课程设计洗衣机控制器.docx

洗衣机控制器的设计目录洗衣机控制器的设计1一课题名称1二摘要1三设计任务要求11.设计任务12.设计要求1四设计的系统方案和系统框图11.系统方案选择12.系统框图及设计思路2五单元电路设计、参数计算及器件选择21.单位脉冲电路的设计22.倒计时电路的设计33.工作电机电路的设计44.智能停止工作电路的设计45.主要元器件的介绍4六整体电路图及工作原理6七组装调试内容71.使用的主要仪器仪表72.调试电路的方法和技巧73.遇到的故障、原因、排除方法7八设计电路的优缺点81.优点82.缺点8九系统元器件清单8十参考文献8十一收货体会8一 课题名称洗衣机控制器的设计二 摘要 家用洗衣机是我们日常生活中常用的家用电器之一，它可以自动设定各种洗涤方式、设定洗涤时间，以及能按照固定的工作模式循环工作。虽然从外部看起来它的结构非常的复杂，但是从内部结构分析，它的完全可以使用我们学过的数字电子技术的知识完成其控制系统。从课程设计要求来看，要求实现电机的正传、反转、暂停，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。接下来脉冲是一定要有的，我们可以用555定时器构成的多谐振荡器来产生脉冲。除了这些，还要求在定时结束后洗衣机可以正常的停止工作，还要求电路有清零和置数的功能，这些用逻辑电平开关即可以实现。三 设计任务要求1. 设计任务设计一个洗衣机使其按照下图工作模式进行工作，并可以自定义工作时间。2. 设计要求（1） 洗涤时间在20分钟内由用户自行设定。（2） 用两位数码管显示洗涤的预置时间（以分钟为单位），按倒计时方式对洗涤过程作计时显示，直到时间到而停机。（3） 当定时时间达到终点时，一方面使电机停机，同时发出音响信号提醒用户注意。四 设计的系统方案和系统框图1. 系统方案选择（1） 方案一用数字电路知识做成电路，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，电机按照预定的参数工作;当用户设定的洗涤时间结束后，电路报警并清零;同时电机停止工作。（2） 方案二用单片机做成电路，主要内容:设计一个用单片机控制的洗衣机控制器.以单片机为主控制器，扩展必要的外部电路，没计制作一个洗衣机控制器，并按照给定的程序进行洗涤操作。 方案比较：方案一:数字电路做思路清晰，对各电路比较了解，也符合本课程设计的要求，更能巩固数字电路的知识。方案二:用单片机做虽然感觉更简单，但是由于开发板的原因，费用比较高，又不符合本课程设计的要求。所以我们小组选择方案一。2. 系统框图及设计思路设计思路：从课程设计要求来看，要求实现电机的正传、反转、暂停，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;还有个问题，当洗涤时间到了，报警还要一个报警电路，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74LS192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，尤其是最后的循环电路用四个74LS192一定可以很容易实现。单元电路设计参数计算和器件选择五 单元电路设计、参数计算及器件选择1. 单位脉冲电路的设计由555定时器构成的多谐振荡器的电路图如下图所示，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。因此采用此方案。若要输出1Hz频率的信号，则应满足以下计算公式：F=1.43/(R1+2R2)C12. 倒计时电路的设计因为洗衣机工作模式是以分钟为单位进行计时，74LS192芯片可以进行加法及减法的计数操作，按照如图将四块74LS192串接，实现分钟秒钟计时功能；同时还需要7段共阴数码管进行显示，因为芯片输出以bcd码的形式，所以这里好需要将bcd码翻译为共阴数码管可识别的译码器74LS48。另外，该洗衣机具备定时洗涤功能，在此我们设计了定时开关SW1-SW7。具体电路设计如下图。3. 工作电机电路的设计洗衣机在工作过程中，每分钟要完成正转、反转及停止工作，一共4个不同的工作状态，这里我们用到了74LS137译码器将秒十分位信号转化为8进制数，然后经过与2个非门与马达进行连接，共同控制洗衣机在不同时间段内的工作状态，具体线路如图所示。4. 智能停止工作电路的设计洗衣机工作在计时结束的时候，分钟位均输出为低电平，由于考虑到秒位将要到达00时，会自动借位为59 ，不会出现低电平，因此让洗衣机到达01时输出低电平时，在一系列或门和非门的作用下输出高电平，然后输入到计时电路计数端停止整个电路的工作，蜂鸣器报警。下图即为具体电路图：5. 主要元器件的介绍（1） 元件NE555的介绍NE555定时器是一种多用途的数字一模拟混合集成电路，利用它能极方 便地构成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器。图2为NE555的引脚图。Pin 1(接地)一地线(或共同接地)，通常被连接到电路共同接地。 Pint(触发点)一这个脚位是触发NE555使其启动它的时间周期。触发信号上缘电压须大于213 VAC下缘须低于1/3 VCc。 Pin 3输出)一当时间周期开始NE555的输出输出脚位，移至比电源电压少1.7伏的高电位。周期的结束输出回到0伏左右的低电位。于高电位时的最大输出电流大约200 mA o Pin 4(重置)一个低逻辑电位送至这个脚位时会重置定时器和使输出回到一个低电位。它通常被接到正电源或忽略不用。 Pin 5(控制)一这个接脚准许由外部电压改变触发和闸限电压。当计时器经营在稳定或振荡的运作方式下，这输入能用来改变或调整输出频率。 Pin 6(重置锁定)- Pin 6重置锁定并使输出呈低态。当这个接脚的电压从113 VCS电压以下移至213 VCS以上时启动这个动作。 Pin 7(放电)一这个接脚和主要的输出接脚有相同的电流输出能力，当输出为ON时为LOW，对地为低阻抗，当输出为OFF时为HIGH，对地为高阻抗。 Pin 8 (V +一这是555个计时器IC的正电源电压端。供应电压的范围是+4.5伏特(最小值)至十16伏特(最大值)。（2） 元件74LS192的介绍74LS192同步可逆递增/递减BCD 计数器，其中MR为清零端，PL为置数端，TCD为借位输出端，DN为减计数端，UP为加计数端,D0-D3为输入端，Q0-Q3为输出端，输出的bcd信号。下图即是74LS192的芯片资料及引脚图 74LS192引脚图输入输出MRPLUPDND3D2D1D0Q3Q2Q1Q01×××××××000000××dcbadcba011××××加计数011××××减计数74LS192芯片资料（3） 元件74LS137的介绍74LS137是一种3线-8线译码器/解调器，在3个输入端都加有锁存器。本实验是使用此译码器将输入的3位bcd码转化为八进制的数字电平来控制电机的正传，反转及停止（E1接高电平、LE和E2接低电平），74LS137的芯片引脚图如下：六 整体电路图及工作原理工作原理：用户通过开关设置高低电平预设192芯片的不同位的高低电平来控制洗衣机工作时间，接通电源，震荡电路产生频率为1Hz的高低电平脉冲，秒位倒计时开始，当数据显示为0时自动向前借位，秒十分位达到5和4时，137芯片输出为和（低位高位），与非门产生电位差使电机正转；秒十分位显示为3时，137芯片输出为（低位高位），与非门产生电位差使电机停止；秒十分位显示为2和1时，137芯片输出为和（低位高位），与非门产生电位差使电机反转；秒十分位显示为0时，137芯片输出为（低位高位），与非门产生电位差使电机停止，完成一个周期的工作，当达到用户设定的时间时，显示屏应显示0001，此时在或门作用下输出低电平，经过一个非门产生高电平，输入秒位DN接口，使计时器停止工作，同时连在非门上的三极管接通，是蜂鸣器工作提示洗涤任务完成。七 组装调试内容1. 使用的主要仪器仪表万用表，电骡铁，斜口钳2. 调试电路的方法和技巧数电实验一般设计到的芯片会比较多，引脚也比较复杂，开始做实物之前一定要弄透每个芯片对应的引脚功能，焊接时也要讲原件在洞洞板上面排好版，引脚连线时要再三确定是否连错，检查的时候根据实验现象来检查对应的模块，而不推荐按照设计思路整体将每个模块都分析，严格根据仿真的各个电气节点的具体参数与实际的值进行对比分析，调试时要用好万用表。3. 遇到的故障、原因、排除方法（1） 制作仿真图的时候，在设计洗衣机自动停止工作的模块，当输出0000时洗衣机不能自动停下；因为当出现0000信号时，192芯片在下个脉冲作用下会自动借位，不会出现0000状态；将判断停止工作条件的0000信号改为0001信号就解决了。（2） 刚刚做好实物的时候，数码管显示的数字固定不变，上面的三极管坚持不到2秒钟就烧了；因为震荡电路不能正常产生1Hz的脉冲，所以不会产生上升沿使192芯片动作，而且5v的电源直接长时间接在三极管处；当改变了震荡电路中电阻，电容的参数后解决了问题。（3） 在给数码管置数时，有一个数码管的数字始终为固定值；因为在数码管的输入端的一根连线断了，处于悬空状态；用万用表仔细排查后，重新介入导线问题就解决了。八 设计电路的优缺点1. 优点仿真中用简单的数电逻辑将实验功能完美的实现，涉及到的芯片种类较少、功能比较简单；很巧妙的将数电及模电知识结合，简化了电路的整体结构，在实物的制作上面，排版比较整齐，层次清晰，各工作模块一目了然。2. 缺点本实验涉及到的芯片数量过多，整个电路都使用了5v电源，仿真图中的三极管容易被烧坏，在洗衣机停止工作后，蜂鸣器会一直叫下去，而不会停下来；在实物部分，接线比较多，比较混乱，遇到故障不易排查。九 系统元器件清单名称数量共阴七段数码管474LS48译码器474LS192计数器474LS137译码器174LS04非门174LS00与非门174LS32或门5单刀双掷开关7Ne5551电阻50k2电容10uF2马达1Npn90142蜂鸣器1十 参考文献电子技术课程设计 历雅萍 易映萍编电子技术课程设计指导 彭介华 高等教育出版社电子线路设计、实验、测试 谢自美 华中理工出版社。数字电子技术基础 阎石 高等教育出版社十一 收货体会本次实验一共历时11天，从开始的选择课题，选的是数字电压表的设计，经过了3天的仿真，还是没能做出来，然后改做现在的洗衣机控制电路，花了一天时间查了很多芯片资料，然后顺利的将仿真按照课程设计指导书上要求的功能实现，到最后的焊接调试，这个过程感觉非常的艰辛，在制作中遇到了很多问题，因为涉及到的芯片数量太多了，每操作一步，都需要停下来一遍一遍确认接下来该连哪个引脚，最后一起焊下来，一共在很小的洞洞板上面用了一百多根接线，虽然实物出来了，这与能否可以正常投入工作还有很大的差距，当然第一次焊接完毕基本是不可以正常刚做的，总会遇到各种问题，然后小组成员就用万用表检查每一个模块的相应引脚，严格核对仿真图上的元器件接法，改了好多次，最后终于实现了应有的功能。说实话，课程设计的难度是有的，经过这次实验后，大家一致认为要想完成实验一定得保持清醒的头脑，一定要细心，遇到故障要冷静下来仔细分析，所有的故障都是有原因的，严格遵循实验原理，慢慢检查，所有故障都是可以解决的，只有大家坚持不懈的做实验、仿真、调试，所有的问题都不会感觉那么的难以解决。经历了这次课程设计，大家都获益匪浅，希望在下次的课程设计以及最后的毕业设计中大家可以取得好的结果。