家用电风扇控制电路设计报告Word文档格式.docx

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用555定时器构成单稳态触发器来实现电路的定时控制，改变电路本身的参数即改变电路暂稳态维持时间的长短，从而实现不同时长的定时。

【设计要求】

1.完成电路的理论设计

2.参数的计算和有关器件的选择

3.对电路进行仿真

4.撰写设计报告书一份：

A3图纸至少一张。

报告书要求写明以下主要内容：

①.总体方案的选择与设计

②.各个单元电路的选择和设计

③.仿真过程的实现

二.设计的方案的选择与论证

【方案一】

本方案的电路包括五部分：

①.状态锁存电路，②.触发脉冲电路，③.风速控制电路，④.风种控制电路，⑤.单稳态定时电路。

本方案基本实现了风速、风种及开关六种状态的控制，但是还存在一些问题。

风速、风种的控制没有很好的分开。

当风速循环控制一次时，风种状态会跟着变化一次。

风速、风种或定时有时按下按键时，会产生不稳定的单次脉冲，致使状态不能有规律的进行变化。

这是必须进行改进的。

【方案二】

本方案是对方案一进行改进，修正之后得到的。

本电路包括六个部分：

①.状态锁存电路，②.触发脉冲电路，③.风速控制电路，④.风种控制电路，⑤.单稳态定时电路，⑥.消抖电路。

本方案比较完美的实现了设计要求。

首先，风速、风种的实现分别独立了，可以单独的实现。

单次脉冲的产生更加稳定，能够较好的控制电路。

将方案一和方案二进行比较，很明显应该选择方案二。

三.电路设计计算与分析

本设计中，家用电风扇控制逻辑电路在控制电风扇的工作方式时，主要依靠风速，风种，定时三个状态的改变来完成，而这三种状态均需要状态锁存器来保存其变化状态，再通过输入脉冲来改变它的状态。

对于三个状态，各用一个状态锁存器来保存相应的变化状态，下面我们将系统的对三个状态进行逻辑设计。

1.风速状态锁存器的设计

“风速”有三种工作状态和一种停止状态需要保存和指示，因而对于每种操作都可采用三个触发器来锁存状态，触发器输出1表示工作状态有效，0表示工作状态无效，当三个输出全为0，则表示停止状态。

为了简化设计，可以考虑采用带有直接清零端的触发器，这样将“停止”键与清零端相连就可以实现停止的功能。

风速状态锁存器的设计步骤如下：

①.状态图如图1.1所示:

图1.1风速状态转换图

②.由图1.1所示的风速状态转换图可以得到表1.1所示的风速转换状态真值表：

Q2n

Q1n

Q0n

Q2n+1

Q1n+1

Q0n+1

功能

1

停止弱

弱中

中强

×

未用

强弱

表1.1风速转换状态真值表

③.根据表1.1可以得到Qn+1的次态卡诺图，如图1.2所示：

Q2n+1Q1n+1Q0n+1

Q2nQ1nQ0n00011110

001

010

100

图1.2Qn+1的次态卡诺图

④.由图1.2求出Qn+1的表达式如（1-1）：

Q0n+1=Q1n·

次态方程Q1n+1=Q0n（1-1）

Q2n+1=Q1n

⑤.驱动方程：

若用D触发器来实现电路，则其驱动方程见（1-2）：

D0=Q1n·

驱动方程D1=Q0n（1-2）

D2=Q1n

⑥.用D触发器实现风速状态锁存器原理性逻辑图如图1.3和图1.4所示，电路采用同步时钟CP控制。

图1.3风速状态原理电路

图1.4风速状态原理电路图

2.风种状态锁存器设计

风种有两种工作状态和一种停止状态需要保存和指示，因而对于每种操作都可以采用触发器来锁存状态，触发器输出1表示工作状态有效，0表示无效，当两个输出全为0，则表示停止状态。

由此，可以考虑采用带有直接清零端的触发器，这样将“停止”键与清零端相连就可以实现停止功能。

①.状态图如图2.1所示:

图2.1风种状态转换图

②.由图2.1所示的风速状态转换图可以得到表2.1所示的风速转换状态真值表：

停止正常

正常自然

自然正常

表2.1风速转换状态真值表

③.根据表2.1可以得到Qn+1的次态卡诺图，如图2.2所示：

Q1n+1Q0n+1

Q1nQ0n01

01

10

图2.2Qn+1的次态卡诺图

④.由图1.2求出Qn+1的表达式如（2-1）：

次态方程Q0n+1=Q0n

Q1n+1=Q0n（2-1）

驱动方程D0=Q0n（2-1）

D1=Q0n

⑥.用D触发器实现风速状态锁存器原理电路如图2.3所示，电路采用同步时钟CP控制。

图2.3风种状态锁存器原理电路

3.时间状态锁存器设计

定时器也有三个工作状态，分别是1小时、2小时、3小时，以及一种停止指示状态，因而对于每种操作都可以采用三个触发器来锁存状态，触发器输出1表示工作状态有效，0表示无效，当三个输出全为0则表示停止状态。

①.定时器状态转换图如图3.1所示：

图3.1定时器的状态转换图

②.由图3.1可得时间锁存器的状态转换真值表如表3.1所示：

1小时

2小时

3小时

非定时

表3.1时间锁存器的状态转换真值表

③.根据表3.1可得到Qn+1的次态卡诺图如图3.2所示

Q2nQ1nQ0n00011110

000

1

图3.2Qn+1的次态卡诺图

④.由图2.8求出Qn+1表达式如（3-1）

Q2n+1=Q1n

次态方程Q1n+1=Q0n（3-1）

Q0n+1=Q2nQ1nQ0n

⑤.驱动方程:

若选用D触发器来实现电路，则其驱动方程见（3-2）：

D2=Q1n

驱动方程D1=Q0n（3-2）

D0=Q2n·

Q1n·

⑥.用D触发器实现风种状态锁存器的原理性逻辑图如图3.3和图3.4所示，电路采用同步时钟CP控制。

图3.3定时状态锁存器原理电路

图3.4定时状态锁存器原理电路

4.触发脉冲形成电路

风速和定时锁存电路的输出信号状态的变化依赖于各自的触发脉冲。

在风速状态的锁存电路中，可以利用风速按键所产生的脉冲信号作为D触发器的触发脉冲。

在定时状态的锁存电路中，可以利用定时按键所产生的脉冲信号做为D的触发脉冲。

而风种状态锁存器的触发脉冲CP则应由风速、风种按键的信号二者组合而成。

即先要有风速，然后才能实现风种的变换。

CP的逻辑表达式为：

CP=K（Q2+Q1+Q0）

式中K为风种按键，Q2,Q1,Q0为强、中、弱三种风速控制信号，这样即表达了“先有风速，然后才能实现风种的变换”的意思。

5.风种模式的实现

系统要求最后设计的电风扇具有“正常”“自然”两种风种，在“正常”状态下电风扇持续转动，在“自然”状态下，电风扇转4s停4s。

①.脉冲信号输出的实现过程如图5.1所示：

图5.1脉冲信号输出电路

②.这是一个由555定时器构成的多谢振荡电路，它的脉冲周期计算如表达式（5-1）：

T=0.69（R1+2R2）C=0.69×

（5.76+2×

287）×

103×

10×

10-6=4.003s（5-1）

由于R2远大于R1，所以它将输出一个周期为8s的方波脉冲，将这个脉冲直接接入电机控制端就可以实现电风扇“自然”状态下的运转。

③.这样，我们就已经具备了实现了风种状态转换的两种脉冲信号，接下来要做的就是通过风种脉冲ＣＰ来选择输出的到底是哪一个信号了。

由于风种状态有两个，所以我们可以用一个具有三个地址选择端的八选一数据选择器来实现。

把其中一个地址端接为高电平就行啦。

八选一数据选择器的真值表如表5.1所示：

G

C

B

A

Y

W

D0

D1

D2

D3

D4

D5

D6

D7

表5.1八选一数据选择器的真值表

选择控制端（地址端）为A、B、C，按二进制译码，从8个输入数据D0～D7中，选择一个需要的数据送到输出端Q，G为使能端，低电平有效。

使能端G＝1时，不论A、B、C状态如何，均无输出（Q＝0，Q＝1），多路开关被禁止。

使能端G＝0时，多路开关正常工作，根据地址码A2、A1、A0的状态选择D0～D7中某一个通道的数据输送到输出端Q。

如：

CBA＝000，则选择D0数据到输出端，即Q＝D0。

CBA