課程設(shè)計(jì)家用電風(fēng)扇控制邏輯

1綜述經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，雖然電風(fēng)扇產(chǎn)品趨于飽和，國(guó)內(nèi)市場(chǎng)產(chǎn)大于銷(xiāo)的局面已經(jīng)形成，但家用電風(fēng)扇因?yàn)樗?dú)特的產(chǎn)品特點(diǎn)，并沒(méi)有就此推出家電舞臺(tái)。曾有人預(yù)言，隨著人們生活水平的提高，電風(fēng)扇將會(huì)退出歷史舞臺(tái)，但事實(shí)并非如此，從目前的情況來(lái)看，電風(fēng)扇市場(chǎng)的需求量仍保持高位。目前，人們家庭所有的電風(fēng)扇正越來(lái)越多地采用電子控制線路來(lái)取代原來(lái)的機(jī)械控制器，這使得電扇的功能更強(qiáng)，操作也更為簡(jiǎn)便。而本設(shè)計(jì)在老式電風(fēng)扇的基礎(chǔ)上，增加了“風(fēng)速”和“風(fēng)種”的狀態(tài)選擇，使其更為方便，更加滿(mǎn)足人們的要求。在本設(shè)計(jì)中，通過(guò)從數(shù)字電子技術(shù)中學(xué)習(xí)到的知識(shí)，對(duì)其各部分（風(fēng)速控制、風(fēng)種控制等）電路進(jìn)行數(shù)字邏輯設(shè)計(jì)，然后進(jìn)行電路組裝與調(diào)試，從而形成一個(gè)完整的電風(fēng)扇的控制電路。2方案設(shè)計(jì)2.1設(shè)計(jì)方案目前，人們家庭所有的電風(fēng)扇正越來(lái)越多地采用電子控制線路來(lái)取代原來(lái)的機(jī)械控制器，這使得電扇的功能更強(qiáng)，操作也更為簡(jiǎn)便。圖2-1為電扇操作面板示意圖。L1L2L3睡眠自然正常L4L5L6強(qiáng)中弱K1K2K3圖2-1電扇操作面板示意圖在面板上有六個(gè)指示燈指示電扇的狀態(tài)。三個(gè)按鍵分別為選擇不同的操作一風(fēng)速、風(fēng)種、停止。其操作方式和狀態(tài)指示如下:1)電扇處于停止運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)時(shí)，所有指示燈不亮。此時(shí)只有按“風(fēng)速”鍵K1，電L1L2L3睡眠自然正常L4L5L6強(qiáng)中弱K1K2K3圖2-1電扇操作面板示意圖在面板上有六個(gè)指示燈指示電扇的狀態(tài)。三個(gè)按鍵分別為選擇不同的操作一風(fēng)速、風(fēng)種、停止。其操作方式和狀態(tài)指示如下:1)電扇處于停止運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)時(shí)，所有指示燈不亮。此時(shí)只有按“風(fēng)速”鍵K1，電扇才會(huì)啟動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，其初始工作狀態(tài)為“風(fēng)速”處于“弱”檔，“風(fēng)種”處于“正?！蔽恢茫蚁鄳?yīng)的指示燈亮。定時(shí)器處于非定時(shí)狀態(tài)，即電扇處于長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。2)電扇一經(jīng)啟動(dòng)后，再按動(dòng)“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(shí)，按動(dòng)“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。4)用三個(gè)按鍵K1、K2、K3分別表示“風(fēng)速”、“風(fēng)種”、“停止”三種操作功能。5)用六個(gè)發(fā)光二極管分別指示“風(fēng)速”和“風(fēng)種”的三種狀態(tài)。6)風(fēng)扇操作狀態(tài)的所有變換過(guò)程如圖2-2所示。電扇在停轉(zhuǎn)狀態(tài)時(shí)，只有按“風(fēng)速”鍵才有效，按其他兩鍵不響應(yīng)。圖2-2電扇操作狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖2.2可選用的器材1） 數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)2） 直流穩(wěn)壓電源3） 集成電路:74LS74、74LS151、74LS175及門(mén)電路等。4） 發(fā)光二極管、電阻5） 按鍵開(kāi)關(guān)3設(shè)計(jì)方案原理3.1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)需要保存和指示，因而對(duì)于每種操作都可以采用三個(gè)觸發(fā)器來(lái)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(wú)效，當(dāng)三個(gè)輸出為全0則表示停止?fàn)顟B(tài)。為了簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，可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(jiǎn)化后的狀態(tài)轉(zhuǎn)化圖如圖3-1所示。圖中橫線下方數(shù)字XXX為Q2、Q1、Q0的輸出信號(hào)。

根據(jù)圖3-1狀態(tài)轉(zhuǎn)化圖，利用卡諾圖化簡(jiǎn)后，可得到Q0、Q1、Q2的輸出信號(hào)邏輯表達(dá)式（它們可適用于“風(fēng)速”和“風(fēng)種”電路）:Qn+1=Qn?QnQn+1=Qn0Qn+1=Qn1觸發(fā)器可選用4D上升沿觸發(fā)器74LS175構(gòu)成。（a）風(fēng)速（b）風(fēng)種圖3-1電扇簡(jiǎn)化操作狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖3.2觸發(fā)脈沖的形成根據(jù)前面的邏輯表達(dá)式，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(hào)狀態(tài)的變化還有賴(lài)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（K1）所產(chǎn)生的脈沖信號(hào)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”（K1）、“風(fēng)種”（K2）按鍵的信號(hào)和電扇工作狀態(tài)信號(hào)（設(shè)ST為電扇工作狀態(tài)，ST=0停，ST=1運(yùn)轉(zhuǎn)）三者組合而成的。當(dāng)電扇處于停止?fàn)顟B(tài)（ST=0）時(shí)，按K2鍵無(wú)效，CP信號(hào)將保持低電平；只有按K1鍵后，CP信號(hào)才會(huì)變成高電平，電扇也同時(shí)進(jìn)入運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)（ST=1）。進(jìn)入運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)后，CP信號(hào)不再受K1鍵的控制，而是由K2鍵所控制。由此，我們可列出如表3-1所示的CP信號(hào)狀態(tài)表，并可得到其輸出邏輯表達(dá)式：CP=K1前+K2ST式中K1為風(fēng)速鍵的狀態(tài)，K2為風(fēng)種鍵的狀態(tài)。由于ST信號(hào)可由“風(fēng)速”電路輸出的三個(gè)信號(hào)組合而成。因而從表3-2所式的ST信號(hào)狀態(tài)表可得st=QQQ當(dāng)ST=0時(shí)，表示電扇停轉(zhuǎn)。當(dāng)ST=1時(shí)，表示電扇運(yùn)轉(zhuǎn)。最終，可以得到CP的邏輯表達(dá)式：CP=KQQQ+KQQQ1 0 1 2 2 0 1 2表3-1CP信號(hào)狀態(tài)表K2K1STCP00000010010101101000101111011111表3-2ST信號(hào)狀態(tài)表強(qiáng)（Q2）中（Q1）弱（Q0）ST000000110101011110011011110111113.3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(guò)電壓來(lái)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慮三個(gè)控制輸出端（弱、中、強(qiáng)），以控制外部強(qiáng)電線路（如可控硅觸發(fā)電路）。這三個(gè)輸出端與指示電扇轉(zhuǎn)速狀態(tài)的三個(gè)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(hào)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(shí)，電機(jī)將運(yùn)行在中速并開(kāi)“4秒”?！?秒”，反映到面板上為L(zhǎng)2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)。4系統(tǒng)工作原理圖根據(jù)題目的具體要求，要求電扇邏輯控制電路系統(tǒng)電路原理圖如圖4-1所示?？刂齐姍C(jī)弱中強(qiáng)L6L5L4

正常自然睡眠風(fēng)速部分「ML

1A7+LX1UQ1HJL3弱L2L1中強(qiáng)迂|74LS08Q01A7+LX1U74LS0874LS03KI—K2°~~Q21A7+LX1U1A7+LX17JIJJ快UJ風(fēng)種部分Qi1A7+LX17JUJin11147+LX1萬(wàn)IJJU174LS00CP+5VJl74LS151 控制電機(jī)弱中強(qiáng)L6L5L4

正常自然睡眠風(fēng)速部分「ML

1A7+LX1UQ1HJL3弱L2L1中強(qiáng)迂|74LS08Q01A7+LX1U74LS0874LS03KI—K2°~~Q21A7+LX1U1A7+LX17JIJJ快UJ風(fēng)種部分Qi1A7+LX17JUJin11147+LX1萬(wàn)IJJU174LS00CP+5VJl74LS151 '上-]A國(guó)功mmmmgit+5V141131-E1/17tLfl75O.OluF圖4.1家用電風(fēng)扇控制邏輯電路原理圖5系統(tǒng)工作原理圖說(shuō)明5.1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74LS175構(gòu)成，每片三只D觸發(fā)器的輸出端分別與三個(gè)狀態(tài)指示燈相連。每片74LS175的清零端（R）均與停止鍵（K3）。5.2觸發(fā)脈沖電路鍵K1按動(dòng)后形成的觸發(fā)信號(hào)作為“風(fēng)速”狀態(tài)鎖存電路的觸發(fā)信號(hào)。鍵K1、K2及部分門(mén)電路74LS00、74LS08構(gòu)成了“風(fēng)種”狀態(tài)電路觸發(fā)信號(hào)CP。電扇停轉(zhuǎn)時(shí)，ST=0,K1=0,故圖中與非門(mén)U2輸出為高電平，U3輸出也為高電平，因而U4輸出的CP信號(hào)為低電平。當(dāng)按下K1鍵后，K1輸出高電平，U2輸出低電平，故CP變?yōu)楦唠娖?，并使D觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，“風(fēng)種”功能處于“正?！睜顟B(tài)。同時(shí)，由于K1鍵輸出的上升沿信號(hào)，也使“風(fēng)速”電路的觸發(fā)器輸出處于“弱”狀態(tài)，電扇開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)，ST=1。電扇運(yùn)轉(zhuǎn)后，U2輸出始終為高電平，這樣CP信號(hào)與K2的狀態(tài)相同。每次按下K2并釋放后，CP信號(hào)上就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)上升沿使“風(fēng)種”狀態(tài)發(fā)生變化。在工作過(guò)程中，CP的波形圖如圖5-1所示STK1K2CP圖5-1CP的波形圖在系統(tǒng)電路原理圖4-1中，K1平時(shí)為低電平，而K2平時(shí)為低電平，在實(shí)驗(yàn)時(shí)，可選用實(shí)驗(yàn)箱中的單次脈沖開(kāi)關(guān)表示K1、K2。5.3“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(shí)，風(fēng)扇為連續(xù)運(yùn)行方式，在“自然”和“睡眠”位置時(shí)，為間斷運(yùn)行方式。系統(tǒng)電路原理圖中，采用74LS151（8選1數(shù)據(jù)選擇器）作為“風(fēng)種”方式控制器，由74LS175的三個(gè)輸出端選中其中的一種方式。間斷工作時(shí)，電路中用了一個(gè)8秒計(jì)時(shí)周期的時(shí)鐘信號(hào)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5-2所示波形。正常 睡眠―L/16秒圖5-2“風(fēng)種”三種工作方式波形6課程設(shè)計(jì)體會(huì)經(jīng)過(guò)一個(gè)星期的數(shù)電課程設(shè)計(jì)，我學(xué)到許多數(shù)電課程上沒(méi)有學(xué)過(guò)的新知識(shí)，同時(shí)也復(fù)習(xí)了學(xué)過(guò)的舊知識(shí)，豐富了自己的學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)。從拿到課程設(shè)計(jì)題目開(kāi)始到設(shè)計(jì)出可行的方案并成功調(diào)試通過(guò)，我體會(huì)到了設(shè)計(jì)的樂(lè)趣。同時(shí)切身感受到了理論要緊密結(jié)合實(shí)際，而且其過(guò)程是充滿(mǎn)樂(lè)趣與挑戰(zhàn)的。在遇到的問(wèn)題一一解決的過(guò)程中式充滿(mǎn)興奮與快樂(lè)的。通過(guò)這次設(shè)計(jì)，不但增強(qiáng)了自己的動(dòng)手能力，而且加深了以前學(xué)到的知識(shí)，同時(shí)在通過(guò)各種途徑解決問(wèn)題的時(shí)候?qū)W到了許多以前沒(méi)有學(xué)到的知識(shí)。這個(gè)數(shù)電課程設(shè)計(jì)不僅用到數(shù)電的知識(shí)，而且還用到了其他的一些知識(shí)。這次設(shè)計(jì)，我在拓寬了自己的視野，激發(fā)了自己的興趣的同時(shí)，理論和實(shí)踐結(jié)合的程度進(jìn)一步提高。在沒(méi)有進(jìn)行課程設(shè)計(jì)之前，我總覺(jué)得書(shū)本上學(xué)的東西太少，而且不知怎么使用，理論跟實(shí)際聯(lián)系不夠緊密?，F(xiàn)在我對(duì)數(shù)字電路的設(shè)計(jì)有了一定的認(rèn)識(shí)，也對(duì)它產(chǎn)生了濃厚的興趣，并基本用有了將書(shū)本上的知識(shí)與實(shí)際設(shè)計(jì)相結(jié)合的想法和能力。與此同時(shí)，我加深了對(duì)模塊化設(shè)計(jì)思想的理解。在事件涉及中，要善于運(yùn)用編程里的模塊化思想，把較復(fù)雜的系統(tǒng)劃分成一個(gè)個(gè)小功能模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)。這些小功能模塊相對(duì)簡(jiǎn)單，既容易實(shí)現(xiàn)，也便于調(diào)試，最后將這些小模塊組合在一起，基本上可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)整體的功能了。最后，自己解決問(wèn)題的能力得到了鍛煉。調(diào)試過(guò)程可以說(shuō)是最重要而又最艱難的過(guò)程，在此過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)碰到許多不可預(yù)料的問(wèn)題，這是，就需要我們靜下心來(lái)，慢慢分析原因，檢查整個(gè)邏輯電路，排除錯(cuò)誤。這無(wú)形中就加強(qiáng)了我獨(dú)立解決問(wèn)題的能力?？偟膩?lái)說(shuō)，這次數(shù)電課程設(shè)計(jì)還是比較成功的，不僅鍛煉了自己，也懂得了如何處理在設(shè)計(jì)中遇到的各種難題，使自己學(xué)會(huì)了處理問(wèn)題的思維方式，加強(qiáng)了自己的實(shí)驗(yàn)實(shí)踐能力，豐富了自己的實(shí)踐經(jīng)歷。同時(shí)也要非常感謝老師對(duì)我們