家用电风扇课程设计

摘要随着经济的开展，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。许多厂家在制做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。本次实验运用了数字电路的知识，实现了家用电风扇控制逻辑电路设计。设计内容是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正常风、睡眠风、自然风的转换并且实现循环；不同颜色LED灯的显示来表示风速与风种的状态。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、风种的循环控制电路，利用74ls175、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灯的亮灭；第二个模块是风种实现电路，利用555发生器产生周期为8s的方波，并且利用74ls175构成二分频电路形成周期为16s的方波，再利用74ls151芯片选择风种的输出。第三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。本课题根本实现了三个模块的功能，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74ls175LED目录TOC\o"1-2"\h\z\u前言1第一章设计内容及要求21.1设计内容21.2设计要求21.3主要参考器件2第二章系统组成及工作原理32.1系统组成32.2系统工作原理3第三章总体电路设计43.1系统设计43.2方案的修改53．3电路工作原理53.4单元电路设计5第四章仿真性能测试124.1风种、风速的选择电路124.2脉冲触发电路12第五章家用电风扇系统调式145.1调试仪器145.2调试过程145.3结果分析14第六章结论15参考文献16附录一元器件清单17附录二总设计电路图18前言家用电器已经变得极为普遍，成了人们生活中不可或缺的生活用品。而在现代，人们对家用电器的要求也随着社会的开展越来越高。人们希望家用电器能够实现智能化及人性化。而作为人们生活中最为普遍的家用电器，家用电风扇的智能化及人性化的设计就显得更为重要。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本次试验设计的家用电风扇控制逻辑电路中包含了状态锁存电路、脉冲触发电路、风种控制电路。电路中有三个控制开关：第一个开关控制弱、中、强三种风速，并且实现状态循环；第二个开关控制风种，风种分为正常风、自然风、睡眠风。其中正常风时电机连续转动，产生持久风；自然风时电机转动4s、停止4s，产生阵风；睡眠风时电机转动8s、停止8s，产生轻柔的微风。开关也可以控制风种状态循环；第三个开关可以使风扇停止工作。此次设计的家用电风扇电路表达人性化得一面，并且充分的利用了数字电路的知识使电路更加简单更易制做。设计内容及要求1.1设计内容根据所学的数字电路知识，设计出家用电风扇控制逻辑电路。电路中可实现风速、风种的选择，并且可以用不同颜色的LED显示风速、风种所处的状态。1.2设计要求根本要求：1、实现风速的强、中、弱控制(—个按钮控制，循环)：使用一个“风速〞按钮作为控制风速的开关。当风扇处于停止状态时，按下按钮可以实现风速强、中、弱的变化。2、实现睡眠风、自然风、正常风三种风态(—个按钮控制，循环)：使用一个“风种〞按钮作为控制种的开关。当风扇处于运作状态时，按下按钮可以实现睡眠风、自然风、正常风三种风态的变化。并且正常风时电机连续转动，产生持久风；自然风时电机转动4s、停止4s，产生阵风；睡眠风时电机转动8s、停止8s，产生轻柔的微风。3、LED显示状态：使用六个发光二极管表示风扇的风速与风种的状态。提高要求：1、按键提示音。2、定时关机功能(以小时为单位)。设计目标：1、根据要求分析设计出所需的电路。2、熟悉电路中所用到的各集成芯片的管脚及其功能。3、进行电路的装接、调试，直到电路能到达规定的设计要求。4、写出完整、详细的课程设计报告。1.3主要参考器件NE55574ls17574ls15174ls0874ls00第二章系统组成及工作原理2.1系统组成家用电风扇的根据根本要求所设计的电路可以分成下面三大局部：l、状态锁存器电路2、触发脉冲电路3、风种控制电路2.2系统工作原理当风扇处于停止状态时，按下控制“风速〞的按钮时使表示三种风速的发光二极管发光以显示不同的风速状态，而按下控制“风种〞的按钮时可以使表示三种风种的发光二极管发光以显示不同的风种状态。风种分为睡眠风、自然风、正常风。正常风为持久的风；自然风为转动4s停止4s的阵风；睡眠风为转动8s停止8s的微风。而风种的输出可以用数据选择器选择输出，再使用555发生器产生方波脉冲实现自然风与睡眠风的状态。状态锁存电路此局部可以用4D触发器74ls175芯片构成“风速〞、“风种〞两种状态的锁存电路，然后两片74ls175的三个状态输出端各连接三种颜色发光二极管，并且可以利用芯片的清零端使状态清零。触发脉冲电路此局部可以使用常开按钮开关与高电平相连接，当按下按钮时可产生脉冲使74ls175芯片工作，实现风种、风速状态的变化。风种控制电路在“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，为间断运行方式。电路中，可以采用74LS151作为“风种〞方式控制器，由74LS175三个输出端选中其中的一种方式。间断工作时，在74LS175的CP端参加一个周期时钟信号作为“自然〞端的间断控制，二分频后再作为“睡眠〞方式的控制输入。第三章总体电路设计3.1系统设计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3-1电风扇系统框图它的运行状态如下列图：图3-2风扇状态图3.2方案的修改方案一：根据根本要求设计出简单的初步电路：电路中状态锁存电路由74ls175与74ls08芯片构成可以实现状态的循环;再用常开开关J1、J2控制风速、风种的状态，开关与高电平相连，当连续按开关时可以为74ls175芯片提供CP脉冲；使用74LS151作为“风种〞方式控制器，由74LS175三个输出端与74ls151的地址端连接后选中其中的一种方式输出。间断工作时，在74LS175的CP端参加一个周期时钟信号作为“自然〞端的间断控制，二分频后再作为“睡眠〞方式的控制输入。其中周期时钟信号可以使用NE555发生器产生自然风的状态。但电路中缺少了停机按钮，不能清零风扇状态，并且风速与风种缺少逻辑关系。而且开关的上下电平控制不稳定。方案二：在方案一的根底上做了一些修改：增加了一个常闭开关按钮与低电平相连控制74ls175芯片的清零端实现停机的功能；在风速、风种开关连接使用了与门与非门改良了风速和风种的逻辑关系；在所有开关后加了一电阻并与地相连确保了不加高电平时开关后是出于低电平的状态。3．3电路工作原理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。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某一种状态。在电扇任意工作状态下，按“停止〞键电扇停止工作，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，间断4秒的方式；在“睡眠〞位置，是产生轻柔的微风，电扇运转8秒，间断8秒的方式。3.4单元电路设计状态锁存电路可以使用三个D触发器来锁存状态，其中“风速〞、“风种〞这两种操作各有三种工作状态和一种停止状态需要保存和指示。同时为了简化电路，采用了带有清零端的4D触发器74ls175，可以使用开关控制清零端以便实现停机功能。设计原理为当触发器输出1时表示工作状态有效，0表示无效，当三个输出全为0那么表示停止状态，风扇风速、风种的简单状态转移如图3-3所示。图3-3风扇风速、风种的简单状态转移图根据图3-3状态转换图，可得到的状态表〔表3-1〕，“风速〞及“风种〞电路都满足状态表3-1所示表3-1的状态表由表3-1可得的卡诺图如图3-4所示的卡诺图的卡诺图的卡诺图图3-4的卡诺图由图3-4所示卡诺图可得的表达式如下：由上述表达式可得状态所存电路中电风扇的工作状态如表3-2所示。S为电扇工作状态〔S=0停，S=1运转〕表3-2电扇工作状态表强〔Q2〕中〔Q1〕弱〔Q0〕S0000001101011001根据表达式，使用两片74LS175芯片所设计状态所存局部电路如图3-5所示。〔因为风速与风种的状态锁存电路是同一种原理，因此只给出风速的锁存电路〕图3-5风速状态锁存电路脉冲触发电路锁存电路中74ls175为4个D触发器构成，要使它能够进行000—001—010—100—001状态的变化，需要给它一定的脉冲信号。设计的电路中使用了J1、J2、J3三个开关，其中J1、J2为常开开关，而J3为常闭开关。J1、J2开关是控制两个74ls175芯片的CP端得脉冲，而J3是控制两个芯片的清零端。根据电路要求可以理解J1为控制风速的按钮，J2为控制风种的按钮，J3为停机按钮。家用电风扇电路中控制风速的开关与控制风种的开关具有一定的逻辑关系，需要与门74ls08与非门74ls00构成。当按下风速开关J1时具有风速后，风种选择电路才能进行工作，按下开关J2才能进行风种的变化。假设风扇无风速，那么风种电路不能工作，按下开J2时表示风种的发光二极管不亮。设计中判断电路是否有风速根据状态锁存电路中的风速锁存电路的三个状态来表示。当时表示无风速，时表示，再用一个非门输出。将输出与控制风种J2的开关用与门连接后再连接到风种锁存电路的74ls175芯片的CP端。因此，电路可以实现风速开关与风种开关的逻辑关系。符合逻辑关系的脉冲触发开关电路如图3-6所示。图3-6脉冲开关电路电路中由于没有常闭开关元器件，所以将常开开关与非门相连形成了常闭开关。风种控制电路1、风种选择电路设计中风选择电路与风速选择电路使用相同的锁存形式，也是使用74ls175芯片形成正常风、睡眠风、自然风的三种状态的循环。当状态为001时表示为正常风，状态为010时表示为睡眠风，状态为100是表示为自然风。因为只有一种风种输出，需要使用一个数据选择器选择风种的输出。设计中使用的是一个8选1的74ls151芯片，将74ls175的三个状态输出端与芯片的地址端相连接可以选择何种风种输出。2、风种脉冲信号输出电路中具有正常风、睡眠风、自然风三种风种。正常风时电机连续转动，产生持久风；自然风时电机转动4s、停止4s，产生阵风；睡眠风时电机转动8s、停止8s，产生轻柔的微风。而要实现自然风和睡眠风，那么要利用555定时器组成一定周期的多谐振荡器产生脉冲信号来控制自然风。并且通过二分频电路产生脉冲信号来控制睡眠风。有555定时器组成8s周期的多谐振荡器的相关计算如下：〔4-4〕(4-5)所以；(4-6)由于；(4-7)所以(4-8)根据设计所需参数得出：3、总的风种控制电路将风种选择电路与风种脉冲电路想连接构成风种电路，总电路图如图3-7所示。图3-7风种电路电路的输出将状态锁存电路、脉冲触发电路和风种控制电路有效的相连接后，需要有一个总的输出端。输出电路如图3-8所示。图3-8输出电路风种信号和风速信号同时作用于与门，由风种信号来选择输出的风速信号并作用于电机。第四章仿真性能测试4.1风种、风速的选择电路控制J1、J2开关，实现风种、风速的选择，仿真结果如下列图〔图中风速为弱风，风种为正常风〕。图4-1工作状态控制J3开关，实现停机功能。仿真如下列图所示〔图中的显示灯都为息灭状态〕。图4-2停机状态4.2脉冲触发电路根据设计连接总的电路后，风种为正常风时，仿真输出如下列图。图4-3正常风风种为自然风时周期为8s，仿真输出如下列图。图4-4自然风风种为睡眠风时周期为16s，仿真输出如下列图。图4-5睡眠风根据所有的仿真结果可知设计的方案是可行的。第五章家用电风扇系统调式5.1调试仪器万用表一台直流电源一台示波器一台5.2调试过程调试时应小心谨慎，电路安装完毕后，首先应用万用表检查电路的电源线和地线的走向，防止因为电源线或地线接错而导致烧坏芯片或者是电源等现象。然后分为三个局部焊接;第一局部为风速选择电路；第二局部为风种电路；第三局部为时钟脉冲电路。当在调试第一局部电路时，发现总是不亮灯。检查后发现开关电路不稳定，修改开关电路后实现效果。在调试第一局部与第二局部连接后的电路时，发现等都不亮了。仔细检查电路后发现焊板的一个接地端断了，修补电路后实现了所需效果。在调试第三局部电路时由于示波器的限制，并没有得到方波，只看到一个点在示波器的显示屏上闪动，但通过观察发现，这个点有上下电平的变化，并且上下电平都能持续一段时间，说明已经得到方波实现所需的效果。将电路整体调试时，电路调试成功得到了应有的效果。在电路调试过程中，导线总是脱落电路板对电路调试造成困难，并且有时焊好的焊点会松动。5.3结果分析整体调试后，电路实现风速弱、中、强的选择和风种自然风、睡眠风、正常风的选择，并且都是一个按钮控制并实现循环。实现了自然风、睡眠风、正常风的效果，电路中还可以有一个按钮进行停机工作。第六章结论设计主要通过数字电路知识并将电路模块化，逐步实现设计所需到达的功能要求；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某一种状态。3.在电扇任意工作状态下，按“停止〞键电扇停止工作，所有指示灯熄灭。4.“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，间断4秒的方式；在“睡眠〞位置，是产生轻柔的微风，电扇运转4秒，间断8秒