端和借位端TCD聯(lián)在一起，再把秒位的TCD端和十秒位的DN聯(lián)在一起。當(dāng)秒脈沖從秒位的DN端輸入的時(shí)候秒計(jì)數(shù)的192開始從9減到0；這時(shí)，它的借位端TCD 會(huì)發(fā)出一個(gè)低電平到秒十位的輸入

5、端DN，秒十位的計(jì)數(shù)從6變到5，一直到變?yōu)?；當(dāng)高低位全為零的時(shí)候，秒十位的TCD發(fā)出一個(gè)低電平信號(hào)，DN為零時(shí)，置數(shù)端PL等于零，秒十位完成并行置數(shù)，下一個(gè)DN脈沖來到時(shí)，計(jì)數(shù)器進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)減計(jì)數(shù)工作中。對于分計(jì)數(shù)來說，道理也是一樣的；只是要求，當(dāng)秒計(jì)數(shù)完成了，分可以自動(dòng)減少，需要把秒十位的借位端TCD端接到分計(jì)數(shù)的DN端作為分計(jì)數(shù)的輸入信號(hào)來實(shí)現(xiàn)秒從分計(jì)數(shù)上的借位。當(dāng)然，這些計(jì)數(shù)器工作，其中的清零端MR要處于低電平，置數(shù)端不置數(shù)時(shí)要處于高電平。這是一個(gè)獨(dú)立工作的最高可以顯示101分鐘的計(jì)時(shí)器。把四個(gè)192的QA/QB/QC/QD都接到外部的顯示電路上就可以看到時(shí)間的顯示了。作為洗衣機(jī)控制

6、器的一個(gè)模塊，它還得有一定的接口來和其他的模塊連接在一起協(xié)調(diào)工作，分計(jì)數(shù)的清零端MR是接在一起的；秒的清零端PL又是接在一起的，所以當(dāng)要從外部把它們強(qiáng)制清零時(shí)，可以用兩個(gè)或門就可以實(shí)現(xiàn)該功能。還有我們可以利用分計(jì)數(shù)的UP端來進(jìn)行外部置數(shù)，當(dāng)把它們各接到一個(gè)低觸發(fā)（平時(shí)保持高電平，外部給一個(gè)力就輸入一個(gè)低電平）的脈沖上 就可以實(shí)現(xiàn)從09的數(shù)字輸入。 (2)分、秒計(jì)數(shù)器的電路圖2.4 洗滌時(shí)間設(shè)置電路 我們可以利用分計(jì)數(shù)的UP端來進(jìn)行外部置數(shù)，當(dāng)把它們各接到一個(gè)低觸發(fā)（平時(shí)保持高電平，外部給一個(gè)力就輸入一個(gè)低電平）的脈沖上 就可以實(shí)現(xiàn)從09的數(shù)字輸入。因此設(shè)計(jì)出洗滌時(shí)間設(shè)置電路如下圖洗滌時(shí)間設(shè)置電

7、路，每次按動(dòng)開關(guān)都將使洗滌時(shí)間的對應(yīng)位（十位或者個(gè)位）增加1，最大增加至9，又由于所設(shè)置洗滌時(shí)間為60分內(nèi)，故當(dāng)我們對洗滌時(shí)間進(jìn)行設(shè)置時(shí)，十位所置數(shù)小于6。2.5 工作狀態(tài)顯示電路 第一步：分析洗衣機(jī)的工作狀態(tài)，對于洗衣機(jī)電機(jī)的工作順序有“啟動(dòng)正轉(zhuǎn)20s暫停10s反轉(zhuǎn)20s暫停10s停止. ”，我們可以將三種工作狀態(tài)假設(shè)為正轉(zhuǎn)，暫停，反轉(zhuǎn)依次設(shè)為01,00,10。從而設(shè)計(jì)出合適電路如下圖工作狀態(tài)顯示電路： 第二步：分析實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中要求用4個(gè)LED模擬洗衣機(jī)的動(dòng)作狀態(tài):LED1LED4右移循環(huán)點(diǎn)亮表示正轉(zhuǎn)，LED1 LED4左移循環(huán)點(diǎn)亮表示反轉(zhuǎn)，LED1LED4同時(shí)閃爍點(diǎn)亮表示暫停，全滅為停止，顯

8、然可以利用移位寄存器來設(shè)計(jì)，但是由于本次設(shè)計(jì)未能成功利用移位寄存器仿真而轉(zhuǎn)換了思路，選擇了利用正轉(zhuǎn)、暫停、反轉(zhuǎn)的三種不同狀態(tài)分別為01、00、10，以1表示工作以0表示暫停從而分次序的完成設(shè)計(jì)。首先，考慮到LED的連續(xù)循環(huán)點(diǎn)亮，可以想到控制LED一端電平的連續(xù)循環(huán)變化達(dá)到要求，又由于有4個(gè)LED,我們采用4進(jìn)制計(jì)數(shù)器即可產(chǎn)生循環(huán)變化的4個(gè)數(shù)，這樣我們可以利用譯碼器從而在4個(gè)輸出端得到依次變化的低電平，如此，我們可以將LED另一端接高電平，從而實(shí)現(xiàn)循環(huán)點(diǎn)亮。其次，考慮到存在正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)兩種不同狀態(tài)，我們需要改變譯碼器輸入端的數(shù)字變化次序，如此分析四個(gè)數(shù)字變化規(guī)律，以及利用正反轉(zhuǎn)表示狀態(tài)的不同來設(shè)計(jì)

9、出合適門電路。在此次設(shè)計(jì)中，我們采用74ls192構(gòu)成一個(gè)4進(jìn)制減數(shù)計(jì)數(shù)器，同時(shí)利用正反停指示器1在正轉(zhuǎn)時(shí)電平為0，反轉(zhuǎn)時(shí)電平為1來構(gòu)成合適門電路。簡略列出真值表如下表正反轉(zhuǎn)指示電路邏輯表：正反停指示器1計(jì)數(shù)器輸出譯碼器輸入端0（正轉(zhuǎn)）11110（正轉(zhuǎn)）10100（正轉(zhuǎn)）01010（正轉(zhuǎn)）00001（反轉(zhuǎn)）11001（反轉(zhuǎn)）10011（反轉(zhuǎn)）01101（反轉(zhuǎn)）0011 于是我們可以發(fā)現(xiàn)我們可以利用異或門電路來完成這一構(gòu)想，從而實(shí)現(xiàn)出正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)兩種狀態(tài)下LED不同的循環(huán)狀態(tài)。最后，剩下的就是暫停狀態(tài)的顯示了。先區(qū)分出暫停與工作狀態(tài)的不同，利用上面設(shè)置的工作狀態(tài)表示，我們可容易得到工作以1表示，暫

10、停以0表示。如此可利用這兩種電平控制譯碼器的工作，容易得到工作時(shí)狀態(tài)如上步分析，暫停時(shí)燈全部熄滅。為使其能閃爍，我們可以考慮利用脈沖信號(hào)，工作狀態(tài)的表示與門電路來設(shè)計(jì)。綜合上述分析，我們可以設(shè)計(jì)出LED控制電路如下圖控制電路2.6 控制開關(guān)現(xiàn)在各單元電路完成了，最后要把它們有效的結(jié)合起來聯(lián)合工作，實(shí)現(xiàn)目的功能。我們要求在給分鐘置數(shù)的同時(shí)秒要顯示為零；外部還要有強(qiáng)制停止并清零；還有暫停功能。 對于置數(shù)來說，我們可以在分鐘計(jì)數(shù)器的UP端到高電平之間各用一個(gè)開關(guān)接上，就當(dāng)給它一個(gè)低電平時(shí)，計(jì)數(shù)器就往上增加1。但是，192要求在UP端工作的同時(shí)，其DOWN端要為高電平，且秒計(jì)數(shù)器要為零，我們可以讓秒計(jì)

11、數(shù)器清零，同時(shí)把脈沖停止了。在高電平上接上一個(gè)開關(guān)，讓它接到一個(gè)JK觸發(fā)器上，同時(shí)把JK觸發(fā)器的JK端接1，讓它實(shí)現(xiàn)觸發(fā)功能。讓它的Q端輸出到秒計(jì)數(shù)器的清零端，這樣剛開機(jī)或者再按一下開機(jī)鍵就可以對秒計(jì)數(shù)器清零。把JK觸發(fā)器的Q反端和從分計(jì)數(shù)器借位端LCD反相出來的信號(hào)接到一個(gè)與非門上，從與非門出來的信號(hào)接到分計(jì)數(shù)器的DOWN端來保證置數(shù)的時(shí)DOWN是高電平。但是如果僅是這樣的話，當(dāng)置數(shù)完成再一次按開機(jī)鍵（如圖所示）時(shí)，沒有脈沖信號(hào)輸入到秒計(jì)數(shù)器的DOWN端，192并不可以工作。我們可以把脈沖和JK觸發(fā)器Q反端接到一個(gè)與門上，然后把它上輸出端接到秒計(jì)數(shù)器的DOWN端以控制計(jì)數(shù)。先歇息一下?，F(xiàn)在的

12、問題是，循環(huán)的發(fā)光二極管沒有受到控制鍵的控制，所以還得把受到控制的從與門U12出來的信號(hào)輸出到移位寄存器194的時(shí)鐘信號(hào)CLK上。最后要解決一個(gè)大問題，當(dāng)所置的洗衣時(shí)間完成后，要發(fā)出報(bào)警并自動(dòng)清零。至于報(bào)警電路我們知道當(dāng)計(jì)數(shù)器全為零的時(shí)候，從秒位會(huì)發(fā)出一個(gè)借位信號(hào)，一直接到十分位上去，十分位會(huì)發(fā)出一個(gè)借位信號(hào)，我們可以用這個(gè)信號(hào)來作為報(bào)警并清零的信號(hào)，平時(shí)192的借位端保持的是高電平，當(dāng)有借位信號(hào)時(shí)，其變成0，我們在分十位借位端接一個(gè)非門，再把它和分位的CLR端一起接到一個(gè)與門，也需要把它接到一個(gè)JK觸發(fā)器（U10）上作為其時(shí)鐘信號(hào)，其后再接到單穩(wěn)態(tài)電路的輸入端TRI，單穩(wěn)態(tài)的輸出端接到蜂鳴器

13、上。而該與門（U14）的另一輸入端接在控制開關(guān)J3上，與門出去仍然接在JK觸發(fā)器U9上，這樣當(dāng)洗衣時(shí)間完成后，十分計(jì)數(shù)器的借位端TCD端發(fā)出的0信號(hào)就可以經(jīng)過以上路徑而變成1到達(dá)與門，同時(shí)JK觸發(fā)器得到一個(gè)觸發(fā)信號(hào)而輸出到單穩(wěn)態(tài)，但一段時(shí)間后其自動(dòng)停止。同時(shí)發(fā)出的1信號(hào)使U9發(fā)出1信號(hào)而使秒計(jì)數(shù)器清零；當(dāng)然秒脈沖因?yàn)閁9端的Q反端的0信號(hào)而使其沒有輸出，這樣原來閃爍的燈不再亮了。到此，一個(gè)電路總算還可以了吧，我們有時(shí)還需要讓它休息一下，我們改變一下洗衣量時(shí)，就還需要一個(gè)暫停鍵，只要把秒脈沖切斷就可以了。我們可以在控制脈沖輸出的與門U12和脈沖到達(dá)端之間接入一個(gè)由開關(guān)控制的JK觸發(fā)器來控制的與門

14、，這樣就可以控制脈沖的輸出了。我們知道與門是其中一輸入為零時(shí)，無論另一端時(shí)怎樣的其輸出為零，但一端為1時(shí)，另一端輸入什么與門就可以輸出什么。現(xiàn)在控制端也連起來了，這樣，一個(gè)完整的洗衣機(jī)控制電路就完成了。LED模擬洗衣機(jī)工作狀態(tài)的同時(shí)，也作為洗衣機(jī)的報(bào)警系統(tǒng)，全滅為報(bào)警。3 電路圖 綜合上面的原理，設(shè)計(jì)思路，以及每部分電路的設(shè)計(jì)，得到電路圖如下圖4元件清單元件序號(hào)元件型號(hào)主要參數(shù)數(shù)量C1Cap0.1uF1C2Cap10uF1U1-U4, U1074LS1925U5-U874LS484U1274LS1121U135551U14A, U14B, U14C, U18A, U18B74LS005U15A

15、, U15B74LS322U16A, U16B74LS862U17A, U17B, U17C, U17D, U20A74LS085U19NOT1D1-D4LED-RED4SW1SW -SPDT1R163k1R240k1R3-R510k35分析與改進(jìn)5.1改進(jìn)：需改進(jìn)點(diǎn)1：控制開關(guān)的設(shè)定需改進(jìn)點(diǎn)2：工作60分鐘后的清零設(shè)置需改進(jìn)點(diǎn)3：LED控制電路中的燈的循環(huán)及其閃爍控制需改進(jìn)點(diǎn)4：分秒置數(shù)開關(guān)的設(shè)定改進(jìn)1：利用開關(guān)控制555的電源輸入。電路功能實(shí)現(xiàn)：兩個(gè)置數(shù)開關(guān)可以控制洗滌時(shí)間的設(shè)置，控制開關(guān)控制電路的工作，復(fù)位開關(guān)控制顯示器的清零。改進(jìn)2：利用十分位計(jì)數(shù)器的借位端平常均為1，工作到60分鐘后

16、為0的特性，設(shè)置為JK觸發(fā)器的脈沖輸入，從而控制清零端MR。改進(jìn)3： LED的循環(huán)閃亮主要是改變譯碼器的輸入端，正轉(zhuǎn)時(shí)為輸入順序位A，反轉(zhuǎn)時(shí)輸入順序應(yīng)該相反，設(shè)置好4進(jìn)制計(jì)數(shù)器，然后利用其輸出端Q1、Q0的變化規(guī)律列出真值表，求出所需門電路。改進(jìn)4：利用觸發(fā)器有UP上升沿觸發(fā)特性，為其可控置入低電平以改變十分位和個(gè)分位的顯示。5.2電路分析控制開關(guān)SW1控制電路的啟動(dòng)、停止工作，當(dāng)SW1撥通時(shí)，電路接通，正常工作；當(dāng)SW1撥向地時(shí)，電路停止工作。兩個(gè)置數(shù)按鈕可以控制洗滌時(shí)間的設(shè)置，每按動(dòng)一次設(shè)置button鍵，出現(xiàn)一次時(shí)鐘脈沖信號(hào)，計(jì)數(shù)器加1，從而沖洗滌時(shí)間在0-90分鐘內(nèi)任意設(shè)定（滿足60分鐘的要求）。復(fù)位開關(guān)控制顯示器的清零。 譯碼器和邏輯門電路產(chǎn)生01、00、10三種不同狀態(tài)控制洗衣機(jī)正轉(zhuǎn)、暫停、反轉(zhuǎn)。若設(shè)置一個(gè)50s周期內(nèi)，前20s四個(gè)燈紅燈右移點(diǎn)亮，表示正轉(zhuǎn)；10s 四個(gè)