簡易洗衣機控制電路完美版VIP

1、1 Proteus軟件簡介1.1 概述 Proteus軟件是英國Labcenter electronics公司出版的EDA工具軟件（該軟件中國總代理為廣州風(fēng)標(biāo)電子技術(shù)有限公司）。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機及外圍器件的工具。雖然目前國內(nèi)推廣剛起步，但已受到單片機愛好者、從事單片機教學(xué)的教師、致力于單片機開發(fā)應(yīng)用的科技工作者的青睞。Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真軟件)，從原理圖布圖、代碼調(diào)試到單片機與外圍電路協(xié)同仿真，一鍵切換到PCB設(shè)計，真正實現(xiàn)了從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計。是目前世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設(shè)計軟件和

2、虛擬模型仿真軟件三合一的設(shè)計平臺，其處理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年即將增加Cortex和DSP系列處理器，并持續(xù)增加其他系列處理器模型。在編譯方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多種編譯器。 1.2 具有四大功能模塊：1.2.1 智能原理圖設(shè)計（ISIS） 豐富的器件庫：超過27000種元器件，可方便地創(chuàng)建新元件； 智能的器件搜索：通過模糊搜索可以快速定位所需要的器件； 智能化的連線功能：自動連線功能使連接導(dǎo)線簡單快捷，大大縮短繪圖時間；支持總線結(jié)構(gòu)：使用總線器件和總線布線

3、使電路設(shè)計簡明清晰； 輸出高質(zhì)量圖紙：通過個性化設(shè)置，可以生成印刷質(zhì)量的BMP圖紙，可以方便地供WORD、POWERPOINT等多種文檔使用。1.2.2 完善的電路仿真功能（Prospice） Prospice混合仿真：基于工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SPICE3F5，實現(xiàn)數(shù)字/模擬電路的混合仿真；超過27000個仿真器件：可以通過內(nèi)部原型或使用廠家的SPICE文件自行設(shè)計仿真器件，Labcenter也在不斷地發(fā)布新的仿真器件，還可導(dǎo)入第三方發(fā)布的仿真器件； 多樣的激勵源：包括直流、正弦、脈沖、分段線性脈沖、音頻（使用wav文件）、指數(shù)信號、單頻FM、數(shù)字時鐘和碼流，還支持文件形式的信號輸入； 豐富的虛擬儀器：1

4、3種虛擬儀器，面板操作逼真，如示波器、邏輯分析儀、信號發(fā)生器、直流電壓/電流表、交流電壓/電流表、數(shù)字圖案發(fā)生器、頻率計/計數(shù)器、邏輯探頭、虛擬終端、SPI調(diào)試器、I2C調(diào)試器等； 生動的仿真顯示：用色點顯示引腳的數(shù)字電平，導(dǎo)線以不同顏色表示其對地電壓大小，結(jié)合動態(tài)器件（如電機、顯示器件、按鈕）的使用可以使仿真更加直觀、生動； 高級圖形仿真功能（ASF）：基于圖標(biāo)的分析可以精確分析電路的多項指標(biāo)，包括工作點、瞬態(tài)特性、頻率特性、傳輸特性、噪聲、失真、傅立葉頻譜分析等，還可以進行一致性分析；1.2.3 獨特的單片機協(xié)同仿真功能（VSM） 支持主流的CPU類型：如ARM7、8051/52、AVR、

5、PIC10/12、PIC16、PIC18、PIC24、dsPIC33、HC11、BasicStamp、8086、MSP430等，CPU類型隨著版本升級還在繼續(xù)增加，如即將支持CORTEX、DSP處理器； 支持通用外設(shè)模型：如字符LCD模塊、圖形LCD模塊、LED點陣、LED七段顯示模塊、鍵盤/按鍵、直流/步進/伺服電機、RS232虛擬終端、電子溫度計等等，其COMPIM（COM口物理接口模型）還可以使仿真電路通過PC機串口和外部電路實現(xiàn)雙向異步串行通信； 實時仿真：支持UART/USART/EUSARTs仿真、中斷仿真、SPI/I2C仿真、MSSP仿真、PSP仿真、RTC仿真、ADC仿真、CC

6、P/ECCP仿真； 編譯及調(diào)試：支持單片機匯編語言的編輯/編譯/源碼級仿真，內(nèi)帶8051、AVR、PIC的匯編編譯器，也可以與第三方集成編譯環(huán)境（如IAR、Keil和Hitech）結(jié)合，進行高級語言的源碼級仿真和調(diào)試； 1.2.4 實用的PCB設(shè)計平臺 原理圖到PCB的快速通道： 原理圖設(shè)計完成后，一鍵便可進入ARES的PCB設(shè)計環(huán)境，實現(xiàn)從概念到產(chǎn)品的完整設(shè)計； 先進的自動布局/布線功能：支持器件的自動/人工布局；支持無網(wǎng)格自動布線或人工布線；支持引腳交換/門交換功能使PCB設(shè)計更為合理； 完整的PCB設(shè)計功能：最多可設(shè)計16個銅箔層，2個絲印層，4個機械層（含板邊），靈活的布線策略供用戶設(shè)

7、置，自動設(shè)計規(guī)則檢查，3D 可視化預(yù)覽； 多種輸出格式的支持：可以輸出多種格式文件，包括Gerber文件的導(dǎo)入或?qū)С?，便利與其它PCB設(shè)計工具的互轉(zhuǎn)（如Protel）和PCB板的設(shè)計和加工。 1.3 Proteus提供豐富的功能塊 Proteus可提供的仿真元器件資源仿真數(shù)字和模擬、交流和直流等數(shù)千種元器件，有30多個元件庫。 Proteus可提供的仿真儀表資源示波器、邏輯分析儀、虛擬終端、SPI調(diào)試器、I2C調(diào)試器、信號發(fā)生器、模式發(fā)生器、交直流電壓表、交直流電流表。理論上同一種儀器可以在一個電路中隨意的調(diào)用。 1.3.3 其他功能 除了現(xiàn)實存在的儀器外，Proteus還提供了一個圖形顯示功

8、能，可以將線路上變化的信號，以圖形的方式實時地顯示出來，其作用與示波器相似，但功能更多。這些虛擬儀器儀表具有理想的參數(shù)指標(biāo)，例如極高的輸入阻抗、極低的輸出阻抗。這些都盡可能減少了儀器對測量結(jié)果的影響。 1.3.4 Proteus可提供的調(diào)試手段 Proteus提供了比較豐富的測試信號用于電路的測試。這些測試信號包括模擬信號和數(shù)字信號。2 設(shè)計思路2.1設(shè)計總體思路從課程設(shè)計要求來看，要求實現(xiàn)電機的正傳、反轉(zhuǎn)、暫停，實際上沒又電機給我們接上，這回要用四個LED燈的狀態(tài)來表示，當(dāng)顯示時間前20秒正傳、暫停10秒、反轉(zhuǎn)20秒、再暫停10秒，如此一來，周期恰好是60秒，理所當(dāng)然的分鐘計數(shù)器、秒計數(shù)器是

9、一定要有的。接下來脈沖是一定的了，但是有分鐘計數(shù)器和秒鐘計數(shù)器還要考慮是不是要60分頻器，就我們所學(xué)過的來說實現(xiàn)循環(huán)有移位寄存器；還有個問題，當(dāng)洗滌時間到了，報警還要一個報警電路，根據(jù)人性化、自動化、低成本的設(shè)計原則，報警的蜂鳴器不可以長時間的叫，要有個合理的時間，我們可以用一個單穩(wěn)態(tài)電路來實現(xiàn)。看起來還不錯啊，如果這樣想那就嫌早了點，還有一個問題要解決：如何提取時間并使循環(huán)電路工作的信號?方案有兩種：一是直接從數(shù)值上進行提取信號來控制一個可以實現(xiàn)循環(huán)的74LS194來實現(xiàn)；另一種是制作一個二十進制到十進制的循環(huán)轉(zhuǎn)化來把這一分鐘走完，但是從電路的復(fù)雜程度和經(jīng)濟性來說，顯然后者太過于復(fù)雜，也不利

10、于接線和排故障，雖然難度會大一些、出成果的時間會比別人晚，但是要設(shè)計一個真正可以讓用戶用放心使用的產(chǎn)品，還得這樣做。尤其是最后的循環(huán)電路用兩個194一定可以很容易實現(xiàn)?，F(xiàn)在大體上就這樣計劃，下面說說基本原理。2.2基本原理首先，從秒脈沖出來的信號，經(jīng)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(dāng)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(zhuǎn)化出來的信號進入移位寄存器后，LED燈表示出電機運轉(zhuǎn)狀態(tài)；當(dāng)用戶設(shè)定的洗滌時間結(jié)束后，電路報警并清零；同時電機指示燈熄滅。2.3系統(tǒng)設(shè)計框圖如下圖所示圖2.2.1 系統(tǒng)原理框圖3 電

11、路模塊設(shè)計3.1芯片74ls192的邏輯功能圖4.1.1 74LS192元件示意圖邏輯示意圖 所示輸入輸出MRPLUPDND3D2D1D0Q3Q2Q1Q01×××××××000000××dcbadcba011××××加計數(shù)011××××減計數(shù)表-4.1.1 74LS192邏輯示意圖3.2 1Hz矩形脈沖產(chǎn)生電路需要的秒脈沖發(fā)生器可以由一個集成的555定時器構(gòu)成，當(dāng)電源接通后，VCC通過對R1、R2向電容充電。電容上得到電壓按指

12、數(shù)規(guī)律上升，當(dāng)電容上的電壓上身到2/3VCC時，輸電壓VO為零，電容放電。當(dāng)電壓下降到1/3VCC時，輸出電平為高電平，電容放電結(jié)束。這樣周而復(fù)始便形成了振蕩。如下圖-4.2.1 1Hz矩形脈沖波產(chǎn)生電路。圖 4.2.1 1Hz矩形脈沖波產(chǎn)生電路555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器所輸出的矩形脈沖信號的頻率計算式為故選定元件參數(shù)，R1=63K，R2=40K，C1=10uF，C2=0.01uF。其中電容C2的作用是抗干擾用的，以提高電路的穩(wěn)定性。3.3 遞減計數(shù)器與時間顯示（1）分、秒計數(shù)器的設(shè)計一百進制分計數(shù)器和六十秒計數(shù)器的原理是一樣的，不同的只是它們的輸入脈沖和進制不同而已，我們用四片74LS19

13、2來實現(xiàn)分計數(shù)和秒計數(shù)功能，我們要的只是減計數(shù)，所以我們把它的UP端接到高電平上去,DN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PL端和借位端TCD聯(lián)在一起，再把秒位的TCD端和十秒位的DN聯(lián)在一起。當(dāng)秒脈沖從秒位的DN端輸入的時候秒計數(shù)的192開始從9減到0；這時，它的借位端TCD 會發(fā)出一個低電平到秒十位的輸入端DN，秒十位的計數(shù)從6變到5，一直到變?yōu)?；當(dāng)高低位全為零的時候，秒十位的TCD發(fā)出一個低電平信號，DN為零時，置數(shù)端PL等于零，秒十位完成并行置數(shù)，下一個DN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

14、，道理也是一樣的；只是要求，當(dāng)秒計數(shù)完成了，分可以自動減少，需要把秒十位的借位端TCD端接到分計數(shù)的DN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(dāng)然，這些計數(shù)器工作，其中的清零端MR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(diào)工作，分計數(shù)的清零端MR是接在一起的；秒的清零端PL又是接在一起的，所以當(dāng)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

15、們可以利用分計數(shù)的UP端來進行外部置數(shù)，當(dāng)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09的數(shù)字輸入。  (2)分、秒計數(shù)器的電路圖其電路圖如下所示： 圖 4.3.1 時間顯示電路3.4 洗滌時間設(shè)置電路 我們可以利用分計數(shù)的UP端來進行外部置數(shù)，當(dāng)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09的數(shù)字輸入。因此設(shè)計出洗滌時間設(shè)置電路如下圖 4.4.1洗滌時間設(shè)置電路，每次按動開關(guān)都將使洗滌時間的對應(yīng)位（十位或者個位）增加1，最大增加至9，又由于所設(shè)置洗滌時間為60分內(nèi)，故當(dāng)我們對洗滌時間

16、進行設(shè)置時，十位所置數(shù)小于6。圖 4.4.1 洗滌時間設(shè)置電路3.5 工作狀態(tài)顯示電路 第一步：分析洗衣機的工作狀態(tài)，對于洗衣機電機的工作順序有“啟動>正轉(zhuǎn)20s>暫停10s>反轉(zhuǎn)20s>暫停10s>停止. ”工作狀態(tài)顯示電路： 圖 4.5.1 工作狀態(tài)顯示電路第二步：分析實驗設(shè)計中要求用4個LED模擬洗衣機的動作狀態(tài):LED1LED4右移循環(huán)點亮表示正轉(zhuǎn)，LED1 LED4左移循環(huán)點亮表示反轉(zhuǎn)，LED1LED4同時閃爍點亮表示暫停，全滅為停止，顯然可以利用移位寄存器來設(shè)計，但是由于本次設(shè)計未能成功利用移位寄存器仿真而轉(zhuǎn)換了思路，選擇了利用正轉(zhuǎn)、暫停、反轉(zhuǎn)的三種不

17、同狀態(tài)分別為01、00、10，以1表示工作以0表示暫停從而分次序的完成設(shè)計。首先，考慮到LED的連續(xù)循環(huán)點亮，可以想到控制LED一端電平的連續(xù)循環(huán)變化達到要求，又由于有4個LED,我們采用4進制計數(shù)器即可產(chǎn)生循環(huán)變化的4個數(shù)，這樣我們可以利用譯碼器從而在4個輸出端得到依次變化的低電平，如此，我們可以將LED另一端接高電平，從而實現(xiàn)循環(huán)點亮。其次，考慮到存在正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)兩種不同狀態(tài)，我們需要改變譯碼器輸入端的數(shù)字變化次序，如此分析四個數(shù)字變化規(guī)律，以及利用正反轉(zhuǎn)表示狀態(tài)的不同來設(shè)計出合適門電路。在此次設(shè)計中，我們采用74ls192構(gòu)成一個4進制減數(shù)計數(shù)器，同時利用正反停指示器1在正轉(zhuǎn)時電平為0，反

18、轉(zhuǎn)時電平為1來構(gòu)成合適門電路。簡略列出真值表如下表 4.5.1正反轉(zhuǎn)指示電路邏輯表：正反停指示器1計數(shù)器輸出譯碼器輸入端0（正轉(zhuǎn)）11110（正轉(zhuǎn)）10100（正轉(zhuǎn)）01010（正轉(zhuǎn)）00001（反轉(zhuǎn)）11001（反轉(zhuǎn)）10011（反轉(zhuǎn)）01101（反轉(zhuǎn)）0011表-4.5.1正反轉(zhuǎn)指示電路邏輯表于是我們可以發(fā)現(xiàn)我們可以利用異或門電路來完成這一構(gòu)想，從而實現(xiàn)出正轉(zhuǎn)與反轉(zhuǎn)兩種狀態(tài)下LED不同的循環(huán)狀態(tài)。最后，剩下的就是暫停狀態(tài)的顯示了。先區(qū)分出暫停與工作狀態(tài)的不同，利用上面設(shè)置的工作狀態(tài)表示，我們可容易得到工作以1表示，暫停以0表示。如此可利用這兩種電平控制譯碼器的工作，容易得到工作時狀態(tài)如上步

19、分析，暫停時燈全部熄滅。為使其能閃爍，我們可以考慮利用脈沖信號，工作狀態(tài)的表示與門電路來設(shè)計?？刂齐娐罚簣D 4.5.2 LED控制電路3.6 控制開關(guān)現(xiàn)在各單元電路完成了，最后要把它們有效的結(jié)合起來聯(lián)合工作，實現(xiàn)目的功能。我們要求在給分鐘置數(shù)的同時秒要顯示為零；外部還要有強制停止并清零；還有暫停功能。 對于置數(shù)來說，我們可以在分鐘計數(shù)器的UP端到高電平之間各用一個開關(guān)接上，就當(dāng)給它一個低電平時，計數(shù)器就往上增加1。但是，192要求在UP端工作的同時，其DOWN端要為高電平，且秒計數(shù)器要為零，我們可以讓秒計數(shù)器清零，同時把脈沖停止了。在高電平上接上一個開關(guān)，讓它接到一個JK觸發(fā)器上，同時把JK觸

20、發(fā)器的JK端接1，讓它實現(xiàn)觸發(fā)功能。讓它的Q端輸出到秒計數(shù)器的清零端，這樣剛開機或者再按一下開機鍵就可以對秒計數(shù)器清零。把JK觸發(fā)器的Q反端和從分計數(shù)器借位端LCD反相出來的信號接到一個與非門上，從與非門出來的信號接到分計數(shù)器的DOWN端來保證置數(shù)的時DOWN是高電平。但是如果僅是這樣的話，當(dāng)置數(shù)完成再一次按開機鍵（如圖所示）時，沒有脈沖信號輸入到秒計數(shù)器的DOWN端，192并不可以工作。我們可以把脈沖和JK觸發(fā)器Q反端接到一個與門上，然后把它上輸出端接到秒計數(shù)器的DOWN端以控制計數(shù)。先歇息一下?，F(xiàn)在的問題是，循環(huán)的發(fā)光二極管沒有受到控制鍵的控制，所以還得把受到控制的從與門U12出來的信號輸

21、出到移位寄存器194的時鐘信號CLK上。最后要解決一個大問題，當(dāng)所置的洗衣時間完成后，要發(fā)出報警并自動清零。至于報警電路我們知道當(dāng)計數(shù)器全為零的時候，從秒位會發(fā)出一個借位信號，一直接到十分位上去，十分位會發(fā)出一個借位信號，我們可以用這個信號來作為報警并清零的信號，平時192的借位端保持的是高電平，當(dāng)有借位信號時，其變成0，我們在分十位借位端接一個非門，再把它和分位的CLR端一起接到一個與門，也需要把它接到一個JK觸發(fā)器（U10）上作為其時鐘信號，其后再接到單穩(wěn)態(tài)電路的輸入端TRI，單穩(wěn)態(tài)的輸出端接到蜂鳴器上。而該與門（U14）的另一輸入端接在控制開關(guān)J3上，與門出去仍然接在JK觸發(fā)器U9上，這

22、樣當(dāng)洗衣時間完成后，十分計數(shù)器的借位端TCD端發(fā)出的0信號就可以經(jīng)過以上路徑而變成1到達與門，同時JK觸發(fā)器得到一個觸發(fā)信號而輸出到單穩(wěn)態(tài)，但一段時間后其自動停止。同時發(fā)出的1信號使U9發(fā)出1信號而使秒計數(shù)器清零；當(dāng)然秒脈沖因為U9端的Q反端的0信號而使其沒有輸出，這樣原來閃爍的燈不再亮了。到此，一個電路總算還可以了吧，我們有時還需要讓它休息一下，我們改變一下洗衣量時，就還需要一個暫停鍵，只要把秒脈沖切斷就可以了。我們可以在控制脈沖輸出的與門U12和脈沖到達端之間接入一個由開關(guān)控制的JK觸發(fā)器來控制的與門，這樣就可以控制脈沖的輸出了。我們知道與門是其中一輸入為零時，無論另一端時怎樣的其輸出為零

23、，但一端為1時，另一端輸入什么與門就可以輸出什么?，F(xiàn)在控制端也連起來了，這樣，一個完整的洗衣機控制電路就完成了。LED模擬洗衣機工作狀態(tài)的同時，也作為洗衣機的報警系統(tǒng)，全滅為報警。5 電路圖 綜合上面的原理，設(shè)計思路，以及每部分電路的設(shè)計，得到電路圖如下圖-5.1：圖 5.1 電路總圖6元件清單元件序號元件型號主要參數(shù)數(shù)量C1Cap0.01uF1C2Cap10uF1U1-U4, U1074LS1925U5-U874LS484U9, U1174LS1372U1274LS1121U135551U14A, U14B, U18A, U18B, U2074LS005U15A, U15B74LS322U1

24、6A, U16B74LS862U17A, U17B, U17C, U17D, U20A74LS085U19NOT1D1-D4LED-RED4SW1SW -SPDT1SW2SW-SPST1R163k1R240k1R3-R510k37分析與改進7.1改進：需改進點1：控制開關(guān)的設(shè)定需改進點2：工作60分鐘后的清零設(shè)置需改進點3：LED控制電路中的燈的循環(huán)及其閃爍控制需改進點4：分秒置數(shù)開關(guān)的設(shè)定改進1：利用開關(guān)控制555的電源輸入。電路功能實現(xiàn)：兩個置數(shù)開關(guān)可以控制洗滌時間的設(shè)置，控制開關(guān)控制電路的工作，復(fù)位開關(guān)控制顯示器的清零。改進2：利用十分位計數(shù)器的借位端平常均為1，工作到60分鐘后為0的特性，設(shè)置為JK觸發(fā)器的脈沖輸入，從而控制清零端MR。改進