家用电风扇逻辑电路设计

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：完成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Altium Designer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古树忠，刘文洲，姜航. Altium Designer教程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，2006.4臧春华.电子线路设计与应用M.北京:高等教育出版社，2005.工作计划： 5月26日5月27日，利用Multisim软件完成电路功能仿真；5月28日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：

3、2014 年5 月26 日任务完成日期： 2014 年6 月6 日 指导教师（签名）： 学生（签名）：课 程 设 计 任 务 书 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，该电路实现的是循环控制的功能。该电路主要由循环控制电路组成，它用74LS00、74LS175（或74LS138）器件实现。经Multisim仿真测试，该电路实现了循环控制功能，利用Altium Designer软件对电路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：家用电风扇；74LS175；电路仿真；PCB设计目 录1.设计背景 11.1前言 11.2了解课程设计所

4、用到的元器件的功能 1 2.设计方案 32.1课题方案论证与分析 32.2设计方案的确定 33. 方案实施 4 3.1逻辑电路的设计与仿真 4 3.2电路原理设计 6 3.3 PCB设计与要求6 3.4安装与调试.7 4.结果与结论 85.收获与致谢 86.参考文献 87.附件 91. 设计背景1.1前言科学技术是第一生产力，科技使我们由手工时代进入现代的电器时代，同时科技在国家的国防事业中发挥了重要作用，只有科技发展了才能使一个国家变强。而作为一名大学生不仅仅要将理论知识学会，更重要的是要将所学的知识用于实际生活之中，使理论和实践能够联系起来。家用电风扇已经变得极为普遍，成为我国家庭中最为普

5、及的家用电器之一。随着人们生活水平的提高，人们对家电要求越来越高，电风扇的智能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的。因为它对逻辑电路进行设计分析的思路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应用于电子课程设计中。1.2了解课程设计中所用到的元器件的功能74LS175是一个四D触发器，其引脚图和功能表如图1,表1所示，它的特性方程为Qn+1=D，根据具体的要求进行不同的设计及连接。74LS138是一个3线-8线译码器，其引脚图和功能表如图2，表2所示。对于一个74LS00来

6、说，相当于四个与非门,其引脚图和功能表如图3，表3所示。 图1 74LS175引脚图 表1 74LS175的功能表 图2 74LS138的引脚图 表2 74LS138的真值表 图3 74LS00的引脚图 表3 74LS00的功能表 输入 输出 A B Y L L H L H H H L H H H L 2. 设计方案2.1课题方案论证与分析根据设计要求，要实现电风扇对风速“强”，“中”,“弱”的循环控制需要三个状态，把000作为初始状态，001表示风速“弱”，010表示风速“中”，100表示风速“强”，用脉冲开关对脉冲信号进行，每按一次脉冲开关来一个脉冲信号，用发光二极管来显示电风扇工作时的风

7、速的状态，LED灯X1亮则实现001状态，控制风速为弱；LED灯X2亮则实现010状态，控制风速为中；LED灯X3亮则实现100状态，控制风速为强，依次来循环。为了防止发光二极管抖动，在二极管与地之间加上一个100的电阻，为了保护电路在开关位置后加上一个100的电阻和0.01uF的电容。然后利用所要求的元器件进行分析和设计。2.2设计方案的确定 方案一：采用74LS175和74LS138两个芯片和74LS00去实现控制电路的循环强中弱，把74LS175的输出作为74LS138的输入通过3线-8线译码器进行译码。方案二：只采用74LS175和74LS00这两个芯片去实现课程设计的要求。由于方案一

8、过程过于繁琐，在老师的指导下我们采用了方案二，然后将二极管接在输出端，发现电路同样能实现循环控制，这样既简化了电路也能节省元器件来达到同样的效果。但总体构想就是利用74LS175设计出基本电路，利用脉冲开关进行调控，然后用三个LED发光二极管现实风速不同的状态。3. 方案实施3.1逻辑电路的设计与仿真001根据要求用一个开关控制风速的强中弱，选择三个D触发器按顺序表示为Q3Q2Q1，共有四种状态，000（停止），001（弱），010（中），100（强）。画出状态转换图如图4所示。 010000100 图4 逻辑状态转换图根据逻辑转换图列出状态转换表，如下表4所示。 表4 状态转换表 计数脉冲序

9、号 原始状态 状态分配 输出 CLK S Q3 Q2 Q1 Y 0 S0 0 0 0 0 1 S1 0 0 1 0 2 S2 0 1 0 0 3 S3 1 0 0 1 4 S1 0 0 1 0 根据状态转换表画出卡诺图，如下图5所示。Q3n+1Q2n+1Q1n+1 Q2nQ1n 00 01 11 10 001/0 010/0 xxx/x 100/0 001/1 xxx/x xxx/x xxx/x Q3n 0 1 图5 次态/输出的卡诺图 根据次态/输出的卡诺图画出卡诺图的分解，如下图6所示。Q1n+1 Q2nQ1n 00 01 11 1010×01×××

10、 Q3n 0 1Q2n+1 Q2nQ1n 00 01 11 1001×00××× Q3n 0 Q3n+1 1 Q2nQ1n 00 01 11 1000×10××× Q3n 0 1 图6 图5卡诺图的分解从卡诺图中得到电路的状态方程为： Q3n+1=Q2n Q2n+1=Q1n Q1n+1=(Q1n)'(Q2n)'根据D触发器特性方程Qn+1=D,得出电路的驱动方程为： D3=Q2n D2=Q1n D1=(Q1n)'(Q2n)'画电路图。根据求得的驱动方程画出逻辑电路图并进行仿真，如图7

11、所示。 图7 家用电风扇控制逻辑电路仿真图3.2电路原理图设计根据电路图然后在Altium Designer找到对应的元器件画出原理图，在画图的过程中要注意所用的器件的脚码是否正确，所用的器件在库里是否封装，家用电风扇控制逻辑电路原理图如图8所示。 图8 家用电风扇控制逻辑电路的原理图3.3 PCB要求与设计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

12、mm，Y方向2.0mm，或是X方向2.0 mm，Y方向1.6mm。过孔的大小和焊盘的设置一样。5、PCB板制作的大小应该紧凑、美观，PCB大小应选用5*6。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电路图，使用单面板及单层布线，PCB电路图如图9所示。 图9 家用电风扇逻辑控制电路的PCB图3.4安装与调试在焊接之前用在焊接之前要把各个电阻的阻值用万用表测试,检查阻值是否正确；检查变压器的型号,确定220V交流电经变压器变压后是合适的电压；选用220V/25W的电烙铁；焊接时不能把电路板铜线烫坏；焊接要准确；每焊接好一处注意要检查是否有短路现象

13、。     焊接完毕后进行调试，具体步骤是在接通电源前，先用万用表仔细检查管脚是否有短路，虚焊、漏焊现象。检查无误后，先不要把各个集成块插入芯片插座中，应先接通电源，用手触摸桥碓,看看是否发热,或者用万用表测试其两端的电压是否在10V左右。如果发热或者电压为零则说明电路中有短路的现象，要立刻切断电源，再做仔细的检查，改正后再进行同样的测试，直到正常为止。再测试各个芯片的电压是否正常，正常的话可以把各个集成块芯片插入芯片插座中。以上检查无误后,再进行调试，调试的主要仪器：数字万用表，直流电压源，示波器。先检查各芯片的电源和地是否接上，检查线路是否

14、有问题，再根据LED灯的变化情况确定可能的原因，分析元件哪个部分出错。用数字万用表检查各个模块的功能，发现并改正错误，直到符合要求为止。4. 结果与结论 家用电风扇控制逻辑电路的设计，是用74LS175和74LS00两个芯片来实现对电风扇“风速”的循环控制以及停止的，四角脉冲开关每按一次就给一个脉冲来控制CLK端，用发光二极管来显示电风扇工作时的风速状态，实现了课程设计的目的。5. 收获与致谢通过这两个星期的课程设计让我们有机会把书本上的知识运用到实践中，也让我发现自己学习中的不足，培养了实践操作能力。在课程设计中用到了Altium Designer和Multisim，也让我进一步加深了对这些

15、软件的学习，进一步加深了对所用到的各种元器件的功能的理解。三个人一个小组，在课程设计中每个人既有自己独立的想法也要听取别人的意见，是一次很好的学习交流的机会。有时候一个很小的细节问题决定成败，任何时候都要仔细认真的做事，在以后的学习中更要强化动手能力。指导老师张天鹏老师和郭汝静老师给了我们很大的帮助，老师认真给我们指导发现我们课程设计中出现的问题并及时纠正，谢谢老师给予的帮助。同时谢谢其他同学的帮助，使此次课程设计能够圆满顺利完成。6. 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古树忠，刘文洲，姜航. Altium Designer教程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，2006.4臧春华.电子线路设计与应用M.北京:高等教育出版社，2005.7. 附件家用电风扇控制逻辑电路实物图的正反面分别如图10,图11所示。 图10 家用电风扇控制逻辑电路实物图正面 图11 家用电风扇控制逻辑电路实物图反面 方案一中家用电风扇控制逻辑电路的仿真图如图12所示。 图12 方案一家用电风扇控制逻辑电路仿真图家用电风扇控制逻辑电路的设计所用的元器件的清单如下表5所示。 表5 元器件清单 序号 类型 型号 数量 1 芯