课程设计：家用风扇控制器.doc

一、设计任务及要求：设计任务： 设计直流稳压电源。 设计并制作一个能控制风速和风种的家用风扇控制器。要 求： 风扇控制器具有上电自动清零功能，能控制风速的强、中、弱三种转速，风种的正常、自然风、睡眠风三种状态 ，并且风扇按开关键时可以开启风扇（初态为风速弱、风种正常），再按开关键时可停止。 画出电路总图。 组装和调试。 指导教师签名： 2010年6月21日二、指导教师评语： 指导教师签名： 2010年 6 月 日 三、成绩 验收盖章 2010 年 6 月 日 家用风扇控制器1 设计目的（1）进一步掌握各芯片的逻辑功能及使用方法。（2）实现对指示灯的控制来模拟风扇控制器。（3）进一步掌握数字系统的设计和数字系统功能的测试方法。（4）进一步掌握数字系统的制作和布线方法。（5）了解直流稳压电源的结构。2 设计思路（1）设计直流稳压电源电路。（2）设计风种控制电路、风种处理电路。（3）设计风速控制电路、风速处理电路。3 设计过程 3.1、方案论证图1家用风扇控制器总体结构框图 （1）其中总控中心负责提供显示电路的开关控制和状态转换电路的复位控制。（2）风速状态转换电路和风种状态转换电路分别由开关控制，负责提供风速、风种状态转换。风速、风种状态控制过程都分为三个阶段，对应的输出有三种状态，分别用和表示：（00）状态：风速弱，LED灯1模拟以200HZ的频率闪烁。（01）状态：风速为中，LED灯2模拟以500HZ的频率闪烁。（10）状态：风速强，LED灯3模拟以1000HZ的频率闪烁。（00）状态：风种正常，LED灯4持续亮。（01）状态：风种为自然风电扇模拟自然风，即转2s，停2s；LED灯5模拟亮2秒灭2秒。（10）状态：风速强风种睡眠电扇慢转，产生轻柔的微风，转4s，停4s， LED灯5模拟亮4秒灭4秒。初始状态为：风速弱，风种正常；按“风速”键，其状态由“弱、中、强、弱、”循环；按“风种”键，其状态由“正常、睡眠、自然、正常、”循环。（3）译码电路负责将前一级的状态编码进行译码，用来驱动下一级的脉冲产生电路。（4）风速控制脉冲产生电路和风种控制脉冲产生电路，负责产生如（2）所述的脉冲波形用来驱动后一级的显示电路。（5）显示电路负责显示和模拟风扇的控制结果。3.2、芯片选取及芯片功能分析图2 74LS74图2所示为芯片74LS74，74LS74是一片具有双D触发器的功能比较强大的芯片；其功能表如下：PRCLRDCLKQQ01xx1010xx0100xx11111101100174LS74功能表由功能表可知当74LS74的CLR端为0和PR端为1时Q端输出恒为0；CLR端和PR端均为1时触发器正常工作。本设计很大程度上便利用了在将触发器Q端与D端相连产生的0与1转换电路来产生脉冲波形。图3 74HC192D_2V图3所示为74HC192D_2V3是一款功能比较强大的芯片，它具有清零和置数的功能，能够实现加计数和减计数。我们在此处利用它的加计数功能实现00、01、10三个状态的连续转换。图4 74HC139DW_2V图4所示为74HC139D_2V，74HC139是一片2线4线译码器，输出端为低电平有效其功能表为：GBAY0Y1Y2Y31XX111100001110011011010110011111074HC139功能表本例选择74HC139能很好地对00,01,10三种状态进行译码，满足要求。3.3、单元模块设计及工作原理说明3.3.1、总控中心电路的设计总控中心负责控制整个电路的复位和风扇的开关。在自动清零键（J4）合上的基础上，开关键（J3）第一次按下打开风扇，风扇开始运转（处于初态：正常风、慢速）；开关键第二次按下，停止风扇；再次按下时，风扇启动且处于初态；循环按键便可依次循环启动、关闭。图5总控中心电路图5为总控中心电路图，依据功能表，当CLR端为0，PR端为1是，触发器输出端（Q）清零，所以只要在电路上电时，保证开关J4打开，即可达到上电自动清零的效果，有效防止了触发器上电时输出状态随机而造成的逻辑错乱。整个电路核心部分为由触发器组成的0与1转换电路（在时钟脉冲的触发下输出端产生0和1的交替输出），如图所示将输入端D和输出端Q相连，可得输出端Q的状态方程如下：由状态方程可知，在输出端Q为0的初始状态下，按一下按钮式开关（即给触发器一个上升沿），便可触发触发器使触发器的输出Q翻转为1，因此依次循环按下开关J2可使输出端Q产生1、0、1、0的循环输出，输出端Q产生0、1、0、1的循环输出；所以线9（接Q）在依次按下开关时可用来控制电扇电的通断（LED的亮灭），同时线7（接Q）在开关第二次按下时（即关闭电扇时）输出高电平可用来控制其余电路的复位清零（第一次按下时不影响其余的电路工作）。3.3.2状态转换电路的设计对上述和的三种状态按照二进制码进行编码分别为00、01、10。图6 控制单元电路图 图6为控制单元的电路图，鉴于按下“风速”键，其状态由“弱、中、强、弱、”循环，按下“风种”键，其状态由“正常、睡眠、自然、正常、”循环，我们可以用计数器的加计数功能来转换00、01、10这三种状态.，为了使这三种状态在按钮式开关J1的的触发下（即给一个下降沿）循环；从而从QA和QB端接出线1和线2连至与门，然后反馈回计数器的清零端（74HC192为异步清零），当计数器QA和QB端翻转到11时，又清零为00，以此来达到按下风速或风种键时可以循环转换的目的。同时与门U4和来自总控中心的复位清零信号连至或门，再反馈回清零端，因此U4产生的输出和总控中心产生的清零信号互不干扰的控制着计数器芯片的清零。74HC139负责将产生的状态进行译码，以驱动后级电路。3.3.3、脉冲产生电路的设计 据3.1（2）所述，风速、风种三个状态分别须产生不同频率的脉冲波来驱动LED的显示，以达到模拟风扇风速与风种的效果。图7 风速控制脉冲产生电路图7所示为风速控制脉冲产生电路，其核心电路也为3.1.1所述的0与1转换电路（在时钟脉冲的触发下输出端产生0和1的交替输出）。风速或风种状态经译码器译码之后，对应的译码输出端输出为0，其余为1。如在风速控制电路中状态为00，便可得到Y0输出端输出为0，经一反相器接至触发器的CLR端，据3.2所述的74LS74的功能表，可知在PR恒为1时若1CLR端输入为1，触发器便可正常工作，此时Q端与D相连，组成的0与1转换电路在时钟脉冲源的触发下，Q端输出一系列0与1交替的脉冲信号，然后接至显示电路，对应LED应以一定的频率闪烁；其频率由触发触发器的脉冲源决定。而Y2、Y3(即2CLR )输出为1，使得触发器的输出端恒为0，接至显示电路时对应LED应不亮。3.3.4、显示单元电路的设计图8显示单元电路图6为显示单元电路，由总控中心控制信号（风扇开时输出为1）和各风速风种信号连至与门后驱动LED显示。3.4、总体电路图及工作原理图9总体电路图整个电路的核心部分为由触发器组成的0与1转换电路（在时钟脉冲的触发下输出端产生0和1的交替输出）和由计数器组成的状态转换电路。如图7，整个电路由开关J3的触发开始，对显示模块和状态转换模块进行初始化。从而由开关J1和J2可触发计数器进行状态转化，状态转换后的编码值经译码器译码后，驱动对应的由触发器组成的0与1转换电路产生相应的脉冲波形来驱动LED显示单元电路。3.5、稳压电源的设计4、5设计原理：直流稳压电源由电源变压器，整流，滤波和稳压电路4部分组成。电源变压器是将交流电网220V的电压变为所需的电压值，然后通过整流电路将交流电压变成脉冲的直流电压。经过滤波电路加以滤除，得到平滑的直流电压。稳压电路的作用是当电网电压波动，负载和温度变化时，维持输出直流电压稳定。本例采用三端稳压器LM7812、 LM7912、LM7805、LM7905设计了一个可提供正负对称电压的可调稳压电路。此稳压电路可提供四路输出，两对正负对称电压。此处得到了和直流电源。设计图如图6 图10 直流稳压电源电路4、仿真（1）根据电路设计图在仿真软件中进行仿真。（2）仿真结果仿真结果如图5所示：（下图所示为中风速睡眠风）图11 家用风扇控制器仿真图5主要仪器与设备 软件Multisim 106设计体会与建议 6.1设计体会通过这次课程设计，加强了我们动手、思考和解决问题的能力。在整个设计过程中，我们设计了一整套电路原理图、仿真图，受益颇深啊！此外，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。这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多专业知识问题，最后在老师的辛勤指导下，终于游逆而解。同时，在老师的身上我们学也到很多实用的知识，在次我们表示感谢！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！6.2对设计的建议我希望学校能对学校的实验仪器以及科学文献更加开放给学生，这样学生才能更多地将理论用于实际，获得最新最前沿的知识。参考文献1.罗会昌.电工电子技术