简易洗衣机控制电路..

1、1 Proteus软件简介1.1概述Proteus软件是英国Labcenter electronics公司出版的EDA工具软件（该软件中国总代 理为广州风标电子技术有限公司）。它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真 单片机及外围器件。它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。虽然目前国内推广刚 起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工 作者的青睐。Proteus是世界上著名的EDA工具（仿真软件），从原理图布图、代码调试到单 片机与外围电路协同仿真，一键切换到 PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。 是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB

2、设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平 台，其处理器模型支持 8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33 AVR、ARM、8086 和MSP430等，2010年即将增加Cortex和DSP系列处理器，并持续增加其他系列处理器 模型。在编译方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多种编译器。1.2具有四大功能模块：智能原理图设计（ISIS）丰富的器件库：超过27000种元器件，可方便地创建新元件；智能的器件搜索：通过模糊搜索可以快速定位所需要的器件；智能化的连线功能：自动连线功能使连接导线简单快捷，大大缩短绘图时间；支持总线结构：使用总线器件和总线布线使电

3、路设计简明清晰；输出高质量图纸：通过个性化设置，可以生成印刷质量的BMP图纸，可以方便地供WORD、POWERPOINT等多种文档使用。完善的电路仿真功能（Prospice）Prospice混合仿真：基于工业标准SPICE3F5,实现数字/模拟电路的混合仿真；超过27000个仿真器件：可以通过内部原型或使用厂家的 SPICE文件自行设计仿真 器件，Labcenter也在不断地发布新的仿真器件，还可导入第三方发布的仿真器件；多样的激励源：包括直流、正弦、脉冲、分段线性脉冲、音频（使用wav文件）、指数信号、单频FM、数字时钟和码流，还支持文件形式的信号输入；丰富的虚拟仪器：13种虚拟仪器，面板操

4、作逼真，如示波器、逻辑分析仪、信号发 生器、直流电压/电流表、交流电压/电流表、数字图案发生器、频率计/计数器、逻辑探头、 虚拟终端、SPI调试器、I2C调试器等；生动的仿真显示：用色点显示引脚的数字电平，导线以不同颜色表示其对地电压大 小，结合动态器件（如电机、显示器件、按钮）的使用可以使仿真更加直观、生动；高级图形仿真功能（ASF）：基于图标的分析可以精确分析电路的多项指标，包括工 作点、瞬态特性、频率特性、传输特性、噪声、失真、傅立叶频谱分析等，还可以进行一 致性分析；独特的单片机协同仿真功能（VSM）支持主流的 CPU 类型：如 ARM7、8051/52、AVR、PIC10/12、PI

5、C16、PIC18、PIC24、 dsPIC33、HC11、BasicStamp 8086、MSP430等，CPU类型随着版本升级还在继续增加， 如即将支持CORTEX、DSP处理器；支持通用外设模型：如字符 LCD模块、图形LCD模块、LED点阵、LED七段显示模 块、键盘/按键、直流/步进/伺服电机、RS232虚拟终端、电子温度计等等，其COMPIM （COM 口物理接口模型）还可以使仿真电路通过 PC机串口和外部电路实现双向异步串行通信；实时仿真：支持 UART/USART/EUSARTs仿真、中断仿真、SPI/I2C仿真、MSSP仿真、 PSP仿真、RTC仿真、ADC仿真、CCP/EC

6、CP仿真；编译及调试：支持单片机汇编语言的编辑/编译/源码级仿真，内带8051、AVR、PIC的 汇编编译器，也可以与第三方集成编译环境（如IAR、Keil和Hitech）结合，进行高级语言的源码级仿真和调试；实用的PCB设计平台原理图到PCB的快速通道： 原理图设计完成后，一键便可进入ARES的PCB设计环 境，实现从概念到产品的完整设计；先进的自动布局/布线功能：支持器件的自动/人工布局；支持无网格自动布线或人工 布线；支持引脚交换/门交换功能使PCB设计更为合理；完整的PCB设计功能：最多可设计16个铜箔层，2个丝印层，4个机械层（含板边）， 灵活的布线策略供用户设置，自动设计规则检查，

7、3D可视化预览；多种输出格式的支持：可以输出多种格式文件，包括Gerber文件的导入或导出，便利与其它PCB设计工具的互转（如Protel）和PCB板的设计和加工。1.3 Proteus提供丰富的功能块可提供的仿真元器件资源仿真数字和模拟、交流和直流等数千种元器件，有30多个元件库。132 Proteus可提供的仿真仪表资源示波器、逻辑分析仪、虚拟终端、SPI调试器、I2C调试器、信号发生器、模式发生器、 交直流电压表、交直流电流表。理论上同一种仪器可以在一个电路中随意的调用。其他功能除了现实存在的仪器外，Proteus还提供了一个图形显示功能，可以将线路上变化的信 号，以图形的方式实时地显示

8、出来，其作用与示波器相似，但功能更多。这些虚拟仪器仪 表具有理想的参数指标，例如极高的输入阻抗、极低的输出阻抗。这些都尽可能减少了仪 器对测量结果的影响。可提供的调试手段Proteus提供了比较丰富的测试信号用于电路的测试。这些测试信号包括模拟信号和数 字信号。2设计思路2.1设计总体思路从课程设计要求来看，要求实现电机的正传、反转、暂停，实际上没又电机给我们接 上，这回要用四个LED灯的状态来表示，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

9、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，根据人性化、自动化、低成本的设计原则，报警的蜂鸣器不可以长 时间的叫，要有个合理的时间，我们可以用一个单稳态电路来实现。看起来还不错啊，如 果这样想那就嫌早了点，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74LS194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，虽然难度会大一些、出 成果的时间会比别人晚，

10、但是要设计一个真正可以让用户用放心使用的产品，还得这样做。尤其是最后的循环电路用两个194 一定可以很容易实现。现在大体上就这样计划，下面说 说基本原理。2.2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。2.3系统设计框图如下图所示图系统原理框图3电路模块设计3.1芯片74IS192的逻辑功能U015D0QO3

11、21D1Q1106D2Q297D3Q35UPTCU4DNTCDPL MR74LS192图元件示意图74LS192的功能表如下表逻辑示意图 所示输入输出MRPLUPDND3D2D1DOQ3Q2Q1Q01XXXXXXX000000XXdcbadcba01T1XXXX加计数011TXXXX减计数表逻辑示意图3.2 1Hz矩形脉冲产生电路需要的秒脉冲发生器可以由一个集成的 555定时器构成，当电源接通后，VCC通过对 R1、R2向电容充电。电容上得到电压按指数规律上升，当电容上的电压上身到2/3VCC时, 输电压V0为零，电容放电。当电压下降到1/3VCC时，输出电平为高电平，电容放电结 束。这样周而

12、复始便形成了振荡。如下图矩形脉冲波产生电路。图矩形脉冲波产生电路555定时器构成的多谐振荡器所输出的矩形脉冲信号的频率计算式为1.43 f（Ri 2r2）Ci故选定元件参数，R仁63K, R2=40K, C1=10uF, C2=0.01uF。其中电容C2的作用是抗干扰用的，以提高电路的稳定性。3.3递减计数器与时间显示（1）分、秒计数器的设计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，DN端接到秒脉冲上；十分秒位上的输入端 B、C端 接到高电平

13、上，即从输入端置入 0110 （十进制的6），秒十位的PL端和借位端TCD联在 一起，再把秒位的TCD端和十秒位的DN联在一起。当秒脉冲从秒位的DN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TCD会发出一个低电平到秒十位的输 入端DN，秒十位的计数从6变到5, 直到变为0;当高低位全为零的时候，秒十位的 TCD发出一个低电平信号，DN为零时，置数端PL等于零，秒十位完成并行置数，下一 个DN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TCD端接到分计数的DN端作为分计数的输入信号

14、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 MR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 MR是接在一起的；秒的清零端 PL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

15、低电平）的脉冲上 就可以实现从0 9的数字输入。(2)分、秒计数器的电路图其电路图如下所示:U114U24"U311141 15«15"DOQODIQ1D2Q2D3Q3UPTCUDNTCDPLMR s74LS192DOQOD1Q102Q2D3Q3UPTCUDNTCDPLMR74LS192DO00DIQID202D3Q3UPTCUDNTCDPLMR74LS192U44"Tijij矩形脉冲U5?AQABQBCQCDQDBI/RBOQERBIQFLTQG74LS43U6AQABQBcQCDQDBI/RBOQERBIQFLTQGA 74LS48113113J2卫

16、loTTTJo"is分钟U73? 21 62"了6"(12AQABQBCQCDQDBI/RBOQERBIQFLTQGA 74LS4SU813J2j7"wDOQODIQID2Q2D3Q3UPTCUDNTCDPLMR1474LS192 3? 21 62"7*12jl3AQABQBCQCDQDBl/RSQQERBIQFLTQGA 了4LW4S15oII2j7 jo 亘115图431时间显示电路3.4洗涤时间设置电路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09

17、的数字输入。因此设计出洗涤时间设置电路如下图441洗涤时间设置电路，每次按动开关都将使洗涤时间的对应位（十位或者个位）增加1，最大增加至9,又由于所设置洗涤时间为60分内,故当我们对洗涤时间进行设置时，十位所置数小于6。分计数器十位计数UP分计豎器个位计数UPSW4SW3SW-SPDT图441洗涤时间设置电路3.5工作状态显示电路第一步：分析洗衣机的工作状态，对于洗衣机电机的工作顺序有“启动一一正转20s 暂停10s 反转20暂停10s停止”我们可以将三种工作状态假设为正转，暂停，反转依次设为01,00,10。从而设计出合适电路如下图工作状态显示电 路：图工作状态显示电路第二步：分析实验设计中

18、要求用4个LED模拟洗衣机的动作状态：LED1LED4右移 循环点亮表示正转，LED1LED4左移循环点亮表示反转，LED1LED4同时闪烁点亮 表示暂停，全灭为停止，显然可以利用移位寄存器来设计，但是由于本次设计未能成功利 用移位寄存器仿真而转换了思路，选择了利用正转、暂停、反转的三种不同状态分别为01、 00、10,以1表示工作以0表示暂停从而分次序的完成设计。首先，考虑到LED的连续循环点亮，可以想到控制 LED 一端电平的连续循环变化达到要 求，又由于有4个LED,我们采用4进制计数器即可产生循环变化的 4个数，这样我们可以 利用译码器从而在4个输出端得到依次变化的低电平，如此，我们可

19、以将LED另一端接高 电平，从而实现循环点亮。其次，考虑到存在正转和反转两种不同状态，我们需要改变译码器输入端的数字变化 次序，如此分析四个数字变化规律，以及利用正反转表示状态的不同来设计出合适门电路。 在此次设计中，我们采用74IS192构成一个4进制减数计数器，同时利用正反停指示器 1 在正转时电平为0,反转时电平为1来构成合适门电路。简略列出真值表如下表正反转指示电路逻辑表：正反停指示器1计数器输出译码器输入端0 （正转）11110 （正转）10100 （正转）01010 （正转）00001 （反转）11001 （反转）10011 （反转）01101 （反转）0011表正反转指示电路逻辑

20、表于是我们可以发现我们可以利用异或门电路来完成这一构想，从而实现出正转与反转两种 状态下LED不同的循环状态。最后，剩下的就是暂停状态的显示了。先区分出暂停与工作状态的不同，利用上面设 置的工作状态表示，我们可容易得到工作以 1表示，暂停以0表示。如此可利用这两种电 平控制译码器的工作，容易得到工作时状态如上步分析，暂停时灯全部熄灭。为使其能闪 烁，我们可以考虑利用脉冲信号，工作状态的表示与门电路来设计。综合上述分析，我们可以设计出 LED控制电路如下图控制电路3.6控制开关现在各单元电路完成了，最后要把它们有效的结合起来联合工作，实现目的功能。我 们要求在给分钟置数的同时秒要显示为零；外部还

21、要有强制停止并清零；还有暂停功能。对于置数来说，我们可以在分钟计数器的UP端到高电平之间各用一个开关接上， 就当 给它一个低电平时，计数器就往上增加1。但是，192要求在UP端工作的同时，其DOWN 端要为高电平，且秒计数器要为零，我们可以让秒计数器清零，同时把脉冲停止了。在高 电平上接上一个开关，让它接到一个 JK触发器上，同时把JK触发器的JK端接1,让它 实现触发功能。让它的Q端输出到秒计数器的清零端，这样刚开机或者再按一下开机键就 可以对秒计数器清零。把JK触发器的Q反端和从分计数器借位端LCD反相出来的信号接 到一个与非门上，从与非门出来的信号接到分计数器的DOWN端来保证置数的时D

22、OWN是高电平。但是如果仅是这样的话，当置数完成再一次按开机键（如图所示）时，没有脉 冲信号输入到秒计数器的DOWN端，192并不可以工作。我们可以把脉冲和JK触发器Q反端接到一个与门上，然后把它上输出端接到秒计数 器的DOWN端以控制计数。先歇息一下。现在的问题是，循环的发光二极管没有受到控 制键的控制，所以还得把受到控制的从与门 U12出来的信号输出到移位寄存器194的时钟 信号CLK上。最后要解决一个大问题，当所置的洗衣时间完成后，要发出报警并自动清 零。至于报警电路我们知道当计数器全为零的时候，从秒位会发出一个借位信号，一直接 到十分位上去，十分位会发出一个借位信号，我们可以用这个信号

23、来作为报警并清零的信 号，平时192的借位端保持的是高电平，当有借位信号时，其变成0,我们在分十位借位端接一个非门，再把它和分位的 CLR端一起接到一个与门，也需要把它接到一个 JK触发 器（U10）上作为其时钟信号，其后再接到单稳态电路的输入端 TRI，单稳态的输出端接 到蜂鸣器上。而该与门（U14）的另一输入端接在控制开关J3上，与门出去仍然接在JK 触发器U9上，这样当洗衣时间完成后，十分计数器的借位端TCD端发出的0信号就可以 经过以上路径而变成1到达与门，同时JK触发器得到一个触发信号而输出到单稳态，但 一段时间后其自动停止。同时发出的1信号使U9发出1信号而使秒计数器清零；当然秒

24、脉冲因为U9端的Q反端的0信号而使其没有输出，这样原来闪烁的灯不再亮了。到此，一个电路总算还可以了吧，我们有时还需要让它休息一下，我们改变一下洗衣量时，就还需要一个暂停键，只要把秒脉冲切断就可以了。我们可以在控制脉冲输出的与 门U12和脉冲到达端之间接入一个由开关控制的 JK触发器来控制的与门，这样就可以控 制脉冲的输出了。我们知道与门是其中一输入为零时，无论另一端时怎样的其输出为零， 但一端为1时，另一端输入什么与门就可以输出什么。现在控制端也连起来了，这样，一 个完整的洗衣机控制电路就完成了。LED模拟洗衣机工作状态的同时，也作为洗衣机的报警系统，全灭为报警。5电路图综合上面的原理，设计思

25、路,以及每部分电路的设计，得到电路图如下图-5.1:SSScf冬暑Sjj2亠RU-B-3吕°=31|Ssdu出Esi bnrS5氷：im無&图5.1电路总图6元件清单元件序号元件型号主要参数数量C1Cap0.01uF1C2Cap10uF1U1-U4, U1074LS1925U5-U874LS484U9, U1174LS1372U1274LS1121U135551U14A, U14B, U18A, U18B, U2074LS005U15A, U15B74LS322U16A, U16B74LS862U17A, U17B, U17C, U17D, U20A74LS085U19NOT1D1-D4LED-RED4SW1SW -SPDT1SW2SW-SPST1R163k1R240k1R3-R510k37分析与改进7.1改进：需改进点1：控制开关的设定需改进点2:工作60分钟后的清零设置需改进点3： LED控制电路中的灯的循环及其闪烁控制需改进点4:分秒置数开关的设定改进1:利用开关控制555的电源输入。电路功能实现：两个置数开关可以控制洗涤时间的设置，控制开关控制电路的工作，复位开关控制显示器的清零。改进2：利用十分位计数器的借位