家用風(fēng)扇控制器

1、電工課程設(shè)計之目錄摘要 隊員分工 第一章設(shè)計任務(wù)要求 第二章設(shè)計方案分解2.1、由NE555進(jìn)行脈沖設(shè)計驗電路圖家用風(fēng)扇控制器山東大學(xué)（威海）機(jī)械設(shè)計制造及其自動化組員： 韓春騰3.1 MULTSIM仿真電路圖劉意雄鎖存器.2.3、觸發(fā)脈沖的形成.2.4、電機(jī)轉(zhuǎn)速控制端第三早實(shí)2.2、狀態(tài)第四章 實(shí)驗電路整體說明于一夫4.1、狀態(tài)貞存器電路4.2、觸發(fā)4.3、“風(fēng)種李昂”三種方式的控制電路.宀.匕.宋岳廉沖電路錯誤！未定義書簽。第五章實(shí)物安裝與調(diào)試王曉凱 第六章 故障分析與電路改進(jìn). 第七章 設(shè)計心得指導(dǎo)老師.：.寧淑榮參考文獻(xiàn).丿.附錄一實(shí)驗清單、八 、亠刖言隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，電風(fēng)扇已是必不可

2、少的家用電器。它經(jīng)濟(jì)、簡 便、實(shí)用，是每個人家里可以負(fù)擔(dān)起的電器。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。 許多廠家在制作風(fēng)扇是運(yùn)用了集成芯片構(gòu)成數(shù)字電路或者單片機(jī)技 術(shù)，使電風(fēng)扇的電路更加簡單。本次電工學(xué)課程設(shè)計實(shí)驗就是運(yùn)用了我們所學(xué)的數(shù)字電路的知 識，來實(shí)現(xiàn)家用電風(fēng)扇控制邏輯電路設(shè)計。設(shè)計內(nèi)容是用一個按鈕來實(shí)現(xiàn)風(fēng)速強(qiáng)、中、弱的轉(zhuǎn)換并且實(shí)現(xiàn)循環(huán)；一個按鈕來實(shí)現(xiàn)風(fēng)種從正 常風(fēng)、睡眠風(fēng)、自然風(fēng)的轉(zhuǎn)換并且實(shí)現(xiàn)循環(huán)；并且用不同顏色LED燈的顯示來表示風(fēng)速與風(fēng)種的狀態(tài)各個狀態(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)速的循環(huán)控制電路，利用74IS1

3、39、74IS08芯片實(shí)現(xiàn)三種狀態(tài)的循環(huán)計數(shù)，并且利用高低電平實(shí)現(xiàn)LED燈 的亮與滅；第二個模塊是風(fēng)種的循環(huán)控制電路，利用74IS139、74IS08 74IS01芯片實(shí)現(xiàn)三種狀態(tài)的循環(huán)計數(shù)，并且利用高低電平實(shí)現(xiàn)LED燈 的亮與滅；第三個模塊是脈沖產(chǎn)生電路，利用555發(fā)生器產(chǎn)生周期為 8s的方波，并且利用74IS139構(gòu)成二分頻電路形成周期為16s的方波， 再利用74IS160芯片選擇風(fēng)種的輸出。第四個模塊是按鈕控制電路， 利用按鈕來給芯片脈沖，實(shí)現(xiàn)風(fēng)速、風(fēng)種的選擇，并且可以實(shí)現(xiàn)關(guān)機(jī) 的功能。本課題基本實(shí)現(xiàn)了四個模塊的功能，將之有效的連接在一起，實(shí)現(xiàn)了家用電風(fēng)扇控制邏輯電路的總體功能。雖然此次

4、設(shè)計的電路較為簡單，但它的成本較低，并且經(jīng)濟(jì)、實(shí)用而且風(fēng)種、風(fēng)種的選擇體現(xiàn) 了它的人性化，相信在市場有一定的潛力。關(guān)鍵字：電風(fēng)扇 循環(huán)控制 74IS139 74IS160 74IS0174IS08LED摘要風(fēng)速選擇at風(fēng)速選擇電路輸出電路風(fēng)種選擇風(fēng)種選1擇電路風(fēng)種形成電路圖：上電復(fù)位脈沖信號發(fā)生電設(shè)計的家用電風(fēng)扇具有控制風(fēng)速選擇和運(yùn)行模式選擇等功能，它的系統(tǒng)框風(fēng)扇系統(tǒng)框圖在電路板上有六個指示燈指示電扇的狀態(tài)。 三個按鍵分別為選擇不同的操作-風(fēng)速、風(fēng)種、停止。其操作方式和狀態(tài)指示如下: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”

5、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(qiáng)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(qiáng)對應(yīng)電扇的轉(zhuǎn)動由慢到快?！帮L(fēng)種”在正常位置是指電扇連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)；在“自然”位置，是表示電扇模 擬產(chǎn)生自然風(fēng)，即運(yùn)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(yùn)轉(zhuǎn)8秒，間斷8秒的方式。電扇操作狀態(tài)的所有變換過程如圖所示。弱:S隊員分工題目 家用風(fēng)扇控制器任務(wù)韓春騰1、負(fù)責(zé)分配整體任務(wù)及任務(wù)調(diào)整工作；2、主要學(xué)習(xí)仿真軟

6、件MULTISIM分配劉意雄3、4、負(fù)責(zé)電路的仿真工作；負(fù)責(zé)實(shí)驗電路的設(shè)計及推理工作，理解其原理;干一夫1、負(fù)責(zé)實(shí)驗電路的設(shè)計及推理工作，理解其原理；于夫2、連接電路，主要負(fù)責(zé)領(lǐng)取元件、電路板布局、原理宀丘講解和芯片連接監(jiān)督工作木岳3、在實(shí)驗進(jìn)行過程中，必要時完成電路性能完善、改進(jìn)工作；4、連接電路時，主要負(fù)責(zé)芯片性能檢查、連接電路；李昂王曉凱1、相關(guān)資料查詢工作；2、負(fù)責(zé)報告中各個模塊原理推理及書寫工作。；3、負(fù)責(zé)報告的部分書寫和整體排版工作；4、負(fù)責(zé)報告的所需圖片截取和表格建立工作；第一章設(shè)計任務(wù)要求設(shè)計并制作一個家用風(fēng)扇控制器?？刂破髅姘鍨椋喊粹o三個，分別為風(fēng)速、風(fēng)種和停止。LED指示燈

7、6個，指示風(fēng)速強(qiáng)、中、弱，風(fēng)種為睡眠、自然和正常電扇處于停轉(zhuǎn)狀態(tài)時， 所有指示燈不亮， 只有按下“風(fēng)速”鍵時， 才會響應(yīng)，進(jìn)入起始工作狀態(tài)；電扇在任何狀態(tài)，只要按停止鍵，則 進(jìn)入停止?fàn)顟B(tài)。處于工作狀態(tài)時，有： 初始狀態(tài)為：風(fēng)速弱，風(fēng)種正常； 按“風(fēng)速”鍵，其狀態(tài)由“弱、中、強(qiáng)、弱、循環(huán)；按“風(fēng)種”鍵，其狀態(tài)由“正常、睡眠、自然、正常、循環(huán)；風(fēng)速的弱、中、強(qiáng)對應(yīng)電扇的轉(zhuǎn)動由慢到快；風(fēng)種正常電扇連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)；自然一電扇模擬自然風(fēng)，即轉(zhuǎn)4s,停4s；睡眠一電扇慢轉(zhuǎn)，產(chǎn)生輕柔的微風(fēng)，轉(zhuǎn) 8s,停8s； 按照風(fēng)速與風(fēng)種的設(shè)置輸出相應(yīng)的控制信號；第二章 設(shè)計方案分解2.1、由NE555進(jìn)行脈沖設(shè)計設(shè)計要求：在

8、“風(fēng)種”的三種選擇方式中，在“正常”位置時，風(fēng)扇為連續(xù)運(yùn)行方式， 在“自然”和“睡眠”位置時，為間斷運(yùn)行方式。實(shí)驗電路需要兩個脈沖，其中之一為周期 8S的脈沖，其中高電位4S，低電 位4S，作為“自然”狀態(tài)的信號；第二個為周期 16S的脈沖，其中高電位8S， 低電位8S，作為“睡眠”狀態(tài)的輸入信號。正常睡眠一 L 16 秒 J圖（3）“風(fēng)種”三種工作方式波形設(shè)計思路：采用74IS160乍為“風(fēng)種”方式控制器，由74IS139勺三個輸出端選中其中 的一種方式。間斷工作時，電路中用了一個8秒計時周期的時鐘信號作為“自然” 方式的間斷控制，二分頻后再作為“睡眠”方式的控制輸入。由NE555發(fā)生器產(chǎn)生

9、周期8S的脈沖，其中高電位 4S，低電位4S ;經(jīng)過 74IS139芯片得到第二個所需脈沖，周期16S的脈沖，其中高電位8S，低電位8S。符合要求的脈沖產(chǎn)生之后，采用74IS160作為“風(fēng)種”方式控制器，對三種 脈沖在三種方式下進(jìn)行選擇。由風(fēng)種選擇電路的 Qj Q4和Q5作為選擇信號。有3 種情況，即001、010和100。分別對應(yīng)選通Di、D2和D4輸入端。實(shí)驗電路圖：圖（4）555發(fā)生器脈沖產(chǎn)生Multisim仿真電圖（5） 四進(jìn)制完成自然風(fēng)的四秒周期、八進(jìn)制完成睡眠風(fēng)的八秒周期電路圖 實(shí)驗推理：NE555脈沖產(chǎn)生參數(shù)設(shè)計，由于，T T2所以，R R1根據(jù)設(shè)計所需參數(shù)得出：R1 =2k Q

10、 R 2 =2k Q C =470卩F 由于由NE555產(chǎn)生信號太小，高電平約0.5.,需經(jīng)過運(yùn)算放大器放大10倍之后在進(jìn)行二分頻。R運(yùn)算放大器采用同相輸入法，由公式u0 = （1 ）u I可取Rf二9K，R3R3 二 1K。因此，可以得到所需的三種脈沖，為簡化電路采用74IS160芯片作為“風(fēng)種”方式控制器，由74IS160的三個輸出端選中其中的一種方式。正常工作時，電路 中用接通高電平作為控制輸入；間斷工作時，電路中用了一個8秒計時周期的時鐘信號作為“自然”方式的間斷控制，二分頻后再作為“睡眠”方式的控制輸入。2.2、狀態(tài)鎖存器“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

11、保存和指示，因而對于每種操作都可以采用三個觸發(fā)器來鎖存狀態(tài)，觸發(fā)器輸出1表示工作狀態(tài)有效，0表示無效，當(dāng)三個輸出為全0則表示停止?fàn)顟B(tài)。為了簡化設(shè)計，可以考慮采用帶有直接清零端的觸發(fā)器， 這樣將停止鍵與清 零端相連就可以實(shí)現(xiàn)停止的功能，簡化后的狀態(tài)轉(zhuǎn)化圖如圖（7）所示。圖中橫線下數(shù)字XX為Q2、Q1、Q。的輸出信號。根據(jù) 圖 狀態(tài)轉(zhuǎn)化圖，利用化簡后，可得到 Q0、Q1、Q2的輸出信號邏輯表達(dá)式（它們可適用于“風(fēng)速”及“風(fēng)種”電路）： 可選用4D上升沿觸發(fā)器74LS175構(gòu)成。根據(jù)前面的邏輯表達(dá)式，我們可以利用 D觸發(fā)器建立起“風(fēng)速”及“風(fēng)種” 鎖存狀態(tài)電路，但這兩部分電路的輸出信號狀態(tài)的變化還有

12、賴于各自的觸發(fā)脈 沖。在“風(fēng)速”部分的電路中，可以利用“風(fēng)速”按鍵（X）所產(chǎn)生的脈沖信號作為D觸發(fā)器的觸發(fā)脈沖。而“風(fēng)種”部分電路的觸發(fā)脈沖CP則是由“風(fēng)速”（X）、“風(fēng)種”（Z按鍵的信號和電扇工作狀態(tài)信號（設(shè)ST為電扇工作狀態(tài)，ST = 1停, ST = o運(yùn)轉(zhuǎn)）三者組合而成的。當(dāng)電扇處于停止?fàn)顟B(tài)（ST = 1）時，按Z鍵無效， CP信號將保持低電平；只有按 X鍵后，CP信號才會變成高電平，電扇也 同時 進(jìn)入運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)（ST = o）。進(jìn)入運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)后，cp信號不再受X鍵的控制，而是由 Z鍵所控制。由此，我們可列出如表（1）所示的CP信號狀態(tài)表，并可得到其輸 出邏輯表達(dá)式：CP = XSZST（

13、式中X為風(fēng)速鍵的狀態(tài)，Z為風(fēng)種鍵的狀態(tài)）ZXCP00100000011101001010100111111101表（1）CP信號狀態(tài)表由于ST信號可由“風(fēng)速”電路輸出的三個信號組合而成。因而從表（2）所式 的ST信號狀態(tài)表可得ST二Q0QiQ2當(dāng)ST = 1時，表示電扇停轉(zhuǎn)。當(dāng)ST =0時，表示電扇運(yùn)轉(zhuǎn)。最終，可以得到CP的邏輯表達(dá)式強(qiáng)（Q2）中（Q1）弱（Q。）00010010010001101000101011001110表（2）信號狀態(tài)表 圖（8）風(fēng)速電路圖 圖（9）風(fēng)種電路圖2.4、電機(jī)轉(zhuǎn)速控制端由于電扇電機(jī)的轉(zhuǎn)速通常是通過電壓來控制的而我們要求有弱、中、強(qiáng)三種轉(zhuǎn)速，因而在電路中需要考

14、慮三個控制輸出端（弱、中、強(qiáng)），以控制外部強(qiáng)電線 路。這三個輸出端與指示電扇轉(zhuǎn)速狀態(tài)的三個端子不同，還需要考慮“風(fēng)種”的 不同選擇方式。如果用1表示某擋速度的選通，用0表示某擋速度的關(guān)斷，那么“風(fēng)種”信號的輸入就使得某擋電機(jī)速度被連續(xù)或間斷地選中， 例如風(fēng)種選擇“自 然”風(fēng)，風(fēng)速選擇“中”時，電機(jī)將運(yùn)行在中速并開“ 4秒”?！?4秒”，反映到 面板上為L2和L5燈亮。表現(xiàn)在轉(zhuǎn)速控制端“中”上就是出現(xiàn)連續(xù)的 1狀態(tài)或間 斷的1和0狀態(tài)。第三章實(shí)驗電路圖3.1 MULTISIM仿真電路圖圖（11）MULTISIM仿真電路圖第四章 實(shí)驗電路整體說明參考電路如圖（11）可以從以下幾個部分予以說明：4.

15、1、狀態(tài)鎖存器電路“風(fēng)速”、“風(fēng)種”兩種狀態(tài)鎖存器電路均采用二片 4D觸發(fā)器74IS139構(gòu)成, 每片三只D觸發(fā)器的輸出端分別與三個狀態(tài)指示燈相連。每片74ls139的清零端（R）均與停止鍵4.2、觸發(fā)脈沖電路鍵X按動后形成的觸發(fā)信號作為“風(fēng)速”狀態(tài)鎖存電路的觸發(fā)信號。鍵X、Z及部分門電路74LS01 74LS08構(gòu)成了 “風(fēng)種”狀態(tài)電路觸發(fā)信號CP電扇停轉(zhuǎn)時，SB0, X= 0,故圖中與非門U2輸出為高電平，U3輸出也為 高電平，因而U4輸出的CP信號為低電平。當(dāng)按下X鍵后，X輸出高電平，U2 輸出低電平，故CP變?yōu)楦唠娖剑⑹笵觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，“風(fēng)種”功能處于“正?！?狀態(tài)。同時，由于X鍵輸出

16、的上升沿信號，也使“風(fēng)速”電路的觸發(fā)器輸出處于“弱”狀態(tài)，電扇開始運(yùn)轉(zhuǎn)，SB 1。電扇運(yùn)轉(zhuǎn)后，U2輸出始終為高電平，這樣 CP信號與Z的狀態(tài)相同。每次按下Z并釋放后，CP信號上就會產(chǎn)生一個上升沿 使“風(fēng)種”狀態(tài)發(fā)生變化。在工作過程中， CP的波形圖如圖6.1所示。圖（13） CP的波形圖在參考電路圖（11）中，X平時為低電平，而Z平時為低電平，在實(shí)驗時，可選用實(shí)驗箱中的單次脈沖開關(guān)表示 X、乙4.3、“風(fēng)種”三種方式的控制電路在“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(yùn)行方式，在“自然”和“睡眠”位置時，為間斷運(yùn)行方式。參考電路中，采用74LS160作為“風(fēng)種”方式控制器，由74

17、LS139的三個輸出端選中其中的一種方式。間斷工 作時，電路中用了一個8秒計時周期的時鐘信號作為“自然”方式的間斷控制， 二分頻后再作為“睡眠”方式的控制輸入，如圖 6.2所示波形。圖（14）“風(fēng)種”三種工作方式波形第五章實(shí)物安裝與調(diào)試第六章故障分析與電路改進(jìn)1、改進(jìn)提問：風(fēng)扇最終輸出端只有一個，怎樣實(shí)現(xiàn)風(fēng)速風(fēng)種的雙重控制？分析回答：通過風(fēng)速、風(fēng)種電路的串聯(lián)控制實(shí)現(xiàn)；通過與門芯片來實(shí)現(xiàn)雙輸入的選擇。通過老師指點(diǎn)和連接復(fù)雜程度比較比較選擇第二種方 法更為簡便且性能穩(wěn)定。改進(jìn)提問：在仿真運(yùn)行過程中出現(xiàn)了個別芯片由于缺少模擬端口無法模擬 運(yùn)行的情況。分析回答：上網(wǎng)查找錯誤原因是由于步長太小。3、改進(jìn)

18、提問：在仿真過程中速度太慢，特別是在測 555產(chǎn)生脈沖周期時。 分析回答：通過改變Multisim軟件中步長參數(shù)來實(shí)現(xiàn)，可以使運(yùn)行速度加 快。從而節(jié)約時間，加快進(jìn)度。4、改進(jìn)提問：連接電路時脈沖觸發(fā)“風(fēng)速”顯示正常，但“風(fēng)種”顯示不正 常。整體測試正常，但單個測試出現(xiàn)問題，偶爾下降沿也會觸發(fā)。分析回答：“風(fēng)種”電路比較復(fù)雜，其觸發(fā)脈沖是 cp rST k2st 較難控制。在實(shí)際連接電路中，其中一個與非門芯片存在故障；并且線路 連接接口并不十分可靠；負(fù)脈沖產(chǎn)生存在故障導(dǎo)致出現(xiàn)以上問題。第七章設(shè)計心得通過自己和同組人的努力，實(shí)驗還是很圓滿的完成了。剛開始拿到課程題目， 都不知道所以然，因為這種課程

19、設(shè)計還是我們第一次做， 而且對家用電風(fēng)扇的設(shè) 計也不太了解。我們首先是查找相關(guān)資料，來了解這個設(shè)計。后來在圖書館查找 相關(guān)書籍，在網(wǎng)上收集一些資料，才慢慢對家用電風(fēng)扇的設(shè)計有了初步的了解。最終，通過驗證證明，該設(shè)計方案是成功的。其中難免存在一些錯誤和缺陷， 請老師能給予批評和指證，使該設(shè)計更加準(zhǔn)確。通過此次課程設(shè)計讓我親身參與電子產(chǎn)品的設(shè)計使我更加深深地體會到：現(xiàn)代社會是靈活多變的社會，是信息的社會，很多與人們生活緊密相關(guān)的產(chǎn)品都是 電子產(chǎn)品。作為一名機(jī)械類專業(yè)，且已經(jīng)要進(jìn)入大三的我們，我認(rèn)識到我不僅要 學(xué)好課本上的知識，還要學(xué)會將所學(xué)到的知識聯(lián)系并應(yīng)用到現(xiàn)實(shí)生活中，做到理 論聯(lián)系實(shí)際。劉意雄通過本學(xué)期緊張而充實(shí)的課程設(shè)計，我學(xué)到了很多東西，并對我以后所要做 的畢業(yè)設(shè)計有了一個初步的了解。做好一個課程設(shè)計或畢業(yè)設(shè)計不僅要具備扎實(shí) 的書本知識并會善于應(yīng)用，還要學(xué)會查閱資料，對以前學(xué)過的知識不清楚的地方 還要進(jìn)行復(fù)習(xí)， 實(shí)在搞不明白的地方要向老師或同學(xué)請教， 這樣才可能做出一個 比較不錯的課程設(shè)計。此次課程設(shè)計我參與了其中電路設(shè)計與仿真接， 在整個過程中我們遇到很多 問題，沒有頭緒，甚至要推翻從頭來過。但是整個團(tuán)隊在最后都堅持下來，我想 正是這份堅持和不放棄的信念， 才使得最后可以圓滿的完成此次課程設(shè)計。 我們 每個人學(xué)到的東西都受益良久。韓春騰 作為第一