数电课程设计——简易洗衣机控制器设计

简易洗衣机控制器设计

摘要

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。接下来脉冲是一定发热了，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有一个指示灯亮来提示定时时间到，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。

目录

第一章设计任务与要求 (4)

第二章基本原理 (5)

第三章设计方案 (6)

第四章单元电路的设计和元件的选择 (8)

4.1秒脉冲发生器 (8)

4.2分秒计数器 (10)

4.3时间译码及控制门 (12)

4.4总电路图 (13)

第五章仿真结果 (14)

5.1秒脉冲发生器 (14)

5.2分秒计数器 (14)

5.2.1正转 (14)

第六章真结果分析 (16)

第七章体会小结 (17)

第八章元器件清单 (18)

第九章参考文献 (19)

简易洗衣机控制器设计

第一章设计任务与要求

设计一个电子定时器，控制洗衣机按如图1洗涤模式进行工作

图1 洗涤模式

（1）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）提醒用户注意。

（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）三只LED灯表示“正转”、“反转”和“暂停”3个状态。

第二章基本原理

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，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。

第三章设计方案方案一框图如图2所示

图2 设计方案一

方案二方框图如图3所示

图3 设计方案二

本定时器实际上包含两级定时的概念，一是总洗涤过程的定时，而是在总洗涤过程中又包含电机的正转、反转和暂停三种定时，并且这三种定时是反复循环直至所设定的总定时时间到位置。当总定时时间在0~20min以内设定一个书之后T为高电平1，然后用倒计时的方法每分钟减1直至T变为0.在此期间，若Z1=Z2=1，实现正转；若Z1=Z2=0，实现暂停；若Z1=1,Z2=0,实现反转。实现定时的方法很多，比如采用单稳电路实现定时，又如将定时初值预置到计数器中，使计数器运行在减计数状态，当减到全零时，则定时时间到。如图所示的电路原理框图就是采用这种方法实现的。由秒脉冲发生器产生的时钟信号经60分频后，得到分脉冲信号。洗涤定时的时间的初值先通过拨盘或数码开关设置到洗涤时间计数器中，每当分脉冲到来计数器减1，直至减到定时时间到为止。运行中间，剩余时间经译码后在数码管上进行显示。

经比较后，采用第二种方案。

第四章单元电路的设计和元件的选择

4.1秒脉冲发生器

方案一：由555定时器构成的多谐振荡器

由555定时器构成的多谐振荡器的电路图如图4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。

图4 由555定时器构成的多谐振荡器

图5 555定时器的引脚图

方案二：由门电路构成的多谐振荡器

图6 由门电路构成的多谐振荡器

由门电路构成的多谐振荡器的电路，在此电路中，当电源电压波动时，会使振荡频率不稳定，在Vth与VDD/2不相等时，影响尤为严重，而Vth容易受温度、电源电压及干扰的影响，因此频率稳定性较差，不宜采用此方案。

4.2分秒计数器

图7 分秒计数器其中，74LS192的引脚图如图8所示

图8 74LS192的引脚图

74LS192的功能表如表1所示

表1 74LS192功能表

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，我们要的只是减计数，所以我们把它的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联在一起。当秒脉冲从秒位的DOWN端输入的时候秒计数的192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，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101分钟的计时器。把四个192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，分计数的清零端LD是接在一起的；秒的清零端LD又是接在一起的，所以当要从外部把它们强制清零时，可以用一个三极管（NPN）或者两个或门就可以实现该功能。还有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低触发（平时保持高电平，外部给一个力就输入一个低电平）的脉冲上就可以实现从0－9的数字输入。