电风扇控制--数字电路课程设计报告.doc

家 用 电 风 扇 控 制 逻 辑 电 路 设 计 电子课程设计报告 题目名称：家用电风扇控制逻辑电路设计 姓 名：邹秀兰 专 业：通信工程 班级学号：08042104 同 组 人：曾令春 指导教师：韦芙芽 南昌航空大学信息工程学院 2010 年 9 月 日 摘要随着我国经济的发展，居民家中的电器是越来越多，电风扇也成为了我们生活中必不可少的家用电器。以前的台式电风扇和落地式电风扇都是采用机械控制，主要控制风速和风向。然而随着电子技术的发展，目前的家用电风扇大多采用电子控制线路取代了原来的机械控制器，是电风扇的功能更强，操作也更简便。使电风扇的使用变得更为人性化。本次课程设计的题目是：家用电风扇逻辑控制电路的设计。由三个按键分别控制风速、风种和开关，并分别用不同颜色的发光二级管来显示风扇工作的状态。附加按键提示音及定时功能。增加这些都是为了提高电风扇的人性化。基本电路是利用四片D触发器74LS175建立起“风速”及“风种”状态锁存电路，并由74LS08、74LS1517、4LS175及74LS00构成“风速”及“风种”的循环。定时部分由555单稳态脉冲电路及74LS192移位寄存器和74LS48译码器构成。经过一系列的分析、准备。由于库房没有大的板子故将定时部分焊在另一块板子上，所以本次课程设计除在美观上有点欠缺外达到了全部的要求。关键字:电风扇、按键、脉冲、循环。目录 前言4 第一章 设计内容及要求5 第二章 系统设计方案选择 2.1 方案一6 2.2 方案二6 第三章 系统组成及工作原理 3.1 系统组成7 3.2 工作原理8 第四章 单元电路设计、参数计算、器件选择 4.1 状态锁存电路电路9 4.2 触发脉冲电路11 4.3 风种控制电路12 4.4 消抖电路14 4.5 单稳态电路15 第五章 实验、调试及测试结果与分析16 结论17 参考文献18 附录一18 附录二20 附录三22 前言 科学技术是第一生产力。科技使我们由手工时代进入了现代的电器时代。同时科技在国家的国防事业中发挥了重要的作用，只有科技发展了才能使一个国家变得强大。而作为二十一世纪的主义，作为一名大学生，不仅仅要将理论知识学会，更为重要的是要将所学的知识用于实际生活之中，使理论与实践能够联系起来。电子课设是将理论与实践相结合的一个非常重要的环节，是一个能真正能提高学生动手与实践能力的环节。 家用电器已经变得极为普遍，成了我国家庭中最为普及的家用电器之一。随着近几年我国经济的快速发展人们的生活水平也逐渐提高了，人们对家用电器的要求也越来越高。人们希望家用电器能够实现智能化及人性化。而作为人们生活中比不可少的家用电器，电风扇的智能化及人性化的设计就显得尤为重要。家用电风扇控制逻辑电路设计就是针对这一问题而研究设计的。以前的家用的电风扇一个按键只能控制一种风速，而且无法对其风种进行控制，无疑这样的电风扇存在一定的弊端，从而限制了电风扇的进一步普及。通过逻辑电路设计之后的电风扇。只需要三个按键就可以循环控制风速、风种及开关状态。实现了电风扇的人性化。在国内外，家用电风扇的逻辑控制技术已经相当成熟。但是这一点并不能说明我们的这次课设就没意义。因为其中对逻辑电路进行设计分析的思路仍然值得我们去学习和研究。又因为其简单、易做、易设计。对设计材料无特别要求的特点。使得家用电风扇控制逻辑电路设计这一课题广泛运用于电子课设中。 第一章 设计内容及要求基本要求1)实现风速的强、中、弱控制(个按钮控制，循环)： 使用一个“风速”按键来循环控制风速的变化。当电风扇出于停止状态时按下该键，风扇启动并出于弱风、正常风状态，风扇启动后，依次按下“风速”键，风速按着“弱中强弱”依次变换。2) 实现风种的“睡眠风”、“自然风”、“正常风”三种状态的控制(个按钮控制，循 环)： 使用一个“风种”按键来循环控制风种的选择。当风扇处于停止状态时按下该键风扇不能启动，当风扇处于工作状态时，依次按下“风种”键，风速随着“正常风睡眠风自然风正常风”的状态变化。3） 风扇停止状态的实现： 使用一个按键来控制风扇的停止。在风扇处于任一工作状态时按下该键风扇停止工作。4) LED显示状态:分别用六个LED灯来显示“风速”和“风种”的三种工作状态。提高要求1) 按键提示音2) 定时关机功能(以小时为单位)1正常风 电机连续转动，产生持久风；2自然风 电机转动4秒，停4秒，产生阵风；3睡眠风 电机转动8秒，停8秒，产生轻柔的微风。 第二章 系统设计方案选择 ？方案：电风扇控制逻辑电路由四部分组成。 1、状态锁存电路； 2、触发脉冲电路； 3、“风速”、“风种”方式选择电路； 4、定时电路； 该电路？很好的实现“风速”、“风种”及停止状态的控制，完美的实现了课设的基本要求，也基本上完成了提高要求。因为提高要求是在基本要求达到后设计的，由于时间的问题故存在些瑕疵没能和主电路达到很好的匹配。 第三章 系统的组成及工作原理 3.1 系统的组成 本系统由脉冲触发电路、状态锁存电路、“风速”、“风种”控制电路及定时电路组成。通过按键开关产生单次脉冲来控制电风扇的工作状态并由六个发光二极管来显示其状态。由拨动开关来控制定时的长短并由数码管来显示电扇停止的剩余时间。1、 脉冲触发电路 按键K1按下后产生的单次脉冲信号做为“风速”状态锁存电路的触发信号。按键K1、K2及部分门电路74LS00、74LS08构成“风种”状态锁存电路的触发信号。2、 状态锁存电路 “风速”“风种”状态锁存电路均是由一片有4个D触发器的74LS175构成，每片的三个D触发器的输出端分别接三个状态指示灯，同时每片74LS175的清零端都接停止键K3，利用按键产生的低电平信号将所有状态清零。3、 风种控制电路 在“风种”的三种工作状态中，在“正常风”状态时，风扇持续转动，而工作在“自然风”和“睡眠风”状态时产生的是间断的风。电路中用74LS151作为风种的控制器，由74LS175的三个输出端选择其中的一种工作方式。间断工作时，在74LS175的CP端加入一个周期时钟信号作为“自然风”的间断控制，二分频后再作为“睡眠风”转台的控制输入。4、 定时控制电路 该电路是由NE555构成的单稳态电路，及74LS192构成的减数电路以及由74LS48译码器和数码管构成的显示器电路构成的。其中单稳态电路的功能是产生秒脉冲使减数电路实现定时功能，译码器和数码管是用来显示定时剩余时间。5、 按键音电路 按键音电路是由或门74LS32及蜂鸣器构成。蜂鸣器一端接地，另一端接74LS32的输出端，74LS32的一个输入端接高电平，另一端接拨动开光K1,K2。当按下开关时蜂鸣器导通，发出蜂鸣式的按键音。3.2 工作原理 电路是通过按按键产生单次脉冲，再通过状态锁存电路处理来控制风扇的工作状态以及六个指示灯来显示电风扇的工作状态。三个按键分别控制不同的功能风速、风种、停止。操作电扇的原理状态转换图如图 3-1。电风扇的操作板面示意图如3-2。 图3-1 电风扇原理状态转换图 图3-2 电风扇的操作板面示意图其操作方式和状态指示方式如下：1、 电风扇处于停止状态时，所有指示灯不亮；此时只有按“风速”键电扇才会启动。此时风扇的工作状态处于“弱风”和“正常风”状态且相应的指示灯亮。2、 电扇一经启动后，按动“风速”键可循环选择弱、中、强中的一种工作状态；同时，按动“风种”键可循环选择正常、自然、睡眠中的一种工作状态。3、 电扇在任意工作状态下，按动“停止”键可以使电扇停止工作，所有指示灯不亮。 第四章 单元电路设计及器件的选择4.1 状态锁存电路 “风速”“风种”这两个操作各有三种状态和停止一种状态需要保存和指示。因而对于每一种操作都可以采用三个触发器来锁存状态。触发器输出1表示有效，输出0表示无效，当三个都输出0时表示停止。为了简化设计可以采用带有直接清零端的触发器，这样将停止键与清零端直接相连就可以实现停止功能。状态转换图如图4-1圆圈内数字XXX为Q0 Q1 Q2的输出信号。图中Q0 Q1 Q2分别表示输出状态。 图4-1电扇简化状态转换图由上面状态转换图可得状态转换表如表4-1所示。 表4-1 状态转换表该表重新画过由状态转换表可得的卡若图如表4-2所示。 表4-2 的卡若图 由上面的状态转换图以及利用卡若图化简可得Q0 Q1 Q2输出逻辑信号表达式（他们可适用于“风速”及“风种”电路）。 由上述表达式可得状态锁存电路中电风扇的工作状态如表4-3所示，其中ST=1时表示风扇处于工作状态，ST=0时表示风扇处于停止状态。 表4-3 电风扇的工作状态转换表 该表重新画过 经分析知可选用4D触发器74LS175构成状态锁存电路。状态锁存电路如图4-2所示。 图4-2 状态锁存电路 该图重新用protel画过4.2 触发脉冲电路由上面分析可得脉冲触发电路如图4-3所示。 图4-3触发脉冲电路该图重新用protel画过 电路中分别设置了K1 K2 K3三个控制键来控制电风扇的工作状态。键K1按下后形成的脉冲信号作为“风速”状态锁存电路的触发信号。键K1 K2及部分门电路构成了“风种”状态锁存电路的触发信号CP。电扇停止时ST=0 K1=0，故图中与非门U2输出低电平，U3输出也为低电平，因而U4输出的CP信号为低电平。当按下K1键后，K1输出高电平，U2输出低电平，故CP变为高电平，并使D触发器翻转，“风种”功能处于“正常”状态。同时，由于K1键输出上升沿信号，也是“风速”电路的触发器输出处于“弱”状态，风扇开始工作ST=1。电扇启动后U2输出始终为高电平,这样CP信号与K2状态一直相同。这样每次按下K2并释放后，CP信号就会产生一个上升沿使“风速”状态发生变化，在工作过程中CP波形图如图4-4所示。 图4-4 CP波形图由上面的分析及CP波形图可得CP状态转换表如表4-4所示。 表4-4 CP状态转换表 该表重新画过4.3 “风种”三种方式的控制电路风速控制电路如图4-5所示。 图4-5 风速控制电路 在“风种”的三种工作状态中，当风扇工作在“正常”时，风扇为连续运转，工作在“自然”和“睡眠”时，风扇为间歇性运行。电路中采用74LS151（8选1数据选择器）作为“风种”方式控制器，再尤由74LS175的三个输出端选中其中的一种工作方式。间断工作时，电路中用了一个8秒计时周期的时钟信号作为“自然”方式的间断控制，二分频后再作为“睡眠”方式的控制输入，三种工作方式的波形图如图4-6所示。 图4-6 三种工作方式的波形图电路图中的D2端接的是8秒脉冲，课设过程中秒脉冲有函数信号源提供。4.4定时电路 定时部分的电路如图4-7所示。定时部分是有555芯片产生秒脉冲来控制74LS192数字减数器使其实现定时功能。可以对74LS192的9、10、1、15管脚进行置数来控制定时的时间如给四管脚置初始值为1001定时的时间为9秒。之后通过74LS48译码器及一个共阴数码来显示定时的时间及风扇运行剩余的时间。 图4-7定时部分电路该图重新用protel画过4.5按键音电路 为了使电风扇在按键的同时有按键音，在设计中加入了该电路，由蜂 鸣器及或门74LS32构成，使家用电风扇变得更为人性化。其电路图如4-8所示。补充说明 按键时 什么信号使得蜂鸣器响 图4-8 按键音电路 第五章 实验、调试及测试结果与分析5.1实验过程及调试 在选好课程设计的题目后，和同组人一起去查资料然后分析讨论，最终确定了实验电路。有了实验电路后列写元件清单然后申请元件之后根据电路图及电路板的大小对整体进行了布局。之后进行焊接在两个人的配合之下顺利的将电路焊好，紧接着接上电源进行验证但结果让人伤心，什么现象都没有。我们只好耐着性子对着电路图检查所焊的电路板看是否焊接时除了错误，在两人的认真检查下发现是忘了联几根比降短的线，还有就是B键的焊接没有注意到只有对角才能起到开关的作用。将焊接中存在的问题都改正后再拿去验证发现基本要求完美的达到按键音也达到了要求，现在只剩下提高要求中的定时部分，我们通过查资料以及向老师和同学请教终于确定了电路图，我们照着电路图将定时部分电路焊好，和基本模块一起拿去测试，发现达到了定时的要求。但由于时间的问题定时部分任存在点问题，定时部分未设置总的开关以至于定时部分会一直循环。5.2 测试结果及分析 总的来说这次课设是成功的，完成了基本要求即对电风扇的“风速”和“风种”的智能的控制以及停止功能的实现，也达到了提高要求，其中按键音完成的很好由于时间的紧迫性定时部分未能和总的模块达到很好的衔接。 第六章 收获与体会 改为结论 这是我们第二次进行此类的课程设计，也是一次比较系统的对电路的整体设计，是一次很好的将我们所学的理论运用到实践中的机会。整个过程包括了查资料、对各种资料的分析、对电路的设计、焊接、调试等。期间考验了我们的耐性、与同组人的而配合能力、发现问题及解决问题的能力。所以这次课设不仅仅提升了我们的专业水平同时也提高了我们各方面的综合能力。虽然学我们这专业挺难的但既然学了也坚持到了现在以后更应该坚持。这次课设使我对以后的学习更有信心和兴趣了。结论：要针对课题来写。主要写课题设计最后实现了哪些功能，还存在哪些问题有待解决。课题设计过程的经验，电路调试的经验等。 不能写通告课程设计学到什么，培养了什么之类的内容。科技论文 不能出现 你、我、他之类的人称代词。段落之间，章节之间不要出现大片的空白！参考文献注意排版！附录一、二去掉！你们两报告的重复率非常高，其中一个得认真改一改！1.永甫. 新编 555 集成电路应用 800 例. 成都电子科技大学出版社. 19922.陈有卿，叶桂娟. 555 时基电路原理、设计与应用. 电子工业出版社. 20073.赵珂，彭嵩. 脉冲与数字电路实验指导书. 南昌航空大学信