家用风扇控制器

-.z......资料....电工课程设计之家用风扇控制器**大学(威海)**大学(威海)机械设计制造及其自动化组员：韩春腾*意雄于一夫李昂宋岳王晓凯指导教师：宁淑荣目录前言3摘要4队员分工6第一章设计任务要求7第二章设计方案分解82.1、由进展脉冲设计82.2、状态锁存器112.3、触发脉冲的形成122.4、电机转速控制端15第三章实验电路图163.1MULTISIM仿真电路图16第四章实验电路整体说明174.1、状态锁存器电路174.2、触发脉冲电路174.3、"风种〞三种方式的控制电路18第五章实物安装与调试19第六章故障分析与电路改良20第七章设计心得21参考文献23附录一24实验清单24前言随着经济的开展，电风扇已是必不可少的家用电器。它经济、简便、实用，是每个人家里可以负担起的电器。并且随着科技的开展，电风扇的功能越来越完善，人们也更加注重电风扇的智能化、人性化。许多厂家在制作风扇是运用了集成芯片构成数字电路或者单片机技术，使电风扇的电路更加简单。本次电工学课程设计实验就是运用了我们所学的数字电路的知识，来实现家用电风扇控制逻辑电路设计。设计内容是用一个按钮来实现风速强、中、弱的转换并且实现循环；一个按钮来实现风种从正常风、睡眠风、自然风的转换并且实现循环；并且用不同颜色LED灯的显示来表示风速与风种的状态各个状态。家用电风扇控制逻辑电路分为三大模块：第一个模块是风速的循环控制电路，利用74ls139、74ls08芯片实现三种状态的循环计数，并且利用上下电平实现LED灯的亮与灭；第二个模块是风种的循环控制电路，利用74ls139、74ls08、74ls01芯片实现三种状态的循环计数，并且利用上下电平实现LED灯的亮与灭；第三个模块是脉冲产生电路，利用555发生器产生周期为8s的方波，并且利用74ls139构成二分频电路形成周期为16s的方波，再利用74ls160芯片选择风种的输出。第四个模块是按钮控制电路，利用按钮来给芯片脉冲，实现风速、风种的选择，并且可以实现关机的功能。本课题根本实现了四个模块的功能，将之有效的连接在一起，实现了家用电风扇控制逻辑电路的总体功能。虽然此次设计的电路较为简单，但它的本钱较低，并且经济、实用而且风种、风种的选择表达了它的人性化，相信在市场有一定的潜力。关键字：电风扇循环控制74ls13974ls16074ls0174ls08LED摘要设计的家用电风扇具有控制风速选择和运行模式选择等功能，它的系统框图：输出电路风速选择电路风速选择输出电路风速选择电路风速选择停机停机风种形成电路风种选择电路风种选择风种形成电路风种选择电路风种选择脉冲信号发生电路上电复位脉冲信号发生电路上电复位图〔1〕电风扇系统框图在电路板上有六个指示灯指示电扇的状态。三个按键分别为选择不同的操作－风速、风种、停顿。其操作方式和状态指示如下：1、电扇处于停转状态时，所有指示灯不亮。此时只有按"风速〞键电扇才会响应，其初始工作状态为"风速〞－弱，"风种〞－正常位置，且相应的指示灯亮。2、电扇一经启动后，再按动"风速〞键可循环选择弱、中或强三种状态中的一种状态；同时，按动"风种〞键可循环选择正常、自然或睡眠三种状态的*一种状态。3、在电扇任意工作状态下，按"停顿〞键电扇停顿工作，所有指示灯熄灭。"风速〞的弱、中、强对应电扇的转动由慢到快。"风种〞在正常位置是指电扇连续运转；在"自然〞位置，是表示电扇模拟产生自然风，即运转4秒，连续4秒的方式；在"睡眠〞位置，是产生轻柔的微风，电扇运转8秒，连续8秒的方式。电扇操作状态的所有变换过程如下图。中弱强停顿睡眠自然正常中弱强停顿睡眠自然正常图〔2〕操作状态变换过程队员分工题目家用风扇控制器任务分配韩春腾*意雄负责分配整体任务及任务调整工作；主要学习仿真软件MULTISIM；负责电路的仿真工作；负责实验电路的设计及推理工作，理解其原理；于一夫宋岳负责实验电路的设计及推理工作，理解其原理；连接电路，主要负责领取元件、电路板布局、原理讲解和芯片连接监视工作在实验进展过程中，必要时完成电路性能完善、改良工作；连接电路时，主要负责芯片性能检查、连接电路；李昂王晓凯相关资料查询工作；负责报告中各个模块原理推理及书写工作。；负责报告的局部书写和整体排版工作；负责报告的所需图片截取和表格建立工作；第一章设计任务要求设计并制作一个家用风扇控制器。控制器面板为：按钮三个，分别为风速、风种和停顿。LED指示灯6个，指示风速强、中、弱，风种为睡眠、自然和正常。电扇处于停转状态时，所有指示灯不亮，只有按下"风速〞键时，才会响应，进入起始工作状态；电扇在任何状态，只要按停顿键，则进入停顿状态。处于工作状态时，有：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；风速的弱、中、强对应电扇的转动由慢到快；风种正常电扇连续运转；自然－电扇模拟自然风，即转4s，停4s；睡眠—电扇慢转，产生轻柔的微风，转8s，停8s；按照风速与风种的设置输出相应的控制信号；第二章设计方案分解2.1、由进展脉冲设计设计要求：在"风种〞的三种选择方式中，在"正常〞位置时，风扇为连续运行方式，在"自然〞和"睡眠〞位置时，为连续运行方式。实验电路需要两个脉冲，其中之一为周期的脉冲，其中高电位，低电位，作为"自然〞状态的信号；第二个为周期的脉冲，其中高电位，低电位，作为"睡眠〞状态的输入信号。图〔3〕"风种〞三种工作方式波形设计思路：采用74ls160作为"风种〞方式控制器，由74ls139的三个输出端选中其中的一种方式。连续工作时，电路中用了一个8秒计时周期的时钟信号作为"自然〞方式的连续控制，二分频后再作为"睡眠〞方式的控制输入。由发生器产生周期的脉冲，其中高电位，低电位；经过74ls139芯片得到第二个所需脉冲，周期的脉冲，其中高电位，低电位。符合要求的脉冲产生之后，采用74ls160作为"风种〞方式控制器，对三种脉冲在三种方式下进展选择。由风种选择电路的作为选择信号。有3种情况，即、和。分别对应选通、和输入端。实验电路图：图〔4〕555发生器脉冲产生仿真电图〔5〕四进制完成自然风的四秒周期、八进制完成睡眠风的八秒周期电路图实验推理：脉冲产生参数设计，由于，所以，根据设计所需参数得出：R1=2kΩR2=2kΩC1=470μF由于由产生信号太小，高电平约，需经过运算放大器放大10倍之后在进展二分频。运算放大器采用同相输入法，由公式可取，。因此，可以得到所需的三种脉冲，为简化电路采用74ls160芯片作为"风种〞方式控制器，由74ls160的三个输出端选中其中的一种方式。正常工作时，电路中用接通高电平作为控制输入；连续工作时，电路中用了一个8秒计时周期的时钟信号作为"自然〞方式的连续控制，二分频后再作为"睡眠〞方式的控制输入。2.2、状态锁存器"风速〞、"风种〞这两种操作各有三种工作状态和一种停顿状态需要保存和指示，因而对于每种操作都可以采用三个触发器来锁存状态，触发器输出1表示工作状态有效，0表示无效，当三个输出为全0则表示停顿状态。为了简化设计，可以考虑采用带有直接清零端的触发器，这样将停顿键与清零端相连就可以实现停顿的功能，简化后的状态转化图如图〔7〕所示。图中横线下数字×××为、、的输出信号。根据图(7)状态转化图，利用化简后，可得到、、的输出信号逻辑表达式〔它们可适用于"风速〞及"风种〞电路〕：可选用4D上升沿触发器构成。风种风速风种风速图〔7〕状态转化图2.3、触发脉冲的形成根据前面的逻辑表达式，我们可以利用D触发器建立起"风速〞及"风种〞锁存状态电路，但这两局部电路的输出信号状态的变化还有赖于各自的触发脉冲。在"风速〞局部的电路中，可以利用"风速〞按键(*)所产生的脉冲信号作为D触发器的触发脉冲。而"风种〞局部电路的触发脉冲则是由"风速〞〔*〕、"风种〞〔Z〕按键的信号和电扇工作状态信号〔设为电扇工作状态，停，运转〕三者组合而成的。当电扇处于停顿状态〔〕时，按Z键无效，信号将保持低电平；只有按*键后，信号才会变成高电平，电扇也同时进入运转状态〔〕。进入运转状态后，CP信号不再受*键的控制，而是由Z键所控制。由此，我们可列出如表〔1〕所示的CP信号状态表，并可得到其输出逻辑表达式：〔式中*为风速键的状态，Z为风种键的状态〕Z*CP00100000011101001010100111111101表〔1〕信号状态表由于信号可由"风速〞电路输出的三个信号组合而成。因而从表〔2〕所式的ST信号状态表可得当时，表示电扇停转。当时，表示电扇运转。最终，可以得到CP的逻辑表达式强()中()弱()00010010010001101000101011001110表〔2〕信号状态表图〔8〕风速电路图图〔9〕风种电路图2.4、电机转速控制端由于电扇电机的转速通常是通过电压来控制的而我们要求有弱、中、强三种转速，因而在电路中需要考虑三个控制输出端〔弱、中、强〕，以控制外部强电线路。这三个输出端与指示电扇转速状态的三个端子不同，还需要考虑"风种〞的不同选择方式。如果用1表示*挡速度的选通，用0表示*挡速度的关断，则"风种〞信号的输入就使得*挡电机速度被连续或连续地选中，例如风种选择"自然〞风，风速选择"中〞时，电机将运行在中速并开"4秒〞停"4秒〞，反映到面板上为L2和L5灯亮。表现在转速控制端"中〞上就是出现连续的1状态或连续的1和0状态。第三章实验电路图3.1MULTISIM仿真电路图图〔11〕MULTISIM仿真电路图第四章实验电路整体说明参考电路如图〔11〕可以从以下几个局部予以说明：4.1、状态锁存器电路"风速〞、"风种〞两种状态锁存器电路均采用二片4D触发器74ls139构成，每片三只D触发器的输出端分别与三个状态指示灯相连。每片74ls139的清零端〔R〕均与停顿键4.2、触发脉冲电路键*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。键*、Z及局部门电路74LS01、74LS08构成了"风种〞状态电路触发信号CP。电扇停转时，ST＝0，*＝0，故图中与非门U2输出为高电平，U3输出也为高电平，因而U4输出的CP信号为低电平。当按下*键后，*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*键输出的上升沿信号，也使"风速〞电路的触发器输出处于"弱〞状态，电扇开场运转，ST＝1。电扇运转后，U2输出始终为高电平，这样CP信号与Z的状态一样。每次按下Z并释放后，CP信号上就会产生一个上升沿使"风种〞状态发生变化。在工作过程中，CP的波形图如图6.1所示。图〔13〕CP的波形图在参考电路图〔11〕中，*平时为低电平，而Z平时为低电平，在实验时，可选用实验箱中的单次脉冲开关表示*、Z。4.3、"风种〞三种方式的控制电路在"风种〞的三种选择方式中，在"正常〞位置时，风扇为连续运行方式，在"自然〞和"睡眠〞位置时，为连续运行方式。参考电路中，采用74LS160作为"风种〞方式控制器，由74LS139的三个输出端选中其中的一种方式。连续工作时，电路中用了一个8秒计时周期的时钟信号作为"自然〞方式的连续控制，二分频后再作为"睡眠〞方式的控制输入，如图6.2所示波形。图〔14〕"风种〞三种工作方式波形第五章实物安装与调试第六章故障分析与电路改良1、改良提问：风扇最终输出端只有一个，怎样实现风速风种的双重控制？分析答复：①通过风速、风种电路的串联控制实现；②通过与门芯片来实现双输入的选择。通过教师指点和连接复杂程度比拟比拟选择第二种方法更为简便且性能稳定。2、改良提问：在仿真运行过程中出现了个别芯片由于缺少模拟端口无法模拟运行的情况。分析答复：上网查找错误原因是由于步长太小。3、改良提问：在仿真过程中速度太慢，特别是在测555产生脉冲周期时。分析答复：通过改变Multisim软件中步长参数来实现，可以使运行速度加快。从而节约时间，加快进度。4、改良提问：连接电路时脉冲触发"风速〞显示正常，但"风种〞显示不正常。整体测试正常，但单个测试出现问题，偶尔下降沿也会触发。分析答复："风种〞电路比拟复杂，其触发脉冲是，较难控制。在实际连接电路中，其中一个与非门芯片存在故障；并且线路连接接口并不十分可靠；负脉冲产生存在故障导致出现以上问题。第七章设计心得通过自己和同组人的努力，实验还是很圆满的完成了。刚开场拿到课程题目，都不知道所以然，因为这种课程设计还是我们第一次做，而且对家用电风扇的设计也不太了解。我们首先是查找相关资料，来了解这个设计。后来在图书馆查找相关书籍，在网上收集一些资料，才慢慢对家用电风扇的设计有了初步的了解。最终，通过验证证明，该设计方案是成功的。其中难免存在一些错误和缺陷，请教师能给予批评和指证，使该设计更加准确。通过此次课程设计让我亲身参与电子产品的设计使我更加深深地体会到：现代社会是灵活多变的社会，是信息的社会，很多与人们生活严密相关的产品都是电子产品。作为一名机械类专业，且已经要进入大三的我们，我认识到我不仅要学好课本上的知识，还要学会将所学到的知识联系并应用到现实生活中，做到理论联系实际。——*意雄通过本学期紧*而充实的课程设计，我学到了很多东西，并对我以后所要做的毕业设计有了一个初步的了解。做好一个课程设计或毕业设计不仅要具备扎实的书本知识并会善于应用，还要学会查阅资料，对以前学过的知识不清楚的地方还要进展复习，实在搞不明白的地方要向教师或同学请教，这样才可能做