家用电风扇逻辑电路设计解读

1、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：张天鹏2014年6月6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汇广电子信息与电气工上出尔工斤所仕字阮工口皿专业、年级、班程学院设计要求：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：完成循家用电风扇控制逻辑电路设计，利用Multisim软件进行电路功能仿真，利用AltiumDesigner软件绘制电路原理图，设计制作电路的PCB板，对电路进行安装、调试

2、，并提交课程设计报告。参专文献：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谷树忠.Altium Designer教程-原理图、PCB设计与仿真M.北京：电子工业出版社，2010.3邱关源，罗先觉.电路（第五版）M.北京：高等教育出版社，2006.工作计划：5月26日一5月27日，利用Multisim软件完成电路功能仿真；5月28日一5月30日利用Altium Designer软件完成电路原理图设计和PCB板设计；6月3日6月5日完成PCB板制作、电路安装与调试工作；6月6日，提交课程设计报告。任务下达日期：2014年5月26日任务完成日期：2014年6月 6日

3、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： 设计了一个家用电风扇控制逻辑电路， 该电路可以实现用一个开关控制风速强、中、弱的功能。该电路是由触发脉冲形成电路、控制电路、按键反馈电路构成，电路由 SN74LS175D、 SN74LS00 器件来实现。 经 Multisim 仿真测试， 该电路可以实现用一个四角开关让三个LED灯交换发亮的功能。 利用 Altium Designer 软件对电路图进行了原理图设计和 PCB 设计，并对电路进行了安装和调试，并能正常工作。关键词： 电风扇 ； SN74LS174D; SN74LS00; 电路仿真 ； Altium Designe

4、r1 .设计背景 11.1 社会发展 11.2 设计背景 12 .设计方案 12.1 状态锁存器 22.2 触发脉冲的形成 23 .实施方案 23.1 家用电风扇控制逻辑电路功能仿真 33.2 Altium Designer 原理图设计 53.3 PCB板电路图设计 63.4 安装和调试 74 .结果与结论 74.1 结果 74.2 结论 75 .收获与致谢 86 .参考文献 87 .附录 87.1 元器件清单87.2 实验电路图 91. 设计背景1.1 社会发展目前， 人们长期使用的电风扇是采用机械控制， 功能少， 一个按键智能控制一种风速。另外，功耗大，易发热，体型笨重。随着经济水平的提高

5、，家用电风扇在各个家庭里已经普遍存在。生活水平的提高让人们对家用电器的要求越来越高，人们想要家用电器智能化以及人性化。作为家里普遍存在电器，电风扇的智能化以及人性化尤为重要。虽然在国内外，有关家用电风扇控制逻辑电路设计技术已经相当成熟，但并不妨碍我们的设计，而本次家用电风扇控制逻辑电路设计就是为了解决电风扇智能化、人性化这一问题。1.2 设计背景D1:弱 D2:中 D3:强 S1:风速本次实验设计的家用电风扇控制逻辑电路中包括了脉冲触发电路、 控制逻辑电路、按键反馈电路，实验用一个开关控制风速的弱、中、强，从而实现状态循环。一经启动后，再按动“风速”开关，开始循环在弱、中、强三种状态中的一种；

6、设计中风速的弱、中、强对应电风扇转的慢、中、快。弱 风速 中 风速 强其中所用元件作用。1、电阻、电容：消抖2、四角开关：与CLK 相连形成脉冲3、二极管：显示风速大小4、SN74LS175D:定时器状态所存电路5、SN74LS00D:使单次脉冲更加稳定2. 设计方案2.1 状态锁存器“风速”操作产生三种工作状态和一种停止工作状态需要保存和指示，因而，对于此操作采用三个触发器来锁存状态，触发器输出状态为 1，则为有效状态，输出为0,则为无效状态，如果三个输出全为 0,则为停止状态。为了简化设计，用带有直接清零端的触发器。所得图如图1所示。停止弱中强弱000001010100001图1工作原理图

7、根据图1的转换图，可得到Q3n+1,Q2n+1,Q1n+1的状态表，如表1所示表 1 Q0n+1,Q1n+1,Q2n+1 的状态表Q3nQ2 nQ1nQ3n+1Q2n+1Q1n+1001010010100100001根据表1,可得到Q3n+1,Q2n+1,Q1n+1的输出逻辑表达式:n 1 nQ3 = Q2 n 1nQ2 = Q1Qn 1 = Qn2.2 触发脉冲的形成根据前面的逻辑表达式，我们用 D触发器建立起“风速”锁存电路。利用“风 速”按键（S1）所产生的脉冲信号作为D触发器的触发脉冲。设ST为电扇的工作 状态，ST=0停止工作；ST=1正常工作。得到表，如表2所示。表2 ST的信号状

8、态表强（Q2n）中(Q1n)弱（Q0n）ST00000011010110013. 方案实施3.1 家用电风扇控制逻辑电路功能仿真根据状态转换图画出状态转换表，如表3所示表3状态转换表转换次序原始状态状态分配输出状态CLKSQ3nQ2nQ1nQ3n+1Q2n+1Q1n+10So0000011S10010102S20101003S3100001根据状态转换表画次态卡诺图，如图3 50卡诺图分解图，如图4、图5、图6所示n+1-nQ3n 00000x0111100图6卡诺图的分解图4卡诺图的分解000X0111100图5卡诺图的分解1n 003从卡诺图中得到电路的状态方程:n 1nQ3 = Q2n

9、1Q2nQ1n 1Q1_ n n=Q2 Q1D触发器特性方程:Qn 1 = D由此可得:nD3 = Q2nD2= Q1D n n D1 = Q2 Q1“风速”状态锁存器电路采用一片4D触发器74LS175构成，然后在4D触发器上 的两只D触发器输出端与三个LED灯相连，用LED灯的亮或灭表示“风速”的弱、 中、强。键J2按动后形成的触发信号作为“风速”状态锁存电路的触发信号。从而得到仿真电路图，如图7所示,，*1)1 , 12LD-4,3D一，r BOM-J Kj 1>C=K- -2 a 674LS175D;U2A -'-Til心JLL山74USWJD-：U3B74LSOOD7图

10、7 Multisim仿真电路3.2 Altium Designer 原理图设计根据Multisim仿真电路，用Altium Designer进行原理图设计，SN74LS175属 于一个4D触发器，输出信号与相应的输入信号相同。得到Altium Designer原理图， 如图8所示。图8电风扇原理图设计3.3 PCB板电路图设计根据Altium Designer原理图设计，在确认设计完全正确后，利用 PCB向导做出PCB原理图，其中板子大小采用50m由60mm的规格，以及 SN74LS175、SN74LS00采用双面直插包装，另外我们使用单面板及单层布线，从而达到用最少的材料制成同种功能的板子P

11、CB原理图如图9所示。3.4 安装和调试在板子上插入各元器件，分别焊接，焊接完成后用直流电源检测其功能， 发现 三个灯常亮，不能完全按要求工作。通过检查原理图发现两个电源所标不同，导致 不能正常工作，改正原理图，可以正常工作。4. 结果与结论4.1 结果通过两个星期的从 Multisim仿真到Altium Designer原理图设计再到 PCB板电路图设计，最后得到如下所示的电风扇设计的板子。实物图如图 10所示。图10电风扇实物图4.2 结论设计主要通过数字电路知识并将电路模块化，逐步实现设计所需达到的功能要求。用了一个四角开关与CLK相连形成脉冲，经过一个简单的开关控制，用发光二 极管显示

12、风速大小，最后得到控制“风速”弱、中、强的效果。通过上文所述，可以看出本次设计所采用的元器件数量最少，功能相同，经济实惠，所实现功能效果 良好。5. 收获与致谢这是一次比较系统的电路设计，是一次将理论与实际相结合的实践。其中包括了资料的查找问题，问题的分析问题，解决问题的能力，以及电路的设计问题，还有可能会使设计时排版美观的问题。通过本次课程设计，我学到了很多，其一就是让我懂得了理论与实际相结合的重要性。另外让我更深层次的接触到了专业课程，不仅掌握PC殴计软件的应用，还掌握multisim、proteus等电路仿真软件的应用，同时还掌握了电路的安装与调试 的一般方法以及设计说明书的撰写方法，

13、为专业课学习和从事科学研究打下了良好的基础。这都要谢谢我的指导老师张天鹏老师，以及我的两个合作伙伴和我的朋友们，正是有了他们的指导，我才能够在本次设计中圆满完成。6. 参考文献1 童诗白 . 模拟电子技术基础M . 北京：高等教育出版社， 2005.2 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 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， 2012.5 谷树忠 . Altium Designer 教程-原理图、PCB 设计与仿真 M . 北京：电子工业出版社， 2010.7. 附件7.1 元器件清单元器件清单，如表4 所示。表 4 元器件清单序号型号数量1SN74LS175Ddip161个2SN74LS00Ddip141个3发光二级管3个4电阻1002个5电容0.1 01个6四角开关1个7电源7.2 实验电路图仿真电路图，如图11所示1374LS175DU2A74LSOOD图11 Mu