家用電風扇控制邏輯電路

1、課程設計說明書課程設計名稱： 數(shù)字電路課程設計 課程設計題目： 家用電風扇邏輯設計 學 院 名 稱： 南昌航空大學信息工程學院 評分： 教師： 2013 年 9 月 26 日 數(shù)字電路 課程設計任務書20 1320 14 學年 第 1 學期第 2 周 4 周 題目家用電風扇控制邏輯電路設計內容及要求基本要求1)實現(xiàn)風速的強、中、弱控制(個按鈕控制，循環(huán))： 2)實現(xiàn)睡眠風、自然風。正常風三種風態(tài)(個按鈕控制，循環(huán))； 3)LED顯示狀態(tài)；提高要求1)按鍵提示音； 2)關機功能(以小時為單位)。進度安排2013.9.9-2013.9.15：查閱資料，方案分析與設計，電路仿真；2013.9.16-

2、2013.9.22：完成系統(tǒng)的制作、焊接、調試；2013.9.23-2013.9.27：畫PCB線路板圖，完成報告。學生姓名指導時間：周一、周二、周五指導地點：實驗大樓南310、E610任務下達2013 年9月9日任務完成2013年9月27日考核方式1.評閱 2.答辯 3.實際操作 4.其它指導教師系（部）主任注：1、此表一組一表二份，課程設計小組組長一份；任課教師授課時自帶一份備查。2、課程設計結束后與“課程設計小結”、“學生成績單”一并交院教務存檔。摘 要目前，電風扇已經成為人們生活中必不可缺少的家用電器，普及面越來越廣泛，當然人們對電風扇的性能要求也隨之提高改進，尤其是電風扇的智能化和人

3、性化，從而盡量滿足絕大多數(shù)人的需求。整個電風扇邏輯控制電路采用模塊化設計思想，需分成脈沖觸發(fā)電路、狀態(tài)鎖存電路、風態(tài)控制電路、定時電路等幾大部分，用三個開關分別控制風速、風態(tài)及定時狀態(tài)的循環(huán)與轉換，并用三個二極管作為狀態(tài)指示燈，其中一個開關控制整個電路。其中脈沖觸發(fā)電路用單穩(wěn)態(tài)和組合邏輯電路實現(xiàn)，狀態(tài)鎖存電路、定時電路狀態(tài)設計核心由D觸發(fā)器實現(xiàn)，定時控制需要555單穩(wěn)態(tài)電路實現(xiàn)。經過一系列的分析，思考和精心準備，本設計實現(xiàn)的控制電路能讓電風扇在接通電源后按風速控制鍵是電路工作在“睡眠風”、“弱風”和“正常風”狀態(tài)，之后通過風速、風態(tài)和定時三個按鍵分別控制電風扇工作狀態(tài)，并有相應指示燈亮。本次課

4、設基本完成了電路要求。關鍵詞：定時電路、單脈沖、狀態(tài)控制、循環(huán)控制、鎖存電路 目錄 前 言1第一章 設計方案及系統(tǒng)設計概述21.1設計方案21.2系統(tǒng)組成21.2.1 風速控制功能模塊31.2.2 風種控制功能模塊31.2.3 555定時功能模塊31.2.4 按鍵反饋功能模塊31.3 工作原理3第二章 電路設計52.1風速狀態(tài)鎖存電路52.2風種狀態(tài)控制電路52.3 單穩(wěn)態(tài)定時電路72.4按鍵反饋電路7第四章 調試8第五章 總結9參考文獻10附錄一 總原理圖10附錄二 PCB繪制圖12 前 言 機械風扇起源于1830年，一個叫詹姆斯.拜倫的美國人從鐘表的結構中受到啟發(fā)，發(fā)明了一種可以固定在天花

5、板上，用發(fā)條驅動的機械風扇。這種風扇轉動扇葉帶來的徐徐涼風使人感到涼爽，但得爬上梯子去上發(fā)條，很麻煩。1872年，一個叫約瑟夫的法國人又研制出一種靠發(fā)條渦輪啟動，用齒輪鏈條裝置傳動的機械風扇，這個風扇比拜倫發(fā)明的機械風扇精致多了，使用也方便一些。1880年，美國人舒樂首次將葉片直接裝在電動機上，再接上電源，葉片飛速轉動，陣陣涼風撲面而來，這就是世界上第一臺電風扇。設計基本是機械控制，主要控制定時和風速，而今隨著科學技術的不斷發(fā)展，慢慢采用電子控制線路，設計邏輯電路采用數(shù)字電子技術。這是一個硬件設計朝軟件設計方向發(fā)展趨勢，使得控制技術越來越精確和智能化。在外觀和功能上都更追求個性化。而電腦控制、

6、自然風、睡眠風、負離子功能等這些本屬于空調器的功能，并增加了照明、驅蚊等更多的實用功能。這些外觀不拘一格并且功能多樣的產品，預示了整個電風扇行業(yè)的發(fā)展趨勢。在追求個性時尚以及精致化的時代，消費者似乎對嬌小可愛的家電產品情有獨鐘。這些電風扇的外殼和扇頁都以塑料為原料，整體上極其輕巧，電風扇增設了各種新功能，既彰顯了個性，又在無形中提高了檔次。如開發(fā)較早且比較實用的遙控功能，使操作擺脫了一定的空間限制，再加上液晶屏幕的動態(tài)顯示，操作起來一目了然。創(chuàng)新設計的控制電路可以提供更加優(yōu)質服務，讓用戶使用更舒心。我們通過所學理論知識和實踐相結合，培養(yǎng)分析問題解決問題的能力。在這次實踐過程中，這實際上算是對我

7、們一次全面性的檢查和考驗，讓我認識到做電子不僅僅只是停留在課本的理論知識，而要學會思考和動手完成該學習任務及要求。同時我們也可以培養(yǎng)這方面的興趣和愛好，和同學討論一下，從而深刻理解電路工作原理等相關知識。因此，這次家用電風扇邏輯控制電路設計基本完成。 第一章 設計方案及系統(tǒng)設計概述1.1設計方案總電路分成狀態(tài)鎖存電路、觸發(fā)脈沖電路、風種控制電路三大部分，有四與非門74LS00、4D觸發(fā)器74LS175、八選一數(shù)據選擇器74LS151、四與門74LS08。通過仿真，發(fā)現(xiàn)該方案能實現(xiàn)風速、風態(tài)控制基本要求，先按下總開關鍵，再按“風速”鍵時，會有一個LED燈亮，用555多諧振蕩器做一個秒脈沖電路或者

8、單脈沖發(fā)生電路代替開關產生脈沖，再增加定時電路和按鍵反饋電路即可實現(xiàn)所有功能，原理框圖如圖2-1所示。 圖1-1 電風扇控制原理框圖1.2系統(tǒng)組成本次設計需要設計一個具有自由選擇“風速”、“風態(tài)”、“定時”和按鍵反饋功能的家用電風扇控制邏輯電路，利用按鍵控制單脈沖發(fā)生電路或者秒脈沖電路產生脈沖來控制電風扇的工作狀態(tài)，并由按鍵反饋電路中發(fā)光二極管判斷電路是否有效，其余6個二極管表示出風扇的各種狀態(tài)。分模塊介紹系統(tǒng)電路設計：1.2.1 風速控制功能模塊利用八選一數(shù)據選擇器74LS175作為“風速”控制器，分別由三個不同電阻值來控制選擇強、中、弱三種風速。由555單穩(wěn)態(tài)定時電路控制風速所需要的工作時

9、間。按鍵開關K1 控制風速的三種狀態(tài)，1.2.2 風種控制功能模塊利用八選一數(shù)據選擇器74LS175作為“風種”控制器，地址輸入端A、B、C分別輸入由“風種”狀態(tài)鎖存電路中74LS175輸出的“正常風”、“自然風”、“睡眠風”三種狀態(tài)信號?！白匀伙L”可用555多諧振蕩電路產生，再經過二分頻后可產生睡眠風。只要將三種風態(tài)輸入74LS175相應的數(shù)據通道，就可根據輸入信號選擇出相應風態(tài)。1.2.3 555定時功能模塊用555單穩(wěn)態(tài)電路課實現(xiàn)定時關機功能，只需根據不同定時需求設置不同的參數(shù)，定時信號再經過定時控制部分電路傳送給風速控制電路。1.2.4 按鍵反饋功能模塊由于用開關做脈沖發(fā)生電路時，容易

10、有抖動使得原本獨立工作的風速風態(tài)控制會相互干擾，兩者狀態(tài)相互影響且不穩(wěn)定。用消抖的單脈沖發(fā)生電路或者秒脈沖電路就可以克服困難。當很多信號輸入后在短時間內可能不易表現(xiàn)出，或者當一些指示燈損壞后不能看到直觀效果，就很難判斷是否輸入了有用信號，所以就需要一個按鍵反饋電路，對每一次的按鍵操作進行提示。1.3 工作原理電路由觸發(fā)脈沖電路產生單次脈沖，通過狀態(tài)鎖存電路處理，由六個發(fā)光二極管發(fā)光顯示所控制的狀態(tài)。再由單穩(wěn)態(tài)定時電路控制風速、風種所需要的 “開啟”時間。按鍵開關K1 控制風速的三種狀態(tài)，開關K2 控制風種的三種狀態(tài)，開關K3 接74LS175 的清零端，控制電路的“停止”狀態(tài)，工作原理圖如1-

11、3 所示。 圖 1-2 電風扇工作原理圖 第二章 電路設計 家用電風扇控制邏輯設計原理電路圖有些復雜繁瑣，必須將其分為以下幾個模塊單元進行設計，不僅降低設計難度，而且便于調試，單元電路設計如下：2.1風速狀態(tài)鎖存電路風速、風種（Q2Q1Q0）狀態(tài)圖見圖1-3所示：圖1-3 風速、 風種狀態(tài)圖寫出真值表后畫出卡諾圖，得出次態(tài)方程和D觸發(fā)器實現(xiàn)電路的驅動方程。2.2風種狀態(tài)控制電路自然風是運轉4秒停止4秒，可設計一個555多諧振蕩產生一個周期近似約8秒的方波，再經過二分頻后又可以得到一個周期近似16秒的方波，可實現(xiàn)睡眠風。在“風種”的三種選擇方式中，在“正?！蔽恢脮r，風扇為連續(xù)運行方式，在“自然”

12、和“睡眠”位置時，為間斷運行方式。參考電路中，采用 74LS175 （8 選1 數(shù)據選擇器）作為“風種”方式控制器，由 74LS175 的三個輸出端選中其中的一種方式。間斷工作時，電路中用了一個秒脈沖的時鐘信號來作為“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2-4所示波形。 圖1-4“風種”三種工作方式波形 由于風態(tài)有三個，所以可用一個具有三個地址選擇端的八選一數(shù)據選擇器來實現(xiàn)。地址端A、B、C按二進制譯碼，從8個輸入數(shù)據D0D7中，選擇一個需要的數(shù)據送到輸出端Q，G為使能端，低電平有效電容C 的充電路徑為UccR1D2C地，因而T1=0.7R1C電容C 的放電路徑為C

13、D1R2放電管V1地，因而T2=0.7R1C振蕩器周期為：T=T1+T2=0.7(R1+R2)C占空比為：D=T1/T=R1/(R1+R2)為產生占空比為1/2、周期為1 秒的時鐘信號，可取C=10uf,取R1=R2=T/(0.7*2*C)72K。 圖 1-5 風種控制電路圖2.3 單穩(wěn)態(tài)定時電路單穩(wěn)態(tài)電路的加入是為了使家用電風扇有定時功能，增加家用電風扇的人性化。而定時時間的長短是由電阻R 及電容C 決定的。時間T=1.1RC。本次設計選擇的電阻阻值為50K，電容為100uF。定時時間為T=1.1*5*1=5.5s。 圖 1-6 定時電路圖2.4按鍵反饋電路反饋電路必須在電路工作正常下才起作

14、用,當總開關閉合時狀態(tài)鎖存電路74ls175清零端接高電平時，操作K1、K2、K3它才會有提示。第四章 調試電路焊接三天完后，就進行功能測試，將PCB板接上電源后，發(fā)現(xiàn)不能實現(xiàn)該功能，明顯是電路中出現(xiàn)問題，借助萬能表和穩(wěn)壓器，經過不斷的檢查和調試，不厭其煩的咨詢同學和老師，慢慢地將電路改進，才勉強完成任務。在本次測試中，主要出現(xiàn)了以下幾個問題： 按鍵開關K1 控制風速的三種狀態(tài)，當按下開關K3清零鍵后，再按下“風速”K1鍵，其中LED燈亮了，再依次按“風速”鍵K1可循環(huán)中、強兩種風速之一，lED燈也依次亮了，說明風速那部分正常，風速那模塊基本成功。再按下清零鍵后，再按下開關K2 控制風種的三種

15、狀態(tài)，依次按“風態(tài)”鍵K2可循環(huán)選擇正常風、自然風、睡眠風三種風態(tài)之一。但是當下第二次鍵時，燈不亮了，更不能觀察是否是工作4s停頓4s，先檢查電路是否焊接錯誤，然后再用萬用表測電流電壓是否正常，采用一小部分方法來檢查調試。芯片正常，也許是焊接電路時飛線太多，導線與別的焊點接觸時易導致部分電路短路。我們抓住了問題的實質，既然開關是為了給電路提供秒脈沖信號。那就將開關直接斷開，用函數(shù)信號發(fā)生器來提供秒脈沖信號。接下來我們就有針對性的去解決問題了，就是去尋找資料去消抖。接下來的問題就迎刃而解了。任何電路的設計都不是只存在一個電路。它是有各個小模塊組成的，因而在電路的設計中就必須注意將電路模塊化。這樣

16、才能有針對性的將問題解決。而只是一味的將電路焊接好來，最終沒能檢查出問題所在，沒能完成家用電風扇邏輯電路設計任務。 第五章 總結 本次課題設計對于我們來說是一種極大的挑戰(zhàn)，同時也鞏固了我們所學的專業(yè)知識，是一個理論與實踐結合的難得機會。所以我倍感珍惜這次實踐機會，我覺得在本次設計中，我受益匪淺，下面是我對自己的一個總結： 課設準備工作做得不夠到位，對電子元件功能作用不夠了解，在設計電路，絞盡腦汁也想象不出一個原理圖，在網上查了很多資料以及請教老師學長，才開始著手去做。另一方面也充分體現(xiàn)出自己的專業(yè)知識不夠扎實，課后應該多去補該方面的知識。 心態(tài)不夠好，只想著一次就能成功，對于復雜電路，更應該保

17、持良好的心態(tài)，有耐心的去對待，遇到問題時不能老是埋怨，埋怨自己什么都不懂，給自己太大的壓力，我們應該冷靜思考，處理好我們自己的情緒。 之前調試的機會甚少，對于調試這個大問題，我們手足無措，不知如何下手，然后一個一個模塊的檢查，看是否有沒有漏焊或者接錯的電路；再一方面，自己的焊接技術也不是很好，在PCB板呈現(xiàn)的不夠整潔完美，特別是跳了太多的飛線，導致接通電源后，調試屢次不成功。電路錯綜復雜對于我們剛入門的學生，因此我們應該多練習焊接，這樣就不會因電路焊接錯誤等問題造成短路或者芯片燒壞等現(xiàn)象。 對于Protel99se軟件不熟練，轉載軟件時花了大半天，許多元器件封裝加載不了，十分郁悶。原理圖，PCB布局圖自然也花了一大把的時間，可謂是身心疲憊。 在平常學習生活中，大多是理論部分學習，真正自己動手設計的機會相當少，深刻體會到學電子專業(yè)的人腦子不能太死板，要靈活運用，必須得提高設計能力和分析、解決問題能力。 在這次實踐中，遇到很多問題，有沮喪煩躁的時候，想要中途放棄，也發(fā)現(xiàn)自己身上很多不足及弱點，吸取經驗，繼續(xù)努力，加上隊友和同學的一臂之力，最終我們完成課設任務，我想，這才是這次課程設計的最大收獲。為了更多同學積極參與實踐，我希望學校能夠提供更多的資源和設備，多給學生開設有關專業(yè)技術的指導課，以增強專業(yè)能力，對于以后在工作上也會有極大的幫助。 參考文獻1.趙