課程設(shè)計報告家用電風(fēng)扇控制系統(tǒng)完整版

課程設(shè)計報告家用電風(fēng)扇控制系統(tǒng)完整版電子課程設(shè)計——家用電風(fēng)扇控制邏輯電路設(shè)計學(xué)院：電子信息工程學(xué)院專業(yè)、班級：電子131501班姓名：李思尚學(xué)號：201315020109指導(dǎo)教師：李小松2015年12月-1-目錄電子課程設(shè)計 -1-一、設(shè)計任務(wù)與要求 -4-1、基本要求 -4-2、提高要求 -4-二、總體框圖（數(shù)字電路方案） -4-1、風(fēng)速、風(fēng)種模塊 -5-2、脈沖觸發(fā)模塊 -5-3、輸出控制模塊 -5-4、定時模塊 -5-5、復(fù)位模塊 -5-6、秒脈沖發(fā)生器 -5-三、器件選型 -6-1、觸發(fā)器 -6-2、計數(shù)器 -7-TOC\o"1-5"\h\z)、計時部分計數(shù)器 -7-2)、預(yù)設(shè)時間部分計數(shù)器 -8-3、數(shù)據(jù)選擇器 -9-4、555定時器 -11-5、門電路 -12-1）、74LS08與門-12-2）、74LS04非門-13-3h74LS00與非門-13-4）、74LS32或門-14-6、其他器件 -14-四、功能模塊 -14-、各模塊的設(shè)計思路和設(shè)計過程 -14-）、風(fēng)速、風(fēng)種模塊 -14-2）、脈沖觸發(fā)模塊 -16-3）、輸出控制模塊 -18-4）、定時模塊 -18-5）、復(fù)位模塊 -19-6）、秒脈沖發(fā)生模塊 -19-、模塊的具體連接關(guān)系電路圖，功能介紹,及其仿真時序圖 -20-）、風(fēng)速、風(fēng)種模塊及脈沖觸發(fā)模塊 -20-2）、輸出控制模塊 -22-3）、定時模塊 -24-4）、復(fù)位模塊 -25-5）、秒脈沖發(fā)生模塊 -26-3、功能模塊硬件試驗測試 -26-五、總體設(shè)計電路圖 -27-1、整體電路設(shè)計圖 -27-2、系統(tǒng)不足及改進方案 -27--2-六、單片機方案 -29-1、采用單片機方案實現(xiàn)的總體設(shè)計框圖 -29-2、器件選型 -29-）、主控芯片 -29-）、顯示方案 -30-3）、輸入按鍵 -30-4)、輸出控制 -30-、程序流程框圖 -30-4、部分程序代碼 -31-七、總結(jié)體會 -33--3-家用電風(fēng)扇控制邏輯電路設(shè)計一、設(shè)計任務(wù)與要求、基本要求)、通一個按鍵控制，實現(xiàn)風(fēng)速強、中、弱的循環(huán)切換。)、通一個按鍵控制，實現(xiàn)睡眠風(fēng)、自然風(fēng)、正常風(fēng)三種風(fēng)態(tài)的循環(huán)切換。)、LED顯示當(dāng)前狀態(tài)：風(fēng)速及風(fēng)種。、提高要求)、按鍵提示音。)、定時關(guān)機功能(以小時為單位)。)、利用單片機實現(xiàn)該系統(tǒng)。二、總體框圖(數(shù)字電路方案)狀態(tài)設(shè)計圖如圖2.1所示。2.1總體設(shè)計框圖系統(tǒng)整體設(shè)計框圖如圖2.1所示，系統(tǒng)共有七個狀態(tài)，分別指示三種風(fēng)速：弱、中、強；指示三種風(fēng)種：正常、自然、睡眠；以及停止?fàn)顟B(tài)。通過三個按鍵開關(guān)分別控制電扇的風(fēng)速、風(fēng)種和停止。風(fēng)速的弱、中、強對應(yīng)電扇的轉(zhuǎn)動速度慢、中、快。風(fēng)種在“正?！蔽恢檬侵鸽娚冗B續(xù)運行；在“自然”位置是電扇以運轉(zhuǎn) 4秒、間斷4秒的方式工作，表示模擬產(chǎn)生自然風(fēng)；在“睡眠”位置，電扇運轉(zhuǎn) 8秒，間斷8秒，產(chǎn)生輕柔的微風(fēng)。模塊設(shè)計思路如下。-4-1、風(fēng)速、風(fēng)種模塊此模塊的設(shè)計，風(fēng)速和風(fēng)種大致相同，可以通過使用D觸發(fā)器組成狀態(tài)鎖存器，通過控制脈沖信號控制實現(xiàn)狀態(tài)轉(zhuǎn)換！由于要實現(xiàn)風(fēng)扇停止?fàn)顟B(tài)下，按風(fēng)種按鈕無法實現(xiàn)風(fēng)扇啟動的功能，所以，風(fēng)種的脈沖觸發(fā)端要受風(fēng)扇的當(dāng)前工作狀態(tài)和風(fēng)速脈沖的總體控制。2、脈沖觸發(fā)模塊此模塊專為風(fēng)種和風(fēng)速狀態(tài)轉(zhuǎn)換器提供脈沖信號，通過與非門連接按鍵和當(dāng)前狀態(tài)輸出，實現(xiàn)脈沖的控制，實現(xiàn)為風(fēng)種和風(fēng)速提供狀態(tài)轉(zhuǎn)換的脈沖。此外，該模塊通過連接按鍵和狀態(tài)機的清零端，可以實現(xiàn)手動清零當(dāng)前狀態(tài)，讓系統(tǒng)停止，實現(xiàn)停機功能。3、輸出控制模塊當(dāng)風(fēng)種和風(fēng)速的狀態(tài)確定后，兩個模塊要實現(xiàn)組合控制電機運轉(zhuǎn)。此系統(tǒng)采用風(fēng)種狀態(tài)控制電機是否工作運轉(zhuǎn)，用八路數(shù)據(jù)選擇器按照風(fēng)種狀態(tài)進行地址選擇，原始始終信號經(jīng)過D觸發(fā)器組成的分頻器得到 4s和8S的脈沖，接入數(shù)據(jù)選擇器相應(yīng)數(shù)據(jù)端，供風(fēng)種狀態(tài)進行選擇，輸出信號作為當(dāng)前電機運轉(zhuǎn)的使能信號，從而實現(xiàn)電機按風(fēng)種模式間歇性運轉(zhuǎn)。此外，電機還受風(fēng)速控制，此系統(tǒng)采用，555定時器組成的多諧振蕩器，通過調(diào)節(jié)R和C的值控制占空比和頻率的輸出，來為電機提供PWM信號,實現(xiàn)當(dāng)前風(fēng)速的輸出。4、定時模塊本系統(tǒng)可以實現(xiàn)以小時為單位的定時功能，通過一片十進制計數(shù)器的循環(huán)計數(shù)來實現(xiàn) 1-8小時的定時設(shè)置，5片十進制計數(shù)器組成的倒計時器，通過循環(huán)置數(shù)實現(xiàn)倒計時功能，外接數(shù)碼管可分別顯示當(dāng)前所剩時分秒！定時功能由按鍵觸發(fā)啟動定時。定時時間到達(dá)之后，生成復(fù)位觸發(fā)信號，觸發(fā)系統(tǒng)復(fù)位，清除當(dāng)前狀態(tài)，讓系統(tǒng)停止運行。此模塊還有按鍵提示音的功能，通過按鍵電平接入蜂鳴器，實現(xiàn)按下按鍵蜂鳴器響的功能。5、復(fù)位模塊由于計時部分完成計時任務(wù)時返回電平信號，但是觸發(fā)復(fù)位信號只能是脈沖信號，所以需要將電平信號轉(zhuǎn)換為脈沖信號得到復(fù)位脈沖，本系統(tǒng)采用單穩(wěn)態(tài)電路加一個脈沖觸發(fā)翻轉(zhuǎn)的D觸發(fā)器實現(xiàn)將電平轉(zhuǎn)換為脈沖的功能。6、秒脈沖發(fā)生器由于本系統(tǒng)需要實現(xiàn)計時功能，故需要用555設(shè)計一多諧振蕩器，通過調(diào)整R、C參數(shù)，實現(xiàn)1HZ/1S的脈沖信號提供給計時系統(tǒng)使用。此外風(fēng)種電路也需要得到秒脈沖四分頻和八分頻之后的脈沖信號，也需要用到秒脈沖發(fā)生器?？偨Y(jié)：通過六大模塊的組合，最后此系統(tǒng)可以實現(xiàn)由停止工作狀態(tài)，按下風(fēng)速按鈕系統(tǒng)啟動，進入正常工作狀態(tài)。正常工作狀態(tài)下，按風(fēng)速調(diào)節(jié)風(fēng)速大小，按風(fēng)種調(diào)節(jié)風(fēng)種模式。在正常工作狀態(tài)下，可以設(shè)置定時時間。定時完成后，系統(tǒng)自動停止運行。本系統(tǒng)智能化的實現(xiàn)了家用電風(fēng)扇的常用邏輯功能，每種工作狀態(tài)都有相應(yīng)狀態(tài)指示燈，按鍵提示音，很好地實現(xiàn)了智能化人機交互。-5-三、器件選型1、觸發(fā)器本方案采用74LS175觸發(fā)器，74LS175為四上升沿D觸發(fā)器，共有54175/74175、54S175/74S175,54LS175/74LS175三種線路結(jié)構(gòu)形式。當(dāng)清除端（CW為低電平時，輸出端Q為低電平。在時鐘（CP）上升沿作用下，Q與數(shù)據(jù)端（D）相一致。當(dāng)CP為高電平或低電平時，D對Q沒有影響。主要電特性的典型值如表 3.1所示。圖3.1 74LS175邏輯符號圖74LS175邏輯功能如表3.2所示。H一高電平L—低電平?上升沿 X一任意Z一高阻態(tài) Q0—規(guī)定的穩(wěn)態(tài)輸入條件建立前 Q的電平-6-74LS175內(nèi)部原理圖見圖 3.2所示。圖3.2內(nèi)部原理圖2、計數(shù)器）、計時部分計數(shù)器采用74LS192計數(shù)器，74LS192是同步十進制可逆計數(shù)器，它具有雙時鐘輸入，并具有清除和置數(shù)等功能。192的清除端是異步的，當(dāng)清除端（MR）為高電平時，不管時鐘端（CPDCPU）犬態(tài)如何，即可完成清除功能。192的預(yù)置是異步的。當(dāng)置入控制端（）為低電平時，不管時鐘 CP的狀態(tài)如何，輸出端（QO?Q3）即可預(yù)置成與數(shù)據(jù)輸入端（PO?P3）相一致的狀態(tài)。192的計數(shù)是同步的，靠CPDCPU同時加在4個觸發(fā)器上而實現(xiàn)。在CPDCPU上升沿作用下QO?Q3同時變化，從而消除了異步計數(shù)器中出現(xiàn)的計數(shù)尖峰。當(dāng)進行加計數(shù)或減計數(shù)時可分別利用 CPD或CPU,此時另一個時鐘應(yīng)為高電平。當(dāng)計數(shù)上溢時，進位端（）輸出一個低電平脈沖，其寬度為CPU低電平部分的低電平脈沖；當(dāng)計數(shù)下溢出時， 錯位輸出端（）輸出一個低電平脈沖，其寬度為 CPD低電平部分的低電平脈沖。當(dāng)把和分別連接后一級的CPDCPU,即可進行級聯(lián)。74LS192引腳排列及邏輯符號如圖3.3所示。圖3.3 74LS192邏輯符號-7-74LS192器件邏輯功能見表3.3和3.4所示。74LS192內(nèi)部邏輯原理圖如圖3.4所示。圖3.474LS192內(nèi)部邏輯原理圖）、預(yù)設(shè)時間部分計數(shù)器計時系統(tǒng)預(yù)設(shè)時間部分采用 74LS160計數(shù)器，這種同步可預(yù)置十進計數(shù)器是由四個 D型觸發(fā)器和若干個門電路構(gòu)成，內(nèi)部有超前進位，具有計數(shù)、置數(shù)、禁止、直接（異步）清零等功能。對所有觸發(fā)器同時加上時鐘，使得當(dāng)計數(shù)使能輸入和內(nèi)部門發(fā)出指令時輸出變化彼此協(xié)調(diào)一致而實現(xiàn)同步工作。這種工作方式消除了非同步（脈沖時鐘）計數(shù)器中常有的輸出計數(shù)尖峰。緩沖時鐘輸入將在時鐘輸入上升沿觸發(fā)四個觸發(fā)器。8-74LS160邏輯符號如圖3.5所示。圖3.574LS160邏輯符號74LS160器件邏輯框圖如圖3.6所示。圖3.674LS160內(nèi)部原理圖3、數(shù)據(jù)選擇器數(shù)據(jù)選擇器采用74LS151,74LS151為8選1數(shù)據(jù)選擇器（有選通輸入端，互補9-輸出）共有54/74151、54/74S151、74LS151三種線路結(jié)構(gòu)形式，74LS151主要電特性的典型值如表 3.5所示。數(shù)據(jù)選擇端（ABC）按二進制譯碼，以從8個數(shù)據(jù)（D0-D7）中選取1個所需的數(shù)據(jù)。只有在選通端STROB叨低電平時才可選擇數(shù)據(jù)。74LS151邏輯符號如圖3.7所示。圖3.774LS151邏輯符號74LS151邏輯符號如表3.6所示。10-74LS151內(nèi)部邏輯原理如圖3.8所示。圖3.874LS151內(nèi)部邏輯原理4、555定時器本系統(tǒng)多次用到555定時器，用它構(gòu)成多諧振蕩器和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。555定時器又稱時基電路。555定時器按照內(nèi)部元件分有雙極型（又稱TTL型）和單極型兩種。雙極型內(nèi)部采用的是晶體管；單極型內(nèi)部采用的則是場效應(yīng)管。555定時器按單片電路中包括定時器的個數(shù)分有單時基定時器和雙時基定時器兩種。常用的單時基定時器有雙極型定時器5G555（管腳排列如右圖3.9所示）和單極型定時器CC75555雙時基定時器有雙極型定時器5G556和單極型定時器 CC7556。圖3.9555定時器管腳分布555定時器器件邏輯符號如圖3.10所示。圖3.10555定時器邏輯符號11-555定時器內(nèi)部原理如圖3.11所示。圖3.11555定時器內(nèi)部原理5、門電路本系統(tǒng)的采用74LS系列門電路，下面介紹器件特性。1）、74LS08與門74LS08為4組2輸入端與門，正邏輯。圖圖3.1574LS32內(nèi)部原理圖器件邏輯真值表如表 3.7所示。L-LowLogicLevel74LS08器件內(nèi)部邏輯框圖如圖3.12所示。圖3.1274LS08器件內(nèi)部邏輯框圖12-2）、74LS04非門74LS04為六輸入非門,74LS04邏輯真值表見表3.8所示。L-LowLogicLevel74LS04內(nèi)部原理圖如圖3.13所示。圖3.1374LS04內(nèi)部原理圖3）、74LS00與非門74LS00為四2輸入與非門，74LS00邏輯真值表如表3.9所示,74LS00內(nèi)部原理圖如圖3.14所示。圖3.1474LS00內(nèi)部原理圖13-4）、74LS32或門74LS32為四組2輸入或門，74LS32邏輯真值表見表3.10所示表3.1074LS32邏輯真值表（Y=A+B）H-HighLogicLevelL-LowLogicLevel74LS32內(nèi)部原理圖如圖3.15。6、其他器件本系統(tǒng)其他器件主要為電阻、電容、按鍵及 LED燈。)、電阻采用金屬膜電阻，金屬膜電阻是迄今為止應(yīng)用較為廣泛的電阻，其精度高，性能穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡單輕巧。)、有極性電容主要采用常用鋁電解電容，無極性用瓷片電容。)、由于按鍵主要用來采用觸發(fā)脈沖，版系統(tǒng)采用點觸按鍵，可以回彈。4)、指示燈采用3mm或者5mmLED燈，導(dǎo)通電壓1.8V-2.4V。四、功能模塊本部分將詳細(xì)介紹各模塊的設(shè)計思路和設(shè)計過程及其電路連接圖。1、各模塊的設(shè)計思路和設(shè)計過程。1)、風(fēng)速、風(fēng)種模塊風(fēng)速和風(fēng)種模塊類似，均是三個狀態(tài)的循環(huán)轉(zhuǎn)換，這三種狀態(tài)均需要狀態(tài)鎖存器來保存其變化狀態(tài)，再通過輸入脈沖來改變它的狀態(tài)。對于三個狀態(tài)，各用一個狀態(tài)鎖存器來保存相應(yīng)的變化狀態(tài)，下面將對模塊的對三個狀態(tài)進行邏輯設(shè)計。有三種工作狀態(tài)和一種停止?fàn)顟B(tài)需要保存和指示，因而對于每種操作都可采用三個觸發(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表示工作狀態(tài)無效，當(dāng)三個輸出全為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現(xiàn)停止的功能。下14-

面以風(fēng)速狀態(tài)鎖存電路為例詳細(xì)說明狀態(tài)鎖存器模塊的設(shè)計過程。a、狀態(tài)圖見圖如圖4.1a、圖4.1風(fēng)速狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖b、由圖4.1所示的“風(fēng)速”狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖可得如表 4.1所示的風(fēng)速轉(zhuǎn)換狀態(tài)真值n+1n+1n+1QQQ210圖4.2Qn+1的次態(tài)卡諾圖由圖4.2求出Qn+1表達(dá)式如（4.1式）0n+1=Q1Q01n+1=Q0n（4.1）2n+1=Q1n15-d、驅(qū)動方程若選用D觸發(fā)器來實現(xiàn)電路，則其驅(qū)動方程見（4.2式）：D0=Q1Q0n驅(qū)動方程D1=Q0n （4.2）D2=Q1ne、用D觸發(fā)器實現(xiàn)風(fēng)速狀態(tài)鎖存器的原理性邏輯圖如圖4.3所示，電路采用同步時鐘CP控制風(fēng)種狀態(tài)控制器同風(fēng)速設(shè)計方法，這里不再贅述。2）、脈沖觸發(fā)模前述兩部分鎖存電路的輸出信號狀態(tài)的變化依賴于各自的觸發(fā)脈沖。設(shè)K按下為“1”，不按為“0”。在“風(fēng)速”狀態(tài)的鎖存電路中，可以利用“風(fēng)速”按鍵K1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”狀態(tài)鎖存器的觸發(fā)脈沖CP則應(yīng)由“風(fēng)速”K1、“風(fēng)種”K2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=0停，ST=1運轉(zhuǎn)）三者組合而成。當(dāng)電扇處于停止?fàn)顟B(tài)（ST=。時，按鍵K2無效，CP信號將保持低電平；只有按K1鍵后，CP信號才會變成高電平，電扇也同時進入運轉(zhuǎn)狀態(tài)（ST=1）。進入運轉(zhuǎn)狀態(tài)后，CP信號不再受K1鍵的控制，而由K2鍵來控制。CP信號與K1、K2及ST的關(guān)系見下表4.2所示。表4.2CP狀態(tài)真值表由此可以得出：CP=K1ST+K2ST（4.3）16-在電路中，只有“風(fēng)速”按鍵K1才能控制ST的變化，表4.3所示列出了電扇工作狀態(tài) ST與“風(fēng)速”狀態(tài)鎖存器輸出的三個信號的關(guān)系。表4.3ST信號狀態(tài)真值表由表4.3可知，當(dāng)Q2、Q1、Q0全為零時，電扇停轉(zhuǎn)，ST=0,否則電扇運轉(zhuǎn)于弱、中、強任一種狀態(tài)，即ST=1,它要求“強”、“中”、“弱”三種狀態(tài)中不能有兩種以上同時出現(xiàn)。由此可以得到 ST信號的邏輯表達(dá)式：ST=Q0+Q1+Q2即012將4.4式代入4.3式，最終得到“風(fēng)種”狀態(tài)鎖存器的觸發(fā)脈沖CP的邏輯表達(dá)式:CP=K1Q0Q1Q2+K2Q0Q1Q2(4.5)下面，我們根據(jù)(4.5)式繪出CP脈沖電品&如圖4.4所示。CP的波形如圖 4.5所示。17-圖4.5CP的波形圖)、輸出控制模塊輸出控制模塊由兩部分構(gòu)成，通過與門合并控制電機運轉(zhuǎn)。一部分為風(fēng)種控制輸出，一部分為風(fēng)速控制輸出。具體設(shè)計如下：a、風(fēng)種輸出控制，由于風(fēng)種分為正常、自然、睡眠，各模式電機運轉(zhuǎn)時間不同，所以可以用D觸發(fā)器構(gòu)成分頻電路，得到各風(fēng)種模式的使能信號，用風(fēng)種狀態(tài)輸出信號通過數(shù)據(jù)選擇器選擇各模式的使能信號，最終得到電機運轉(zhuǎn)的使能信號。模型如圖4.6所示。圖4.6風(fēng)種狀態(tài)選擇模型b、風(fēng)速輸出控制，由于風(fēng)速有強中弱三檔，故必須輸出相應(yīng)的電壓信號方可控制電壓的轉(zhuǎn)速，本方案采用555定時器組成的多諧振蕩器，通過控制頻率得到適當(dāng)?shù)腜WM控制信號最終輸出控制電機。其中，強信號采用固定高電平，中、弱PWM信號的占空比定為 50%和75%，R2使用150K,R1分別采用1K和300K。電容采用0.01uf,振蕩頻率計算公式為：f=1.44/(R1+2R2)C得至IJ頻率分另1J為：480KHZ和240KHz精度可以達(dá)到要求。模塊設(shè)計結(jié)果如圖4.7所示。圖4.7風(fēng)速輸出控制模塊)、定時模塊定時模塊有兩部分組成，一部分為時間設(shè)置，一部分為倒計時電路。a、時間設(shè)置部分使用一片74LS160十進制計數(shù)器，通過反饋置數(shù)實現(xiàn)0-8循環(huán)計數(shù)，從而實現(xiàn)0-8小時的定時設(shè)置功能。手動脈沖觸發(fā)計數(shù)。b、定時模塊主要由五片 74LS192十進制可加減計數(shù)器構(gòu)成，外接五位-18-數(shù)碼管可實時顯示當(dāng)前剩余定時時長，通過級聯(lián)，分秒預(yù)置 59秒，秒計數(shù)下溢時向分輸出借位信號，分計數(shù)下溢時向時輸出借位信號，下一個時鐘信號來臨時置零。當(dāng)時記到0時輸出借位信號，但是此時尚有一小時未完成計時，故經(jīng)過多次方案嘗試，最終發(fā)現(xiàn)，當(dāng)借位信號再次來臨時，多所有計數(shù)器清零，可實現(xiàn)計時系統(tǒng)的停止。最終采用此方案。計數(shù)脈沖由上一片的借位輸出提供，秒脈沖使用秒脈沖發(fā)生器提供。）、復(fù)位模塊復(fù)位模塊由D觸發(fā)器和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器構(gòu)成，由于復(fù)位信號是電平，故通過反饋法讓D觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)用輸出信號關(guān)閉電平輸入，實現(xiàn)電平信號向脈沖信號的轉(zhuǎn)變。復(fù)位脈沖送入控制模塊的清零端，實現(xiàn)系統(tǒng)復(fù)位。）、秒脈沖發(fā)生模塊由于實際運行中，系統(tǒng)必須有有效的時鐘信號接入，故必須有脈沖發(fā)生裝置，本模塊即實現(xiàn)為計時部分和風(fēng)種循環(huán)部分提供秒脈沖的裝置。具體設(shè)計過程如下。如右圖4.8所示，假設(shè)TH、TR端開始為低電平（在上電之前電容沒有充電），由前面對 555的功能說明可知，此時Vo輸出高電平，三極管截止；接通后Vcc經(jīng)過R6、R7（對應(yīng)電路圖）對電容充電，當(dāng) TH、TR端電壓達(dá)到1/3Vcc時，即TH<2/3Vcc,TR>1/3Vcc時，Vo保持為高電平，三極管保持截止?fàn)顟B(tài)；當(dāng)THTR端電壓達(dá)到（稍大于） 2/3Vcc時，即TH>2/3Vcc,TR>1/3Vcc時，Vo=0,三極管導(dǎo)通，放電端DISC為低電平，此時電容經(jīng)過R7進行放電；在放到TH、TR端電壓為1/3Vcc之前，Vo保持為低電平，三極管保持導(dǎo)通狀態(tài)；放到TH、TR端電壓為（稍小于）1/3Vcc時，Vo=1,三極管截止；Vcc又經(jīng)過R6、R7對電容充電，如此循環(huán)。可知，一圖4.8秒脈沖發(fā)生器 個振蕩周期為電容充電一次和放電一次時間的和，即充電時間：1????Vcc?Vcc?V????Vc?0??????T充??R6?R7?Cln?c?R?RCln?????R6?R7?Cln267?Vc????Vcc??Vcc?Vcc?33????放電時間：2????0?Vcc?Vc????Vc?0????T放？R7Cln???R7Cln???R7Cln2?Vc????Vcc??0?Vcc?33????振蕩周期：電路中按R6、R7分另U為450KQ、500KQ,電容為1dF（實際仿真觀測振蕩周期約1s）,得振蕩周期的理論值為1.0005s。在仿真過程中由于仿真軟件缺陷，電路采用軟件自帶脈沖源。-19-T?T充？T放？？R6?2R7?Cln2?0.69?R6?2R7?C2、每個模塊的具體連接關(guān)系電路圖，功能介紹 ,及其仿真時序圖)、風(fēng)速、風(fēng)種模塊及脈沖觸發(fā)模塊電路具體連接關(guān)系如圖4.9所示。圖4.9風(fēng)速、風(fēng)種模塊及脈沖觸發(fā)模塊電路具體連接關(guān)系圖4.9即風(fēng)速、風(fēng)種模塊和脈沖觸發(fā)模塊連接起來的最終設(shè)計結(jié)果，這樣可以更方便得看到此兩模塊各自的功能及其組合功能，該電路通過按鍵A實現(xiàn)風(fēng)速循環(huán)切換，按鍵B實現(xiàn)風(fēng)種循環(huán)切換，按鍵C實現(xiàn)清零狀態(tài)。系統(tǒng)停止運行。仿真時發(fā)現(xiàn)，由于器件原因，在風(fēng)速循環(huán)完一個輪回之后，會自動觸發(fā)風(fēng)種切換，故加了風(fēng)種狀態(tài)反饋，如電路圖4.9中所示。此模塊仿真時序圖如圖4.10-4.14，左邊為風(fēng)速的三個狀態(tài)波形，從上到下依次為弱，中強，高電平代表當(dāng)前風(fēng)速激活，右邊為風(fēng)種的三個狀態(tài)波形，從上到下依次為正常，自然，睡眠。高電平代表當(dāng)前風(fēng)種激活。按下A。圖4.10弱風(fēng)、正常波形及指示-20-再次按下 A。圖4.11中風(fēng)、正常波形及指示再次按下 A。圖4.12強風(fēng)、正常波形及指示按下B。圖4.13強風(fēng)、自然波形及指示再次按下B。圖4.14強風(fēng)、自然波形及指示-21-）、輸出控制模塊其具體連接關(guān)系如圖4.15。如圖4.15輸出控制模塊具體連接關(guān)系本模塊的功能為：通過接入上一模塊的風(fēng)種和風(fēng)速狀態(tài)即可的得到最終電機運轉(zhuǎn)的信號輸出。仿真時序圖如下圖4.16，圖4.17所示，A通道為電機是否運轉(zhuǎn)的波形示意圖，高電平代表運轉(zhuǎn)，低電平代表停止，B通道為秒脈沖波形，對比檢測風(fēng)種狀態(tài)是否正確，A通道在上。睡眠22-下圖4.18-4.20波形所示為正常風(fēng)種下測出的風(fēng)速電壓值，（由于仿真軟件的缺陷，無法在其他風(fēng)種模式下測量電壓）每個電壓表代表一種風(fēng)速，0V代表此風(fēng)速未激活，從上到下表示弱、中、強。啟動初始狀態(tài)。TOC\o"1-5"\h\z圖4.18 正常風(fēng)種下測出的風(fēng)速波形及電壓仿真圖 1按下 A。圖4.19 正常風(fēng)種下測出的風(fēng)速波形及電壓仿真圖 223-再次按下A4.20正常風(fēng)種下測出的風(fēng)速波形及電壓仿真圖)、定時模塊模塊具體連接關(guān)系如圖4.21所示。圖4.21定時模塊具體連接關(guān)系按上述設(shè)計思路，本模塊即為定時部分的實際電路連接圖，本部分通過兩個按鍵控制，按鍵D實現(xiàn)設(shè)置定時時間，按鍵S啟動定時，啟動后開始定時，定時時間到達(dá)之后，發(fā)出復(fù)位信號，定時部分清零，風(fēng)速風(fēng)種模塊狀態(tài)清零。-24-仿真波形如圖4.21,4.22所示。圖4.21計時部分仿真時序圖1計時到零，復(fù)位信號生效。圖4.22計時部分仿真時序圖2)、復(fù)位模塊復(fù)位模塊具體連接關(guān)系如圖4.23所示。圖4.23復(fù)位模塊具體連接關(guān)系圖本電路模塊實現(xiàn)將計時部分的復(fù)位電平信號轉(zhuǎn)換為脈沖觸發(fā)信號送到控制模塊，實現(xiàn)系統(tǒng)復(fù)位。-25-仿真波形如圖4.24所示。圖4.24復(fù)位模塊仿真波形)、秒脈沖發(fā)生模塊秒脈沖發(fā)生模塊具體連接關(guān)系如圖4.25所示。秒脈沖發(fā)生模塊具體連接關(guān)系如圖圖4.25秒脈沖發(fā)生模塊該模塊在系統(tǒng)應(yīng)用于實際電路時為計時部分提供較為精準(zhǔn)的秒脈沖振蕩源。其波形圖4.26所示。圖4.26秒脈沖波形3、功能模塊硬件試驗測試通過連接硬件，測試模塊功能，各模塊功能均可實現(xiàn)，可以完成設(shè)計思路預(yù)期需要的結(jié)果。-26-五、總體設(shè)計電路圖、整體電路設(shè)計圖如圖5.1所示。圖5.1整體電路設(shè)計圖上圖即為電路的整體設(shè)計電路圖，通過仿真，發(fā)現(xiàn)電路連接正確，功能可以完全實現(xiàn)。2、系統(tǒng)不足及改進方案上圖三個矩形框為脈沖選擇電路，當(dāng)模塊連接后發(fā)現(xiàn)，如果沒有脈沖選擇電路，當(dāng)開機運行并啟動定時按任務(wù)，當(dāng)計時結(jié)束時，電路系統(tǒng)自動復(fù)位，這時候部分 D觸發(fā)器狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，輸出電平翻轉(zhuǎn)，將應(yīng)有的功能屏蔽，所以此時必須將再次啟動系統(tǒng)的脈沖送來，讓 D觸發(fā)器的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，解鎖輸出端的功能。具體實現(xiàn)方法是：用兩個與門和一個或門實現(xiàn)，兩與門通過當(dāng)前計時模塊的狀態(tài)選擇脈沖，即當(dāng)系統(tǒng)正常運行時，計時系統(tǒng)發(fā)出的復(fù)位信號為低電平，此時便關(guān)閉風(fēng)速切換送來的脈沖，D觸發(fā)器按原有功能運行。當(dāng)計時系統(tǒng)停止運行時，復(fù)位信號激活，即變?yōu)楦唠娖?，此時整個系統(tǒng)處于停止?fàn)顟B(tài)。將復(fù)位信號的電平取反輸入正常脈沖的與門，屏蔽該信號，解鎖風(fēng)速切換送來的脈沖，當(dāng)按風(fēng)速啟27-動系統(tǒng)時，D觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，回到正常運行狀態(tài)，計時功能生效。三部分電路均按此思路設(shè)計。模型如圖5.2所示。圖5.2改進方案模型圖改進后的整體設(shè)計電路如圖5.3所示。圖5.3改進后的電路整體設(shè)計圖通過測試，發(fā)現(xiàn)改進后的電路很好地解決了初次調(diào)試出現(xiàn)的問題，總體設(shè)計完成。28-六、單片機方案1、采用單片機方案實現(xiàn)的總體設(shè)計框圖，如圖6.1所示。圖6.1單片機總體設(shè)計框圖2、器件選型1)、主控芯片本次單片機實現(xiàn)方案主控芯片直接采用了主流控制芯片 STM32。STM32系列單片機基于專為要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式應(yīng)用專門設(shè)計的ARMCortex-0內(nèi)核。按內(nèi)核架構(gòu)分為不同產(chǎn)品：其中STM32F1系列有：STM32F103“增強型”系歹USTM32F101“基本型”系列。STM32F10SSTM32F107“互聯(lián)型”系歹限增強型系列時鐘頻率達(dá)到72MHz,是同類產(chǎn)品中性能最高的產(chǎn)品；基本型時鐘頻率為36MHz，以16位產(chǎn)品的價格得到比16位產(chǎn)品大幅提升的性能，是32位產(chǎn)品用戶的最佳選擇。兩個系列都內(nèi)置32K至11128K的閃存，不同的是SRAM的最大容量和外設(shè)接口的組合。 時鐘頻率72MHz時，從閃存執(zhí)行代碼，STM32功耗36mA,是32位市場上功耗最低的產(chǎn)品，相當(dāng)于0.5mA/MHz。本次設(shè)計采用的芯片是STM32F103ZET6部分參數(shù)如下：CPU：STM32F103ZET6，ARMCortex-M3內(nèi)核，512kBFlash，64KBRAM，LQFP144腳封裝。32位RISC性能處理器。32位ARMCortex-M3結(jié)構(gòu)優(yōu)化。72MHz運行頻率/90MIPS(1.25DMIPS/MHz)。硬件除法和單周期乘法?？焖倏汕短字袛啵?~12個時鐘周期。具有MPU保護設(shè)定訪問規(guī)則。關(guān)于STM32F103ZET6I勺詳細(xì)介紹，讀者可以查閱相關(guān)芯片手冊， 相關(guān)介紹及使用方法更權(quán)威，筆者這里就不贅述了。本次設(shè)計主要用的芯片的兩個定時器和一個 PWM輸出。定時器用來產(chǎn)生中斷，處理事務(wù)，PWM用來輸出控制電機的信號。-29-）、顯示方案本方案采用3.2寸TFT彩屏顯示器，此款顯示器是當(dāng)前 STM32開發(fā)板標(biāo)配顯示器，利用自帶庫函數(shù)可以很方便簡單地實現(xiàn)想要顯示的內(nèi)容。相關(guān)參數(shù)如下：分辨率：240X（RGBX320色彩：262K視角：6.00o'clock驅(qū)動電壓：2.8V（內(nèi)部IC供電）供電電壓：3.2V（背光供電）TOC\o"1-5"\h\z儲藏溫度： -30℃to +80℃工作溫度： -20℃to +70℃顯示模式： TFT觸摸選擇：可帶電阻 TP聯(lián)接方式： COG+FPC封裝方式： COG接口：并口、37PIN、焊接式、8位/16位可選驅(qū)動芯片（ IC）：ILI9341LED背光：白色高亮LED,六顆燈并聯(lián)）、輸入按鍵方案采用點觸按鍵作為按鍵輸入，單片機循環(huán)檢測，檢測輸入情況。）、輸出控制WK_new=0;WK_new=0;W_RESET_new=1;W_RESET_new=1;利用LED燈的亮暗模擬控制電機電壓的輸出。方案投入實際時，可外接驅(qū)動模塊實現(xiàn)對電機的控制。3、程序流程框圖利用單片機實現(xiàn)該系統(tǒng)的程序流程圖如圖6.2所示。圖6.2程序流程圖-30-4、部分程序代碼intmain(void){Projectinit();TFTfirstinit();W_Init();while(1){switch(Key_Scan()){case1:{BBxiang();if(WS_new==0){WK_new=1;}if(WS_new==3){WS_new=1;}elseWS_new++;W_Tim_Stop=0;}break;{BBxiang();if(WS_new!=0){if(WK_new==3){WK_new