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課程設(shè)計(jì) 簡易洗衣機(jī)控制器 現(xiàn)代社會(huì)人們的生活水平越來越高，洗衣機(jī)作為一種方便人們洗滌的設(shè)備進(jìn)入了千家萬戶。洗衣機(jī)控制器的設(shè)計(jì)也變的越來越重要。隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)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(jī)控制器的發(fā)展也在不斷的前進(jìn)。 從課程設(shè)計(jì)要求來看，本次設(shè)計(jì)用到了我們熟悉的555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器來產(chǎn)生脈沖，74LS192芯片,數(shù)碼管等電路器件，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。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(gè)電路器件連接起來，除了這些，還要求在定時(shí)結(jié)束后有一個(gè)指示燈來提示定時(shí)時(shí)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(guān)即可以實(shí)現(xiàn)。 1、設(shè)計(jì)任務(wù)和指標(biāo) 設(shè)計(jì)一個(gè)電子定時(shí)器，控制洗衣機(jī)按如圖1洗滌模式進(jìn)行工作，具體指標(biāo)如下： 圖1、洗滌模式 （1） 當(dāng)定時(shí)時(shí)間達(dá)到終點(diǎn)時(shí)，一方面使用電機(jī)停機(jī)，同時(shí)發(fā)出音響信號(hào)（可換成指示燈）提醒用戶。 （2） 用兩位數(shù)碼管顯示洗滌預(yù)置時(shí)間（以分鐘為單位），按倒計(jì)時(shí)方式對(duì)洗滌過程作計(jì)時(shí)顯示，直到時(shí)間到而停機(jī)。 （3） 三只LED燈表示“正轉(zhuǎn)”、“反轉(zhuǎn)”和“暫停”3個(gè)狀態(tài)。 2、設(shè)計(jì)原理和參考電路 （1） 設(shè)計(jì)方案 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。該方案的原理框圖如圖2所示。 如圖2. 整體設(shè)計(jì)框圖 分析：本定時(shí)器實(shí)際上包括兩級(jí)定時(shí)的概念，一是總洗滌過程的定時(shí)，二是在總洗滌過程中又包含電機(jī)的正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)和暫停三種定時(shí)，并且這三種定時(shí)是反復(fù)循環(huán)直至所設(shè)定的總定時(shí)時(shí)間的位置。當(dāng)總定時(shí)時(shí)間在0~20min以內(nèi)設(shè)定一個(gè)輸入之后T為高電平1，然后用倒計(jì)時(shí)的方法每分鐘減1直至T變?yōu)?，在此期間，若Z1=Z2=1，實(shí)現(xiàn)正轉(zhuǎn)；若Z1=Z2=0，實(shí)現(xiàn)暫停；若Z1=1,Z2=0,實(shí)現(xiàn)反轉(zhuǎn)，工作波形如下圖所示。 將定時(shí)初值預(yù)置到計(jì)數(shù)器中，使計(jì)數(shù)器運(yùn)行在減計(jì)數(shù)狀態(tài)，當(dāng)減到全零時(shí)，則定時(shí)時(shí)間到。由秒脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)經(jīng)60分頻后，得到分脈沖信號(hào)，洗滌定時(shí)的時(shí)間初值先通過數(shù)碼開關(guān)設(shè)置到洗滌時(shí)間計(jì)數(shù)器中，每當(dāng)分脈沖到來計(jì)數(shù)器減1，直至減到定時(shí)時(shí)間為止。運(yùn)行中間，剩余時(shí)間經(jīng)譯碼后在數(shù)碼管上進(jìn)行顯示。 （2） 電路設(shè)計(jì) 1、 秒脈沖發(fā)生器 圖3、 555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器 由555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩器的電路圖如圖3所示，由于555定時(shí)器內(nèi)部的比較器靈敏度高，輸出驅(qū)動(dòng)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(shí)器構(gòu)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(shí)器構(gòu)成多諧振蕩器，使之產(chǎn)生周期為1s，頻率為1Hz的脈沖。 由555定時(shí)器組成多諧振蕩器產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖，電路接通后在3端產(chǎn)生了連續(xù)的時(shí)鐘脈沖，周期T=0.7(R1+2R2)C,頻率f=1/T=1Hz左右 圖4、555定時(shí)器的引腳圖 仿真出來的輸出信號(hào)見下圖： 2、分秒計(jì)時(shí)器 一百進(jìn)制分計(jì)數(shù)器和六十秒計(jì)數(shù)器的原理是相同的，不同的是它們的輸入脈沖和進(jìn)制不同而已。在此，用四片74LS192來實(shí)現(xiàn)分計(jì)數(shù)和秒計(jì)數(shù)功能，要求需要減計(jì)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(jìn)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(dāng)秒脈沖從秒位的DOWN端輸入的時(shí)候秒計(jì)數(shù)的74192開始從9減到0；這時(shí)，它的借位端BO會(huì)發(fā)出一個(gè)低電平到秒十位的輸入端DOWN，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BO發(fā)出一個(gè)低電平信號(hào)，DOWN為零時(shí)，置數(shù)端LD等于零，秒十位完成并行置數(shù)，下一個(gè)DOWN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(duì)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BO端接到分計(jì)數(shù)的DOWN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CR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LD是接在一起的；秒的清零端LD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)，可以用一個(gè)三極管（NPN）或者兩個(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0－9的數(shù)字輸入。 圖5、分秒計(jì)時(shí)器 其中J1，J2，J3，J4為置數(shù)開關(guān)，若不置數(shù)則為洗衣機(jī)原定工作時(shí)間10分鐘，操作開關(guān)可使洗衣機(jī)工作時(shí)間變長；J5為清零開關(guān)，用來使定時(shí)清零；J6是暫停開關(guān)，可以手動(dòng)對(duì)洗衣機(jī)進(jìn)行暫停控制。 3、時(shí)間譯碼器 在時(shí)間譯碼，狀態(tài)轉(zhuǎn)化的單元電路中，用三個(gè)指示燈，分別是黃燈代表“正轉(zhuǎn)”、 綠燈代表“暫?！薄⒊葻舸怼胺崔D(zhuǎn)”。從60秒到40秒內(nèi)第一個(gè)燈亮，從40到30秒內(nèi)是第二個(gè)燈亮。在30到10秒內(nèi)是第三個(gè)燈亮，然后剩下的十秒鐘是第二個(gè)燈亮，如此完成第一個(gè)循環(huán)，剛好一分鐘，之后的時(shí)間依次循環(huán)。當(dāng)時(shí)間減到0時(shí)，由報(bào)警燈亮，用紅燈表示，提醒定時(shí)時(shí)間到。由于Z1、Z2的定時(shí)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(jìn)制計(jì)數(shù)器的狀態(tài)中可以找到Z1、Z2的定時(shí)信號(hào)，經(jīng)譯碼后得到如波形Z1、Z2所示的信號(hào)。這兩個(gè)信號(hào)以及定時(shí)信號(hào)T控制門輸出后，得到推動(dòng)電機(jī)的工作信號(hào)。仿真電路如下圖示： 如圖6、時(shí)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(shí)現(xiàn)洗滌狀態(tài)、洗滌剩余時(shí)間的顯示，洗滌時(shí)間的預(yù)置，強(qiáng)制停機(jī)，啟動(dòng)可控等功能。 如圖7、總電路圖 2、調(diào)試要點(diǎn) 本設(shè)計(jì)在進(jìn)行整體電路連接之前，應(yīng)對(duì)各個(gè)部分的電路逐一進(jìn)行安裝與調(diào)試。 （1）NE555時(shí)鐘脈沖產(chǎn)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(jì)時(shí)器 按圖連接，用四片74LS192來實(shí)現(xiàn)分計(jì)數(shù)和秒計(jì)數(shù)功能，要求需要減計(jì)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(shí)間譯碼器 按圖連接，將計(jì)時(shí)信號(hào)通過門電路輸出，以指示燈表示信號(hào)，使洗衣機(jī)工作時(shí)滿足60到40秒時(shí)正轉(zhuǎn)，綠燈亮；39到30秒時(shí)暫停，橙燈亮；29到10秒時(shí)反轉(zhuǎn)，黃燈亮；9到0秒時(shí)暫停，橙燈亮。 5.設(shè)計(jì)要求 (1) 確定簡易洗衣機(jī)控制器的總體設(shè)計(jì)方案，畫出總框圖 (2) 劃分各個(gè)部分的功能，并進(jìn)行單元電路的設(shè)計(jì)，畫出邏輯圖 (3) 選擇元器件型號(hào)，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(diào)整測試方案步驟，并進(jìn)行電路調(diào)試，使其達(dá)到設(shè)計(jì)要求 (6) 寫出設(shè)計(jì)報(bào)告