简易洗衣机的设计

1.前言

1937年第一台自动洗衣机于问世。这是一种"前置"式自动洗衣机。靠一根水平的轴带动的缸可容纳4000克衣服。衣服在注满水的缸内不停地上下翻滚，使之去污除垢。到了40年代便出现了现代的"上置"式自动洗衣机。随着工业化的加速，世界各国也加快了洗衣机研制的步伐。首先由英国研制并推出了一种喷流式洗衣机，它是靠筒体一侧的运转波轮产生的强烈涡流，使衣物和洗涤液一起在筒内不断翻滚，洗净衣物。1955年，在引进英国喷流式洗衣机的基础之上，日本研制出独具风格、并流行至今的波轮式洗衣机。至此，波轮式、滚筒式、搅拌式在洗衣机生产领域三分天下的局面初步形成。60年代的日本出现了带干桶的双桶洗衣机，人们称之为“半自动型洗衣机”。70年代，生产出波轮式套桶全自动洗衣机。70年代后期，以电脑（实际上微处理器）控制的全自动洗衣机在日本问世，开创了洗衣机发展史的新阶段。80年代，“模糊控制”的应用使得洗衣机操作更简便，功能更完备，洗衣程序更随人意，外观造型更为时尚。90年代，由于电机调速技术的提高，洗衣机实现了宽范围的转速变换与调节，诞生了许多新水流洗衣机。此后，随着电机驱动技术的发展与提高，日本生产出了电机直接驱动式洗衣机，省去了齿轮传动和变速机构，引发了洗衣机驱动方式的巨大革命。之后，随着科技的进一步发展，滚筒洗衣机已经成了大家耳濡目染的产品。伴随着科技的进一步发展，相信新型更适合人们使用的洗衣机会给我们的生活带来新的方式。

洗衣机是一种在家庭中不可缺少的家用电器，发展非常快，随着人们的生活水平的不断提高人们对洗衣机的要求也越来越高。为了适应人们的生活需要，为了使我们走出学校在社会上有一席之地，我们进行了洗衣机控制器的课程设计。这次设计的目的通过《简易洗衣机定时控制器》课程设计,使我们能够掌握电子应用系统的开发过程.使我们经过课程设计的教学环节进一步理解电子系统的工作原理,并根据所选择的对象进行应用系统的硬件和软件设计,从而使我们的电子线路设计,电子元件应用能力有较大提高.

2.总体方案设计

2.1 方案比较

方案一

图2.1 方案一方框图

用2个LED L1和L2表示洗衣机的动作状态:L1L2=10为正转，00为暂行，01为反转。用2位数码管显示洗涤时间（分钟数），按倒计时方式对洗涤过程作计时显示，直到时间到停机，并发出亮灯信号报警。按启动键开始机器运转。总洗涤时间可由用户通过琴键脉冲输出任意设定，（设定时间0~20min），在洗涤过程中随时按该键可终止动作，并使显示器清0。

方案二

图 2.2 方案二方框图

首先，用户置入洗涤时间，并按开始按钮，洗衣机开始工作。这时从秒脉冲出来的信号，经过一个六十进制计数器进行秒计数，同时通过六十进制计数器变产生的进位信号作为洗涤时间计数器的输入信号，这时洗涤时间计数器上将是以分钟为单位进行倒计时，当用户设定的洗涤时间结束后，电路报警。

2.2 方案论证

由于是第一次做课程设计并且没有学习单片机的使用，只能选择通过模电和数电上的一些元件进行设计。从方案一来看，要求实现电机的正转，反转，暂停，而实际上是没有电机给我们接上，同时就如何实现电机的正转，反转和暂停，就我现在看来比较复杂。从方案二来看，我们学了555定时器电路的应用，可以用555定时器构成多谐振荡器产生秒脉冲信号，而六十进制计数器可以用两片74LS161构成，洗衣机的预置定时电路通过两片74LS192进行倒计时来实现，当然，最后预置时间结束是需要的报警电路仍然可以用555定时器做成多些振荡器来实现。

就两种方案作比较，我认为方案二的电路实现流程图比较容易实现，最终我选择用方案二来做这次课程设计。下面将详细介绍各单元电路的构成及工作原理。

3.单元模块设计

3.1 秒脉冲发生器

我们所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，使输出电压V0为低电平，同时电容开始放电。当电容间电压下降到1/3VCC 时，输出电平为高电平，电容放电结束。这样周而复始便形成了振荡。我们要的周期是1秒，频率是1赫兹。周期T可以由下面的公式可知：T＝（R1+R2）×㏑2×C1

图 3.1 秒脉冲发生器

3.2 六十进制计数器

图 3.2 六十进制计数器

这次课程设计的六十进制计数器由两片74LS161计数器构成，采用反馈置数法构成了六十进制同步计数器。如图所示，首先对其进行了预置数，使U1的ABCD=0100，使U2的ABCD=1100，当对其加一个计数脉冲后，开始计数，当U1的ABCD=1111和U2的ABCD=1111时，在下一个ＣＰ脉冲上升沿到达时，通过U2的进位端产生的进位信号反馈回Ｕ1和Ｕ2的预置数端，这时U1的ABCD=0100，U2的ABCD=1100是电路进入循环状态，一个循环状态刚好计数六十个脉冲。

3.3 洗涤时间计时显示器

图 3.3 数显定时器

洗涤时间计时显示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，我们用两片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），U1的DOWN端和U2的BO 联在一起，当秒脉冲从U2的DOWN端输入的时候U2开始从9减到0；这时，它的借位端BO 会发出一个低电平到U1的输入端DOWN，U1的计数从9一直到变为0；当高低位全为零的时候，U1的BO发出一个低电平信号，DOWN为零时，置数端LD等于零，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。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。把两个74LS192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，我们可以利用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。

3.4 报警电路

图 3.4 报警电路

报警电路我采用了有555时基电路构成的多谐振荡器，电路的振荡与否取决于RST 脚的控制电平，当预置电路预置时间到时，对RST脚输入一个高电平，报警电路开始振荡，蜂鸣器发出响声，提醒用户定时时间到。

3.5 单稳态延时电路

没有触发信号时输入电压处于高电平（Vi>Vcc/3），如果接通电源后起始状态为低电平，电容C1放电，当放电结束，输出保持低电平不变。如果输入信号高电平到来后，电源通过R向电容C1充电，当电容C1间电压上升到2Vcc/3时，输出为低电平。此时电容放电，输出保持低电平不变。因此电路通电后在没有触发信号时，电路只有一种稳定状态Vo=0

若输入端信号(Vi

其中电容充电到2Vcc/3的时间即为输出Vo的脉宽Tw=R×C1×㏑3

电路原理图如下

图 3.5 单稳态延时电路

3.6 特殊器件的介绍

3.6.1 555时基电路

图 3.6 555定时器管脚图和原理图

555定时器的内部电路由分压器，电压比较器C1和C2，简单SR锁存器，放电三极管T组成，其内部结构如图3.5所示。三个5K 的电阻串联组成分压器，为比较器C1和C2提供参考电压。当控制电压端5悬空时，比较器C1和C2的基准电压分别为2/3Ucc 和1/3Ucc 。

第6端是比较器C1的信号输入端。第2端是比较器C2的信号输入端。比较器C1和C2的输出端控制SR锁存器和放电三极管T的状态，放电三极管T为外接电路提供放电通路，第4端为直接复位输入端，的第4端输入一个低电平时，不管其他输入端的状态如何，第3端输出端即为低电平，其功能表如下图

图 3.7 555定时器功能表

3.6.2 74LS161集成电路

计数器对输入的时钟脉冲进行计数，来一个CP脉冲计数器状态变化一次。根据计数器计数循环长度M，称之为模M计数器（M进制计数器）。通常，计数器状态编码按二进制数的递增或递减规律来编码，对应地称之为加法计数器或减法计数器。一个计数型触发器就是一位二进制计数器。N个计数型触发器可以构成同步或异步N位二进制加法或减法计数器。当然，计数器状态编码並非必须按二进制数的规律编码，可以给M 进制计数器任意地编排M个二进制码。

在数字集成产品中，按计数长度、有效时钟、控制信号、置位和复位信号的不同有不同的型号。74LS161是一种典型的高性能低功耗CMOS4位同步二进制计数器，他可以在1.2到3.6伏电源电压范围内工作，其所有逻辑输入端都可以耐受高达5.5伏的电压。它的工作速度很高，从输入时钟脉冲CP上升沿到输出的典型延时时间仅3.9秒，最高时钟工作频率可达到20MHZ.它的功能表如下图：

图3.8 74LS161的功能图

图3.9 74LS161管脚排列图

从图3.9可以知道74LS161在CR 为低电平时实现异步复位（清零）功能，在复位端高电平条件下，预置端PE 为低电平时实现同步预置功能。在复位端和预置端都为无效电平时，两计数使能端输入使能信号，CE T CER=1，74LS161实现模16加法计数功能，两计数使能端输入禁止信号，CE T CEP =0，集成技术器实现状态保持功能，

n 0n 1n 2n 31n 01n 11n 21n 3Q Q Q Q Q Q Q Q =++++。在1111Q Q Q Q n

n 1n 2n 3=时，进位输出端TC=1。

4.系统功能与调试

这次洗衣机定时控制器由秒脉冲发生器，计数器和报警电路等组成。首先从脉冲出来的信号，进入六十进制计数器进行秒计数，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。当用户设定的洗涤时间结束后，电路报警并清零。

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。对于置数来说，我们可以在计数器的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。但时，192要求在UP端工作的同时，其DOWN端要为高电平，且洗涤时间计数器要为零，，同时把脉冲停止了。这样刚开机或者再按一下开机键就可以对洗涤时间计数器预置。但是如果仅是这样的话，当置数完成再一次按开机键时，没有脉冲信号输入到洗涤时间计数器的DOWN端，192并不可以工作。我们可以把六十进制计数器的进位信号接到洗涤时间计数器的DOWN端以控制计数。这样级可以实现预置时间的延长。

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，从洗涤时间计数器高位会发出一个借位信号，我们可以用这个信号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，我们洗涤时间计数器高位借位端接一个非门，其后再接到单稳态电路的输入端TRI，单稳态的输出端接到报警电路上。这样当洗衣时间完成后，从而发出报警声，同时该信号接入洗涤时间计数器清零端使计数器清零，这样，一个完整的洗衣机控制电路就完成了。

在multisim9.o仿真软件的帮助下对电路进行了仿真，在仿真过程中也发现了不少问题观察出来的结果没有完全达到预期的效果。要得到一个良好的设计，需要的总是肯定和否定，几经修改一个电路才得以肯定、采纳。就秒脉冲电路电路一样，刚开始决定用触发器构成，但那样做电路会显得很复杂，最后采用了由555定时电路构成的多谐振荡器，但也有个缺点根据多谐振荡器周期公式我们知道设计出来的秒脉冲发生器的精度不高。

5．总结与体会

经过两周的课程设计，深有感触。每天都在想这个问题该如何解决，那个地方有什么不对；工作更是不简单，生活不是我们在寝室里所想象的那样，首先自己的事情主要还是靠自己，虽然合作也同样重要，有一个好的合作伙伴也是不容忽视的，现在的很多工程、项目或者开发都是一个团体共同努力，每一个成员都要用功，一个项目或课题决定在几个人手里，那是不健康的、没有什么刚好的前途的，从本次课程设计的目的来看，收获也是不少的，它使我们对课本以及以前学过的知识有了一个更好的总结与理解，也让我们知道了，光分开使不够的，从外面学到的知识要把形成一各整体，这也很好的训练了外面对开发一个项目应该有怎样的思路和准备更清晰。通过本次课程设计，我更加充分的理解了课本上的知识，并能够加以扩展，从而应用于实践当中，这几天的课程设计令我受益匪浅，很多平时模棱两可的知识点都认真复习并实践了。我对电子元件的各种功能及参数提升了认识，我意识到我们所学的东西将来都是要付诸实践的，所以一切要从实际情况出发，理论联系实际，这样才能真正发挥我们所具备的能力。经过此次课程设计，我向我成功的目标又迈进了一步。

来学校两年了，无论是从金工实习，还是从电子实习到现在的数电课程设计，每一次自己都觉得有一个进步，虽然有些方面自己做不出，但可以从老师和其他同学那里学到更好更多的东西，他们从另一个方面透析了自己的困难，这是很重要的，它让我学会了怎样学习别人的长处并把它变成自己的长处。有这样的机会和收获，要感谢老师的辅导以及同学的帮助，是他们让自己有了一个更好的认识，无论是学习还是生活，生活是实在的，要踏实走路，虽然自己走出来的路要崎岖的多，但觉得踏实、放心。

6. 谢辞

课程设计是培养学生综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程.随着科学技术发展的日新日异，电子技术已经成为当今计算机应用中空前活跃的领域，在生活中可以说得是无处不在。因此作为二十一世纪的大学来说掌握电子的开发技术是十分重要的。

回顾起此次课程设计，我仍感慨颇多，的确，从选题到定稿，从理论到实践，在接近一个暑假的日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固，比如说不懂一些元器件的使用方法。通过这次课程设计之后，一定把以前所学过的知识重新温故。

这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多设计问题，最后在胡宏平老师的辛勤指导下，终于游逆而解。同时，在陈永强老师那里我学得到很多实用的知识，在次我表示感谢！同时，对给过我帮助的所有同学和各位指导老师再次表示忠心的感谢！

参考文献

[1].《电子技术课程设计》历雅萍、易映萍编 2005

[2].《电子技术课程设计指导》彭介华主编高等教育出版社 2002

[3].《数字电子技术基础》阎石主编高等教育出版社 1998

[4].《电子技术基础模拟部分》康华光主编高等教育出版社 2005

[5].《电子技术基础数字部分》康华光主编高等教育出版社 2005

[6].《电子技术导论》沈尚贤主编高等教育出版社 1985

[7].《数字集成电子技术教程》李士雄丁康源主编高等教育出版社 1993

[8].《集成电子技术》蔡惟铮主编高等教育出版社 2004

[9].《电子线路设计·实验·测试》谢自美主编华中科技大学出版社 2000

[10].《最新集成电路数据手册》陈安凯主编人民邮电出版社 1996

[11].《集成电路妙用300例》陈有卿主编人民邮电出版社 1999

[12].《同步理论与技术》郑继禹主编电子工业出版社 2003

附录

图 1 总电路图元器件清单：

图2 元件清单

设计用软件：

Mutisim9电子仿真软件

Office2003