电风扇控制逻辑电路

成绩课程设计说明书题 目：家用电风扇控制逻辑电路设计课程名称： 数字电子技术 学 院： 电子信息与电气工程学院 学生姓名： 学 号： 专业班级：指导教师： 2013年6月7日 课 程 设 计 任 务 书设计题目家用电风扇控制逻辑电路设计学生姓名所在学院电子信息与电气工程学院专业、年级、班设计要求：1、设计制作一个家用电风扇控制逻辑电路；2、用一个按键实现风速强、中、弱的循环控制；3、用LED灯显示风速的状态。学生应完成的任务：设计电风扇的工作原理，并利用Multisim软件进行电路仿真。利用DXP软件绘制电路原理图，并设计制作电路的PCB板。根据设计原理对电路进行安装调试，完成课程设计工作，并提交课程设计报告。参考文献：1 秦长海，张天鹏，翟亚芳.数字电子技术M.北京：北京大学出版社，2012.2 臧春华.电子线路设计与应用M.北京：高等教育出版社,2005.3 邱关源，罗先觉.电路（第五版）M.北京：高等教育出版社，2006.4 阎 石.数字电子技术（第五版）M.北京：高等教育出版社，2005.5 张阳天，韩异凡.Protel DXP电路设计M.北京：高等教育出版社，2005.工作计划：5月27号29号完成原理图的设计；5月30号31号进行PCB设计；6月3号4号制作PCB板；5月5号7号电路板安装与调试，提交课程设计报告。任务下达日期：2013年 5月27日任务完成日期：2013年 6月 7日 指导教师（签名）： 学生（签名）：家用电风扇控制逻辑电路设计摘 要：该电路可以控制风扇用一个四角按键和给定的其他元器件来实现风速强、中、弱的循环控制，设计一个家用电风扇逻辑控制电路。每次按动按键，风速依次按照强（红灯亮）、中（绿灯亮）、低（黄灯亮）三个强度循环变换再按风扇不会停止，会跳到强档（红灯亮），当需要关闭时，需切除电源。74LS175四D触发器的主要作用是构成移位锁存器，实现风速状态的锁存。控制电路主要由74LS00四与非门、74LS175四D触发器组成。关键词：与非门；D触发器；电路仿真；PCB板目 录1. 设计背景.11.1 了解数字电子系统和数字电路的定义和组成.11.2 数字电路.12. 设计方案.12.1 主要元器件逻辑功能的分析.12.2 电风扇运行分析.42.3 设计流程.43. 方案实施.43.1 构思设计电路.43.2 设计电路.53.3 PCB板的制作及要求.73.4 制作实体电路板.84. 结果与结论.95. 收获与致谢.96. 参考文献.107. 附件.107.1 电路设计所需的元器件清单.101.设计背景1.1了解数字电路系统和数字电路的定义和组成 数字电路系统一般包括输入电路、控制电路、输出电路、时钟电路和电源等。输入电路主要作用是将被控信号转换成数字信号，其形式包括各种输入接口电路。比如数字频率计中，通过输入电路对微弱信号进行放大、整形，得到数字电路可以处理的数字信号。模拟信号则需要通过模数转换电路转换成数字信号再进行处理。在设计输入电路时，必须首先了解输入信号的性质，接口的条件，以设计合适的输入接口电路。1.2 数字电路数字电路是用数字信号完成对数字量进行算术运算和逻辑运算的电路，又叫数字系统。由于它具有逻辑运算和逻辑处理功能，所以又称数字逻辑电路。现代的数字电路由半导体工艺制成的若干数字集成器件构造而成。逻辑门是数字逻辑电路的基本单元。存储器是用来存储二值数据的数字电路。从整体上看，数字电路可以分为组合逻辑电路和时序逻辑电路两大类。2.设计方案2.1 主要元器件逻辑功能的分析 （1）74LS00（四与非门）74LS00主要是求两个输入的非的运算，其含有四个与非门，运算表达式为Y=(AB)。表1为74LS00的真值表，当输入全为高电平时，输出才为低电平。图1是74LS00的逻辑结构图。表1 74LS00真值表InputInputOutputABYLLHLHHHLHHHL 图1 74LS00逻辑结构（2）74LS175（四D触发器）74LS175是含有四个D触发器的集成芯片，表2是D触发器的特性表，可以看出，其输出Qn+1与输入D是一致的，而与现状Qn无关。图2是74LS175的引脚图，8引脚和16引脚分别接地和高电平。图3是74LS175内部结构图，能够看到各个引脚的接线。表2 74LS175特性表输 入输 出DQnQn+1LLHLHLHLHHHH图2 74LS175引脚图 图3 74LS175内部结构图2.2 电风扇运行分析 实现风速的强、中、弱控制(个按钮控制，循环)：风扇启动后，依次按下“风速”键，风速按照“弱”“中”“强”“弱”的方式进行变换。使用一个“风速”键来进行风速控制，当风扇处于“停止”状态时，按下“风速”键，风扇启动，并处于“弱风”、“正常风”状态。2.3 设计流程为了达到使用元器件越少越好的要求和画图排线的方便，我们设计了一个仅仅使用74LS175和74LS00就能实现基本要求的逻辑电路。本设计大部分参考数字电子技术课本来设计电路原理图，首先进行设想，然后根据所需操作，写出真值表，随后根据真值表写出逻辑表达式，最后根据所给出的器件，对所求得的逻辑表达式进行变化，能够与所给器件的功能一致。用Multisim仿真电路图并运行，检测电路的设计是否正确。检测正确运行之后，用Altium designer画出电路图，进行封装、制板、焊接、检测成品的逻辑功能。3. 方案实施3.1 构思设计电路 用LED代替风扇的高中低档，根据每一步操作产生的结果，列出真值表，写出逻辑表达式，化简逻辑表达式与要求一致。在Multisim上画出电路图（要与老师要求用的元器件一致，并不是结果一样就可以）。将电路在Multisim上连接好后，为各个电阻和电容选取适当值，为各个开关设置好适当的键盘打开数值连接，然后打开Multisim的开关，根据彩灯的闪烁情况判断电路是否正常。如果正常，则所设计电路无误，可以根据该原理图制作PCB电路，从而制板；如果不正常，应该详细检查每一步是否出错，并改正。 电路运行正常时，Multisim电路仿真如图4所示。图4 Multisim电路仿真图3.2 电路设计该电风扇主要借助三个触发器的锁存状态，触发器输出1表示工作状态有效，0表示工作状态无效，当三个输出全为0，则表示停止状态。刚接通电源时，风扇处于静止状态，相当于无效状态，当按下第一次四角按键时，风扇进入弱风状态，第二次进入中风状态，第三次进入强风状态，第四次回到弱风状态，形成循环，当风扇需要停止时，需拔出电源。其电风扇状态转换示意图如图5所示。中风010静止000弱风001强风100图5 电风扇状态转换示意图(1) 根据风扇的转换图得到转换真值表如表3所示。表3 风速转换状态真值表Q2n Q1nQ0nQ2n+1 Q1n+1Q0n+1功能000001停止弱001010弱中010100中强011未用100001强弱101未用110未用111未用（2）根据表3可得到Qn+1的次态卡诺图如图6所示。Q2n+1Q1n+1Q0n+1 Q1nQ0n Q2n 0 0 0 1 1 1 1 0 001010100001 0 1 图6 Qn+1的次态卡诺图3.3 PCB板的制作及要求制作PCB板是课程设计中重要的一步，这个是课程设计的关键。首先在Altium designer软件中根据Multisim电路仿真图画出电路原理图。Altium designer中的电路原理图如图7所示。图7 Altium designer中的电路原理图 在原理图正确的情况下，就要用Altium designer对原器件进行封装，PCB布线如图8所示。布好线用热转印纸把电路图翻印到印刷好的电路板铜面上。 图8 PCB板布线PCB板制作的具体要求：1 单位采用公制单位（mm）。2 电源线和地线要求采用0.8mm或是0.6mm,如果从两个焊盘中间穿过时用0.4mm或0.3mm。3 信号线采用0.5mm。如果从两个焊盘中间穿过时用0.4mm或0.3mm。4 焊盘的内径用0.9mm或0.85mm。外径根据需要进行修改，一般为X方向1.6 mm，Y方向2.0mm，或是X方向2.0 mm，Y方向1.6mm。5 PCB板制作的大小应该看起来美观、排列紧凑且容易焊接。PCB板的大小选用5cm*6cm。3.4 制作实体电路板把腐蚀好的电路板（必须检查电路是否有短路，短路的错误）进行焊接，注意各个发光二极管的正负极，以及集成芯片的焊接一定要在底座上，不可直接焊接。焊接好后检测焊点是否良好，有没有虚焊，检测无误后交给老师检测。4. 结果与结论本次课程设计用74LS00（四与非门）、74LS175（四D触发器）、四角按键、电平接口，若干发光二极管、电阻设计了一个能够控制电风扇风速的控制器，其风速随着按键的触发，在弱风、中风、强风之间轮回转换。经过设计前的构思，设计电路图，模拟制版并检测运行，最终得到按照书本的步骤设计是最简便的，想快速便捷地设计出完美的电路，还是少不了老师的指导，以及正确的做法，多思考，才能学到更多。5. 收获与致谢经过两个星期的电子技术课程设计，我学会了同学之间的相互合作。首先通过实践加深了对数字电子技术理论知识的理解，能够初步掌握电子信息专业常用软件的基本工具的应用，并且亲身感觉到与数字生活是如此的近距离，有说不出的喜悦与甜蜜。但是由于软件基本功不行，设计过程中遇到了小难题，尤其在PCB布线的时候，耽误了大量时间，在经过不懈努力后才完成了我们的PCB板。所以我们在设计的过程中，不可对其中任意一个环节不耐心，要认真检查到每一根导线。这次课程设计我深刻意识到认真的重要性，也许是第一次做数电课程设计，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现自己的不足之处，对以前所学过的知识认识得不够深刻，掌握得不够牢固，理解的不够透彻。总体来说,这次实习我受益匪浅.在摸索该如何设计程序使之实现所需功能的过程中,特别有趣,培养了我的设计思维, 增加了实际操作能力。如果不能够认真谨慎的工作，我们的设计不会达到预期的效果。还有不论遇到什么困难，不要对自己失去信心。在以后我要更加努力学习，培养自己独立思考的能力，弥补自身的不足，提高自己的综合素质。 这次设计过程中我要感谢张天鹏老师的细心指导以及本组成员的合作。以及同学间的学习，我对DXP和Multisim的使用更加熟悉，我再次表示深深的感谢！6. 参考文献1 秦长海，张天鹏，翟亚芳.数字电子技术M.北京大学出版社，2012.2 臧春华.电子线路设计与应用M.北京：高等教育出版社，2005.3 邱关源，罗先觉.电路（第五版）M.北京：高等教育出版社，2006.4 阎 石.数字电子技术（第五版）M.北京：高等教育出版社，2005.5 张阳天，韩异凡.Protel DXP电路设计M.北京：高等教育出版社，2005.7. 附件7.1 电路设计所需的元器件清单CommentDesignatorFootprintLibRefQuantityLED0D1，D2，D3LED-0LED03Header 2P1HDR1X2Header 21Res2R1，R2，R3AX