電風(fēng)扇邏輯控制電路設(shè)計論文13105

1、題 目:家用電風(fēng)扇邏輯控制電路設(shè)計摘 要隨著經(jīng)濟的發(fā)展，電風(fēng)扇已是必不可少的家用電器。并且隨著科技的發(fā)展，電風(fēng)扇的功能越來越完善，人們也更加注重電風(fēng)扇的智能化、人性化。本次實驗運用了數(shù)字電路的知識，實現(xiàn)了家用電風(fēng)扇控制邏輯電路設(shè)計。設(shè)計內(nèi)容是一個按鈕來實現(xiàn)風(fēng)速強、中、弱的轉(zhuǎn)換并且實現(xiàn)循環(huán)；一個按鈕來實現(xiàn)風(fēng)種正常風(fēng)、睡眠風(fēng)、自然風(fēng)的轉(zhuǎn)換并且實現(xiàn)循環(huán)；不同顏色led燈的顯示來表示風(fēng)速與風(fēng)種的狀態(tài)。家用電風(fēng)扇控制邏輯電路分為三大模塊：第一個模塊是風(fēng)速、風(fēng)種的循環(huán)控制電路，利用74ls175、74ls08芯片實現(xiàn)三種狀態(tài)的循環(huán)計數(shù)，并且利用高低電平實現(xiàn)led燈的亮滅；第二個模塊是風(fēng)種實現(xiàn)電路，利用55

2、5發(fā)生器產(chǎn)生周期為8s的方波，并且利用74ls175構(gòu)成二分頻電路形成周期為16s的方波，再利用74ls151芯片選擇風(fēng)種的輸出。第三個模塊是按鈕控制電路，利用按鈕來給芯片脈沖，實現(xiàn)風(fēng)速、風(fēng)種的選擇，并且可以實現(xiàn)關(guān)機的功能。關(guān)鍵字：電風(fēng)扇 循環(huán)控制 74ls175 ledabstract with the development of economy, the electric fan is essential for household appliances. and with the development of science and technology, the electric f

3、an function more and more perfect, people also pay more attention to the electric fan intelligent, humane. this experiment uses the digital circuit knowledge, realize the household electric fan control logic circuit design. design is a button to achieve a speed of strong, weak, in the conversion and

4、 realize the circulation; a button to achieve normal sleep wind, wind, natural wind conversion and recycle; different color led light display to indicate the state of wind speed and wind. household electric fan control logic circuit is divided into three modules: the first module is the wind, a circ

5、ulation control circuit, the use of 74ls175,74ls08 chip to realize three states of cycle counting, and the use of high level to realize the bright led lights out; the second module is the wind for realizing circuit, using the 555generator generates a cycle8s square wave, and using 74ls175 to constit

6、ute the two frequency dividing circuit formation period of 16s square wave, then the use of 74ls151chip select wind output. the third module is a button control circuit, use the buttons to achieve chip pulse, wind, selection of species, and can achieve the shutdown function.keywords ;electric fan lo

7、op control 74ls175 led目 錄前 言1第一章 設(shè)計內(nèi)容及要求21.1設(shè)計內(nèi)容21.2 設(shè)計要求21.2.1基本要求：21.2.2提高要求：21.2.3設(shè)計目標(biāo)：21.3 主要參考器件2第二章 系統(tǒng)組成及工作原理32.1 系統(tǒng)組成32.2.1 狀態(tài)鎖存電路32.2.2 觸發(fā)脈沖電路32.2.3 風(fēng)種控制電路3第三章 總體電路設(shè)計43.1 系統(tǒng)設(shè)計43.2 方案的修改53.3 電路工作原理53.4 單元電路設(shè)計63.4.1 狀態(tài)鎖存電路63.4.2 脈沖觸發(fā)電路83.4.3 風(fēng)種控制電路93.4.4 電路的輸出11第四章 仿真性能測試134.1 風(fēng)種、風(fēng)速的選擇電路134.2

8、脈沖觸發(fā)電路13第五章 家用電風(fēng)扇系統(tǒng)調(diào)式155.1調(diào)試儀器155.2調(diào)試過程155.3 結(jié)果分析15第六章 結(jié)論16參考文獻(xiàn)16附錄一 元器件清單17附錄二 總設(shè)計電路圖18前 言 家用電器已經(jīng)變得極為普遍，成了人們生活中不可或缺的生活用品。而在現(xiàn)代，人們對家用電器的要求也隨著社會的發(fā)展越來越高。人們希望家用電器能夠?qū)崿F(xiàn)智能化及人性化。而作為人們生活中最為普遍的家用電器，家用電風(fēng)扇的智能化及人性化的設(shè)計就顯得更為重要。家用電風(fēng)扇控制邏輯電路設(shè)計就是針對這一問題而研究設(shè)計的 本次試驗設(shè)計的家用電風(fēng)扇控制邏輯電路中包含了狀態(tài)鎖存電路、脈沖觸發(fā)電路、風(fēng)種控制電路。電路中有三個控制開關(guān)：第一個開關(guān)控

9、制弱、中、強三種風(fēng)速，并且實現(xiàn)狀態(tài)循環(huán)；第二個開關(guān)控制風(fēng)種，風(fēng)種分為正常風(fēng)、自然風(fēng)、睡眠風(fēng)。其中正常風(fēng)時電機連續(xù)轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生持久風(fēng)； 自然風(fēng)時電機轉(zhuǎn)動4s、停止4s，產(chǎn)生陣風(fēng)；睡眠風(fēng)時電機轉(zhuǎn)動 8s、停止8s，產(chǎn)生輕柔的微風(fēng)。開關(guān)也可以控制風(fēng)種狀態(tài)循環(huán)；第三個開關(guān)可以使風(fēng)扇停止工作。 此次設(shè)計的家用電風(fēng)扇電路體現(xiàn)人性化得一面，并且充分的利用了數(shù)字電路的知識使電路更加簡單更易制做。第一章 設(shè)計內(nèi)容及要求1.1設(shè)計內(nèi)容 根據(jù)所學(xué)的數(shù)字電路知識，設(shè)計出家用電風(fēng)扇控制邏輯電路。電路中可實現(xiàn)風(fēng)速、風(fēng)種的選擇，并且可以用不同顏色的led顯示風(fēng)速、風(fēng)種所處的狀態(tài)。1.2 設(shè)計要求1.2.1基本要求：1、實現(xiàn)風(fēng)

10、速的強、中、弱控制(個按鈕控制，循環(huán))：使用一個“風(fēng)速”按鈕作為控制風(fēng)速的開關(guān)。當(dāng)風(fēng)扇處于停止?fàn)顟B(tài)時，按下按鈕可以實現(xiàn)風(fēng)速強、中、弱的變化。2、實現(xiàn)睡眠風(fēng)、自然風(fēng)、正常風(fēng)三種風(fēng)態(tài)(個按鈕控制，循環(huán))：使用一個“風(fēng)種”按鈕作為控制種的開關(guān)。當(dāng)風(fēng)扇處于運作狀態(tài)時，按下按鈕可以實現(xiàn)睡眠風(fēng)、自然風(fēng)、正常風(fēng)三種風(fēng)態(tài)的變化。并且正常風(fēng)時電機連續(xù)轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生持久風(fēng)； 自然風(fēng)時電機轉(zhuǎn)動4s、停止4s，產(chǎn)生陣風(fēng)；睡眠風(fēng)時電機轉(zhuǎn)動 8s、停止8s，產(chǎn)生輕柔的微風(fēng)。3、led顯示狀態(tài)：使用六個發(fā)光二極管表示風(fēng)扇的風(fēng)速與風(fēng)種的狀態(tài)。1.2.2提高要求：1、按鍵提示音。2、定時關(guān)機功能(以小時為單位)。1.2.3設(shè)計目標(biāo)

11、： 1、根據(jù)要求分析設(shè)計出所需的電路。 2、 熟悉電路中所用到的各集成芯片的管腳及其功能。 3、 進(jìn)行電路的裝接、調(diào)試，直到電路能達(dá)到規(guī)定的設(shè)計要求。 4、 寫出完整、詳細(xì)的課程設(shè)計報告。1.3 主要參考器件ne555 74ls175 74ls151 74ls08 74ls00第二章 系統(tǒng)組成及工作原理2.1 系統(tǒng)組成家用電風(fēng)扇的根據(jù)基本要求所設(shè)計的電路可以分成下面三大部分：l、狀態(tài)鎖存器電路2、觸發(fā)脈沖電路3、風(fēng)種控制電路2.2 系統(tǒng)工作原理當(dāng)風(fēng)扇處于停止?fàn)顟B(tài)時，按下控制“風(fēng)速”的按鈕時使表示三種風(fēng)速的發(fā)光二極管發(fā)光以顯示不同的風(fēng)速狀態(tài)，而按下控制“風(fēng)種”的按鈕時可以使表示三種風(fēng)種的發(fā)光二極

12、管發(fā)光以顯示不同的風(fēng)種狀態(tài)。風(fēng)種分為睡眠風(fēng)、自然風(fēng)、正常風(fēng)。正常風(fēng)為持久的風(fēng)；自然風(fēng)為轉(zhuǎn)動4s停止4s的陣風(fēng)；睡眠風(fēng)為轉(zhuǎn)動8s停止8s的微風(fēng)。而風(fēng)種的輸出可以用數(shù)據(jù)選擇器選擇輸出，再使用555發(fā)生器產(chǎn)生方波脈沖實現(xiàn)自然風(fēng)與睡眠風(fēng)的狀態(tài)。2.2.1 狀態(tài)鎖存電路此部分可以用4d觸發(fā)器74ls175芯片構(gòu)成“風(fēng)速”、“風(fēng)種”兩種狀態(tài)的鎖存電路，然后兩片74ls175的三個狀態(tài)輸出端各連接三種顏色發(fā)光二極管，并且可以利用芯片的清零端使?fàn)顟B(tài)清零。2.2.2 觸發(fā)脈沖電路此部分可以使用常開按鈕開關(guān)與高電平相連接，當(dāng)按下按鈕時可產(chǎn)生脈沖使74ls175芯片工作，實現(xiàn)風(fēng)種、風(fēng)速狀態(tài)的變化。2.2.3 風(fēng)種控

13、制電路在“風(fēng)種”的三種選擇方式中，在“正?！蔽恢脮r，風(fēng)扇為連續(xù)運行方式，在“自然”和“睡眠”位置時，為間斷運行方式。電路中，可以采用74ls151 作為“風(fēng)種”方式控制器，由74ls175 三個輸出端選中其中的一種方式。間斷工作時，在74ls175 的cp 端加入一個周期時鐘信號作為“自然”端的間斷控制，二分頻后再作為“睡眠”方式的控制輸入。第三章 總體電路設(shè)計3.1 系統(tǒng)設(shè)計設(shè)計的家用電風(fēng)扇具有控制風(fēng)速選擇和運行模式選擇等功能，它的系統(tǒng)框圖：輸出電路風(fēng)速選擇電路風(fēng)速選擇 停機風(fēng)種形成電路風(fēng)種選擇電路風(fēng)種選擇 上電復(fù)位脈沖信號發(fā)生電路圖3-1 電風(fēng)扇系統(tǒng)框圖它的運行狀態(tài)如下圖：圖3-2 風(fēng)扇狀

14、態(tài)圖3.2 方案的修改方案一： 根據(jù)基本要求設(shè)計出簡單的初步電路：電路中狀態(tài)鎖存電路由74ls175與74ls08芯片構(gòu)成可以實現(xiàn)狀態(tài)的循環(huán);再用常開開關(guān)j1、j2控制風(fēng)速、風(fēng)種的狀態(tài)，開關(guān)與高電平相連，當(dāng)連續(xù)按開關(guān)時可以為74ls175芯片提供cp脈沖；使用74ls151 作為“風(fēng)種”方式控制器，由74ls175 三個輸出端與74ls151的地址端連接后選中其中的一種方式輸出。間斷工作時，在74ls175 的cp 端加入一個周期時鐘信號作為“自然”端的間斷控制，二分頻后再作為“睡眠”方式的控制輸入。其中周期時鐘信號可以使用ne555發(fā)生器產(chǎn)生自然風(fēng)的狀態(tài)。但電路中缺少了停機按鈕，不能清零風(fēng)扇

15、狀態(tài)，并且風(fēng)速與風(fēng)種缺少邏輯關(guān)系。而且開關(guān)的高低電平控制不穩(wěn)定。方案二： 在方案一的基礎(chǔ)上做了一些修改：增加了一個常閉開關(guān)按鈕與低電平相連控制74ls175芯片的清零端實現(xiàn)停機的功能；在風(fēng)速、風(fēng)種開關(guān)連接使用了與門與非門改進(jìn)了風(fēng)速和風(fēng)種的邏輯關(guān)系；在所有開關(guān)后加了一電阻并與地相連確保了不加高電平時開關(guān)后是出于低電平的狀態(tài)。3.3 電路工作原理電扇處于停轉(zhuǎn)狀態(tài)時，所有指示燈不亮。此時只有按“風(fēng)速”鍵電扇才會響應(yīng)，其初始工作狀態(tài)為“風(fēng)速”弱，“風(fēng)種”正常位置，且相應(yīng)的指示燈亮。電扇一經(jīng)啟動后，再按動“風(fēng)速”鍵可循環(huán)選擇弱、中或強三種狀態(tài)中的一種狀態(tài)；同時，按動“風(fēng)種”鍵可循環(huán)選擇正常、自然或睡眠三

16、種狀態(tài)的某一種狀態(tài)。在電扇任意工作狀態(tài)下，按“停止”鍵電扇停止工作，所有指示燈熄滅?！帮L(fēng)速”的弱、中、強對應(yīng)電扇的轉(zhuǎn)動由慢到快。“風(fēng)種”在正常位置是指電扇連續(xù)運轉(zhuǎn)；在“自然”位置，是表示電扇模擬產(chǎn)生自然風(fēng)，即運轉(zhuǎn)4秒，間斷4秒的方式；在“睡眠”位置，是產(chǎn)生輕柔的微風(fēng)，電扇運轉(zhuǎn)8秒，間斷8秒的方式。3.4 單元電路設(shè)計3.4.1 狀態(tài)鎖存電路可以使用三個d 觸發(fā)器來鎖存狀態(tài)，其中“風(fēng)速”、“風(fēng)種”這兩種操作各有三種工作狀態(tài)和一種停止?fàn)顟B(tài)需要保存和指示。同時為了簡化電路，采用了帶有清零端的4d觸發(fā)器74ls175，可以使用開關(guān)控制清零端以便實現(xiàn)停機功能。設(shè)計原理為當(dāng)觸發(fā)器輸出1 時表示工作狀態(tài)有效

17、，0 表示無效，當(dāng)三個輸出全為0 則表示停止?fàn)顟B(tài)，風(fēng)扇風(fēng)速、風(fēng)種的簡單狀態(tài)轉(zhuǎn)移如圖3-3所示。圖3-3 風(fēng)扇風(fēng)速、風(fēng)種的簡單狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖根據(jù)圖3-3 狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖，可得到的狀態(tài)表（表3-1）， “風(fēng)速”及“風(fēng)種”電路都滿足狀態(tài)表3-1所示表3-1 的狀態(tài)表由表3-1 可得的卡諾圖如圖3-4 所示的卡諾圖圖3-4 的卡諾圖由圖3-4 所示卡諾圖可得的表達(dá)式如下：由上述表達(dá)式可得狀態(tài)所存電路中電風(fēng)扇的工作狀態(tài)如表3-2所示。s 為電扇工作狀態(tài)（s=0 停，s=1 運轉(zhuǎn)）表3-2 電扇工作狀態(tài)表強（q2）中（q1）弱（q0）s0000001101011001根據(jù)表達(dá)式，使用兩片74ls175 芯片所設(shè)計

18、狀態(tài)所存部分電路如圖3-5 所示。（因為風(fēng)速與風(fēng)種的狀態(tài)鎖存電路是同一種原理，因此只給出風(fēng)速的鎖存電路）圖3-5 風(fēng)速狀態(tài)鎖存電路待添加的隱藏文字內(nèi)容33.4.2 脈沖觸發(fā)電路鎖存電路中74ls175為4個d觸發(fā)器構(gòu)成，要使它能夠進(jìn)行000001010100001狀態(tài)的變化，需要給它一定的脈沖信號。設(shè)計的電路中使用了j1、j2、j3三個開關(guān)，其中j1、j2為常開開關(guān)，而j3為常閉開關(guān)。j1、j2開關(guān)是控制兩個74ls175芯片的cp端得脈沖，而j3是控制兩個芯片的清零端。根據(jù)電路要求可以理解j1為控制風(fēng)速的按鈕，j2為控制風(fēng)種的按鈕，j3為停機按鈕。家用電風(fēng)扇電路中控制風(fēng)速的開關(guān)與控制風(fēng)種的開

19、關(guān)具有一定的邏輯關(guān)系，需要與門74ls08與非門74ls00構(gòu)成。當(dāng)按下風(fēng)速開關(guān)j1時具有風(fēng)速后，風(fēng)種選擇電路才能進(jìn)行工作，按下開關(guān)j2才能進(jìn)行風(fēng)種的變化。若風(fēng)扇無風(fēng)速，則風(fēng)種電路不能工作，按下開j2時表示風(fēng)種的發(fā)光二極管不亮。設(shè)計中判斷電路是否有風(fēng)速根據(jù)狀態(tài)鎖存電路中的風(fēng)速鎖存電路的三個狀態(tài)來表示。當(dāng)時表示無風(fēng)速，時表示，再用一個非門輸出。將輸出與控制風(fēng)種j2的開關(guān)用與門連接后再連接到風(fēng)種鎖存電路的74ls175芯片的cp端。因此，電路可以實現(xiàn)風(fēng)速開關(guān)與風(fēng)種開關(guān)的邏輯關(guān)系。符合邏輯關(guān)系的脈沖觸發(fā)開關(guān)電路如圖3-6所示。圖3-6 脈沖開關(guān)電路電路中由于沒有常閉開關(guān)元器件，所以將常開開關(guān)與非門相

20、連形成了常閉開關(guān)。3.4.3 風(fēng)種控制電路1、風(fēng)種選擇電路設(shè)計中風(fēng)選擇電路與風(fēng)速選擇電路使用相同的鎖存形式，也是使用74ls175芯片形成正常風(fēng)、睡眠風(fēng)、自然風(fēng)的三種狀態(tài)的循環(huán)。當(dāng)狀態(tài)為001時表示為正常風(fēng)，狀態(tài)為010時表示為睡眠風(fēng)，狀態(tài)為100是表示為自然風(fēng)。因為只有一種風(fēng)種輸出，需要使用一個數(shù)據(jù)選擇器選擇風(fēng)種的輸出。設(shè)計中使用的是一個8選1的74ls151芯片，將74ls175的三個狀態(tài)輸出端與芯片的地址端相連接可以選擇何種風(fēng)種輸出。2、風(fēng)種脈沖信號輸出電路中具有正常風(fēng)、睡眠風(fēng)、自然風(fēng)三種風(fēng)種。正常風(fēng)時電機連續(xù)轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生持久風(fēng)； 自然風(fēng)時電機轉(zhuǎn)動4s、停止4s，產(chǎn)生陣風(fēng)；睡眠風(fēng)時電機轉(zhuǎn)動

21、 8s、停止8s，產(chǎn)生輕柔的微風(fēng)。而要實現(xiàn)自然風(fēng)和睡眠風(fēng)，則要利用555定時器組成一定周期的多諧振蕩器產(chǎn)生脈沖信號來控制自然風(fēng)。并且通過二分頻電路產(chǎn)生脈沖信號來控制睡眠風(fēng)。有555定時器組成8s周期的多諧振蕩器的相關(guān)計算如下： （4-4） (4-5)所以； (4-6)由于； (4-7)所以 (4-8)根據(jù)設(shè)計所需參數(shù)得出： 3、總的風(fēng)種控制電路將風(fēng)種選擇電路與風(fēng)種脈沖電路相連接構(gòu)成風(fēng)種電路，總電路圖如圖3-7所示。圖3-7 風(fēng)種電路3.4.4 電路的輸出將狀態(tài)鎖存電路、脈沖觸發(fā)電路和風(fēng)種控制電路有效的相連接后，需要有一個總的輸出端。輸出電路如圖3-8所示。圖3-8 輸出電路風(fēng)種信號和風(fēng)速信號同

22、時作用于與門，由風(fēng)種信號來選擇輸出的風(fēng)速信號并作用于電機。第四章 仿真性能測試4.1 風(fēng)種、風(fēng)速的選擇電路控制j1、j2開關(guān)，實現(xiàn)風(fēng)種、風(fēng)速的選擇，仿真結(jié)果如下圖（圖中風(fēng)速為弱風(fēng)，風(fēng)種為正常風(fēng)）。圖4-1 工作狀態(tài)控制j3開關(guān)，實現(xiàn)停機功能。仿真如下圖所示（圖中的顯示燈都為息滅狀態(tài)）。圖4-2 停機狀態(tài)4.2 脈沖觸發(fā)電路根據(jù)設(shè)計連接總的電路后，風(fēng)種為正常風(fēng)時，仿真輸出如下圖。圖4-3 正常風(fēng)風(fēng)種為自然風(fēng)時周期為8s，仿真輸出如下圖。圖4-4 自然風(fēng)風(fēng)種為睡眠風(fēng)時周期為16s，仿真輸出如下圖。圖4-5 睡眠風(fēng)根據(jù)所有的仿真結(jié)果可知設(shè)計的方案是可行的。第五章 家用電風(fēng)扇系統(tǒng)調(diào)式5.1調(diào)試儀器 萬

23、用表 一臺 直流電源 一臺示波器 一臺5.2調(diào)試過程調(diào)試時應(yīng)小心謹(jǐn)慎，電路安裝完畢后，首先應(yīng)用萬用表檢查電路的電源線和地線的走向，防止因為電源線或地線接錯而導(dǎo)致燒壞芯片或者是電源等現(xiàn)象。然后分為三個部分焊接;第一部分為風(fēng)速選擇電路；第二部分為風(fēng)種電路；第三部分為時鐘脈沖電路。當(dāng)在調(diào)試第一部分電路時，發(fā)現(xiàn)總是不亮燈。檢查后發(fā)現(xiàn)開關(guān)電路不穩(wěn)定，修改開關(guān)電路后實現(xiàn)效果。在調(diào)試第一部分與第二部分連接后的電路時，發(fā)現(xiàn)等都不亮了。仔細(xì)檢查電路后發(fā)現(xiàn)焊板的一個接地端斷了，修補電路后實現(xiàn)了所需效果。在調(diào)試第三部分電路時由于示波器的限制，并沒有得到方波，只看到一個點在示波器的顯示屏上閃動，但通過觀察發(fā)現(xiàn)，這個點

24、有高低電平的變化，并且高低電平都能持續(xù)一段時間，說明已經(jīng)得到方波實現(xiàn)所需的效果。將電路整體調(diào)試時，電路調(diào)試成功得到了應(yīng)有的效果。在電路調(diào)試過程中，導(dǎo)線總是脫落電路板對電路調(diào)試造成困難，并且有時焊好的焊點會松動。5.3 結(jié)果分析整體調(diào)試后，電路實現(xiàn)風(fēng)速弱、中、強的選擇和風(fēng)種自然風(fēng)、睡眠風(fēng)、正常風(fēng)的選擇，并且都是一個按鈕控制并實現(xiàn)循環(huán)。實現(xiàn)了自然風(fēng)、睡眠風(fēng)、正常風(fēng)的效果，電路中還可以有一個按鈕進(jìn)行停機工作。第六章 結(jié)論設(shè)計主要通過數(shù)字電路知識并將電路模塊化，逐步實現(xiàn)設(shè)計所需達(dá)到的功能要求；1.電扇處于停轉(zhuǎn)狀態(tài)時，所有指示燈不亮。此時只有按“風(fēng)速”鍵電扇才會響應(yīng)，其初始工作狀態(tài)為“風(fēng)速”弱，“風(fēng)種”正常位置，且相應(yīng)的指示燈亮。2.電扇一經(jīng)啟動后，再按動“風(fēng)速”鍵可循環(huán)選擇弱、中或強三種狀態(tài)中的一種狀態(tài)；同時，按動“風(fēng)種”鍵可循環(huán)選擇正常、自然或睡眠三種狀態(tài)的某一種狀態(tài)。3.在