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課程設計 簡易洗衣機控制器 現(xiàn)代社會人們的生活水平越來越高，洗衣機作為一種方便人們洗滌的設備進入了千家萬戶。洗衣機控制器的設計也變的越來越重要。隨著大規(guī)模集成電路技術的發(fā)展，人們的日常生活越來越數(shù)字化和集成化，洗衣機控制器的發(fā)展也在不斷的前進。 從課程設計要求來看，本次設計用到了我們熟悉的555定時器構成的多諧振蕩器來產生脈沖，74LS192芯片,數(shù)碼管等電路器件，理所當然的分鐘計數(shù)器、秒計數(shù)器是一定要有的。通過一些基本的電路元件（電阻、電容）和門電路（非門、或門、與門、與非門、異或門）將各個電路器件連接起來，除了這些，還要求在定時結束后有一個指示燈來提示定時時間到，還要求電路有清零和指數(shù)的功能，這些用邏輯電平開關即可以實現(xiàn)。 1、設計任務和指標 設計一個電子定時器，控制洗衣機按如圖1洗滌模式進行工作，具體指標如下： 圖1、洗滌模式 （1） 當定時時間達到終點時，一方面使用電機停機，同時發(fā)出音響信號（可換成指示燈）提醒用戶。 （2） 用兩位數(shù)碼管顯示洗滌預置時間（以分鐘為單位），按倒計時方式對洗滌過程作計時顯示，直到時間到而停機。 （3） 三只LED燈表示“正轉”、“反轉”和“暫?！?個狀態(tài)。 2、設計原理和參考電路 （1） 設計方案 首先，從秒脈沖出來的信號，經過一個控制電路后進入秒計數(shù)器進行秒計數(shù)，進行清零，這時用戶置入洗滌時間，并按開始按鈕，洗衣機開始工作，當秒計數(shù)器變?yōu)榱愕臅r候，去分鐘計數(shù)器上面借數(shù)；與此同時，從十秒位轉化出來的信號進入移位寄存器后，LED燈表示出電機運轉狀態(tài)；當用戶設定的洗滌時間結束后，電路報警并清零；同時電機指示燈熄滅。該方案的原理框圖如圖2所示。 如圖2. 整體設計框圖 分析：本定時器實際上包括兩級定時的概念，一是總洗滌過程的定時，二是在總洗滌過程中又包含電機的正轉、反轉和暫停三種定時，并且這三種定時是反復循環(huán)直至所設定的總定時時間的位置。當總定時時間在0~20min以內設定一個輸入之后T為高電平1，然后用倒計時的方法每分鐘減1直至T變?yōu)?，在此期間，若Z1=Z2=1，實現(xiàn)正轉；若Z1=Z2=0，實現(xiàn)暫停；若Z1=1,Z2=0,實現(xiàn)反轉，工作波形如下圖所示。 將定時初值預置到計數(shù)器中，使計數(shù)器運行在減計數(shù)狀態(tài)，當減到全零時，則定時時間到。由秒脈沖發(fā)生器產生的時鐘信號經60分頻后，得到分脈沖信號，洗滌定時的時間初值先通過數(shù)碼開關設置到洗滌時間計數(shù)器中，每當分脈沖到來計數(shù)器減1，直至減到定時時間為止。運行中間，剩余時間經譯碼后在數(shù)碼管上進行顯示。 （2） 電路設計 1、 秒脈沖發(fā)生器 圖3、 555定時器構成的多諧振蕩器 由555定時器構成的多諧振蕩器的電路圖如圖3所示，由于555定時器內部的比較器靈敏度高，輸出驅動電流大，功能靈活，而且采用差分電路形式，它的振蕩頻率受電源電壓和溫度的影響很小。所以由555定時器構成的多諧振蕩器的振蕩頻率穩(wěn)定，不易受干擾。因此，選擇用555定時器構成多諧振蕩器，使之產生周期為1s，頻率為1Hz的脈沖。 由555定時器組成多諧振蕩器產生時鐘脈沖，電路接通后在3端產生了連續(xù)的時鐘脈沖，周期T=0.7(R1+2R2)C,頻率f=1/T=1Hz左右 圖4、555定時器的引腳圖 仿真出來的輸出信號見下圖： 2、分秒計時器 一百進制分計數(shù)器和六十秒計數(shù)器的原理是相同的，不同的是它們的輸入脈沖和進制不同而已。在此，用四片74LS192來實現(xiàn)分計數(shù)和秒計數(shù)功能，要求需要減計數(shù)，所以把它的UP端接到高電平上去,DOWN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（十進制的6），秒十位的LD端和借位端BO聯(lián)在一起，再把秒位的BO端和十秒位的DOWN聯(lián)在一起。當秒脈沖從秒位的DOWN端輸入的時候秒計數(shù)的74192開始從9減到0；這時，它的借位端BO會發(fā)出一個低電平到秒十位的輸入端DOWN，秒十位的計數(shù)從6變到5，一直到變?yōu)?；當高低位全為零的時候，秒十位的BO發(fā)出一個低電平信號，DOWN為零時，置數(shù)端LD等于零，秒十位完成并行置數(shù)，下一個DOWN脈沖來到時，計數(shù)器進入下一個循環(huán)減計數(shù)工作中。 對于分計數(shù)來說，道理也是一樣的；只是要求當秒計數(shù)完成了，分可以自動減少，需要把秒十位的借位端BO端接到分計數(shù)的DOWN端作為分計數(shù)的輸入信號來實現(xiàn)秒從分計數(shù)上的借位。當然，這些計數(shù)器工作，其中的清零端CR要處于低電平，置數(shù)端不置數(shù)時要處于高電平。這是一個獨立工作的最高可以顯示101分鐘的計時器。把四個192的QA/QB/QC/QD都接到外部的顯示電路上就可以看到時間的顯示了。作為洗衣機控制器的一個模塊，它還得有一定的接口來和其他的模塊連接在一起協(xié)調工作，分計數(shù)的清零端LD是接在一起的；秒的清零端LD又是接在一起的，所以當要從外部把它們強制清零時，可以用一個三極管（NPN）或者兩個或門就可以實現(xiàn)該功能。還有我們可以利用分計數(shù)的UP端來進行外部置數(shù)，當把它們各接到一個低觸發(fā)（平時保持高電平，外部給一個力就輸入一個低電平）的脈沖上就可以實現(xiàn)從0－9的數(shù)字輸入。 圖5、分秒計時器 其中J1，J2，J3，J4為置數(shù)開關，若不置數(shù)則為洗衣機原定工作時間10分鐘，操作開關可使洗衣機工作時間變長；J5為清零開關，用來使定時清零；J6是暫停開關，可以手動對洗衣機進行暫停控制。 3、時間譯碼器 在時間譯碼，狀態(tài)轉化的單元電路中，用三個指示燈，分別是黃燈代表“正轉”、 綠燈代表“暫?！?、橙燈代表“反轉”。從60秒到40秒內第一個燈亮，從40到30秒內是第二個燈亮。在30到10秒內是第三個燈亮，然后剩下的十秒鐘是第二個燈亮，如此完成第一個循環(huán)，剛好一分鐘，之后的時間依次循環(huán)。當時間減到0時，由報警燈亮，用紅燈表示，提醒定時時間到。由于Z1、Z2的定時長度可分解為10s的倍數(shù)，由秒脈沖到分脈沖的變換的60進制計數(shù)器的狀態(tài)中可以找到Z1、Z2的定時信號，經譯碼后得到如波形Z1、Z2所示的信號。這兩個信號以及定時信號T控制門輸出后，得到推動電機的工作信號。仿真電路如下圖示： 如圖6、時間譯碼器及控制門 4、 總電路 總電路圖：由各單元電路綜合連接得到。此電路可基本實現(xiàn)洗滌狀態(tài)、洗滌剩余時間的顯示，洗滌時間的預置，強制停機，啟動可控等功能。 如圖7、總電路圖 2、調試要點 本設計在進行整體電路連接之前，應對各個部分的電路逐一進行安裝與調試。 （1）NE555時鐘脈沖產生電路 按圖連接，在3端接數(shù)字示波器，用CH1通道觀察波形，判斷多諧振蕩器是否能工作。 （2）分秒計時器 按圖連接，用四片74LS192來實現(xiàn)分計數(shù)和秒計數(shù)功能，要求需要減計數(shù)，所以把它的UP端接到高電平上去,DOWN端接到秒脈沖上。 （3）時間譯碼器 按圖連接，將計時信號通過門電路輸出，以指示燈表示信號，使洗衣機工作時滿足60到40秒時正轉，綠燈亮；39到30秒時暫停，橙燈亮；29到10秒時反轉，黃燈亮；9到0秒時暫停，橙燈亮。 5.設計要求 (1) 確定簡易洗衣機控制器的總體設計方案，畫出總框圖 (2) 劃分各個部分的功能，并進行單元電路的設計，畫出邏輯圖 (3) 選擇元器件型號，確定元器件的參數(shù) (4) 畫出總邏輯圖和裝配圖，在面包板上組裝電路 (5) 自擬調整測試方案步驟，并進行電路調試，使其達到設計要求 (6) 寫出設計報告