家用电风扇控制逻辑电路设计最强悍最完整版大学论文Word下载.docx

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在加大电风扇的使用功能的同时，我们也对电风扇的实用性做了多方面的考虑，最终在系统中加入了按键反馈功能，这样在电风扇开机状态下，对于每一次有效地按键动作都会做出相应的反应。

实际实验过程中，我们成功的将一个5V直流小电扇改装成了一个具有定时，风速，风种三种状态，并具有按键反馈功能的家用多功能电风扇。

本文将系统的分析每一功能的实现过程，通过基本逻辑设计，仅从电路硬件出发，用数字逻辑电路来完成设计。

最终设计出一个完整的家用电风扇控制电路。

关键词：

电子控制；

多功能；

状态锁存；

定时电路；

按键反馈；

1需求分析

1.1基本功能需求分析

课程要求家用电风扇控制电路可实现“风速”，“风种”和“停机”三个由不同按键控制的功能。

传统的电风扇采用机械控制的方式控制其转动方式，但随着电子技术和控制技术的发展，通过电子控制可实现家用电风扇更加快捷方便的控制，同时也有助于电风扇的多功能化。

随着社会的发展，单一转速，单一风种的电风扇已经不能满足各类用户的需求，这就要求要出现一种功能更全，操作更方便的电风扇来取代以前的老式机电风扇，本设计从电路硬件出发，用数字逻辑电路来完成设计，最终实现电风扇多风速、多风种的功能控制。

最终我们可实现风速模式为“弱”“中”“强”，风种可选择“正常”“自然”“睡眠”的家用电风扇基本功能控制电路。

1.2扩展功能需求分析

从电风扇的实用性，方便使用等方面考虑，具备上节提到的基本功能后的电风扇，仍然难以满足客户的需求。

在实际设计中，我们扩展了定时功能，以及按键反馈功能，既扩大了电风扇的使用功能，又使具备上述功能的电风扇更加方便使用。

定时功能：

实际生活中，很多情况下都要对电风扇进行定时设置，比如在炎热的夏季，晚上睡觉时可能会觉得闷热需要开风扇，但是如果一晚上都开着风扇可能会吹感冒，也浪费电力资源，在这类情况下，实现定时就显得尤为重要了，并且，实现多时段的定时功能也是很重要的。

按键反馈：

一个高品质的系统，对输入它的控制信号需要进行提示响应，因为有很多信号输入后在短时间内很难表现出来，或者当一些状态指示灯损坏后，按动一次按键是否输入了信号是很难判断的，所以需要对有效地脉冲，控制信号进行提示与响应，即按键反馈。

多种方式的按键反馈功能可以使用户更加方便的使用电风扇，同时也可满足特殊用户群体的需求。

综上，我们最终将实现拓展功能定时和按键反馈。

定时分为“不定时”“1小时”“2小时”“4小时”四个状态，按键反馈分为指示灯反馈，蜂鸣器反馈两种方式。

1.3系统设计概述

最后，我们将设计出一个具备“风速”“风种”“定时”三种工作状态，总共可组合出36种不同的工作方式，且具备按键反馈功能的家用电风扇控制逻辑电路。

由此设计出的电风扇控制面板如图1.1所示：

图1.1电风扇操作面板示意图

面板上有九个指示灯，分别指示三种风速：

弱风、中风、强风；

指示风种的三种形式：

正常、自然、睡眠；

指示预定电风扇运转的三种时间：

1小时、2小时、4小时。

面板上还有四个按键开关“风速”“风种”“定时”“停机”，分别控制电风扇的风速、风种、定时和停止。

风速的弱、中、强对应电扇的运转速度慢、中、快。

风种在“正常”位置是指电扇连续运转；

在“自然”位置假设电扇以运转4秒，间断4秒的方式工作，表示电扇模拟产生自然风；

在“睡眠”位置，电扇运转8秒，间断8秒，产生轻柔的微风。

电风扇风速与风种之间的状态转换图如图1.2所示。

电扇处于停止运转状态时，所有指示灯不亮。

此时只有按“风速”键K1，电扇才会启动运转，其初始工作状态为“风速”处于“弱”档，“风种”处于“正常”位置，且相应的指示灯亮。

定时器处于非定时状态，即电扇处于长时间连续运转状态。

电风扇一经启动后，按动“风种”键可循环选择正常、自然、睡眠三种状态的某一种状态。

按动“定时”键可循环选择非定时或1小时、2小时、4小时的任何一种定时状态。

图1.2电扇操作状态转换图

在电风扇任意工作状态下，按“停机”键，电风扇停止工作，所有的指示灯均熄灭。

最后，在系统开机状态下，即“停机”开关处于连通状态下时，对于每一次的按键操作，按键指示灯沙亮一次，蜂鸣器响一次，实现按键反馈。

2系统设计

2.1系统逻辑结构设计

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。

2.1.1风速状态锁存的设计

“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）、状态图见图2.1所示：

图2.1“风速”状态转换图

（2）、由图2.1所示的“风速”状态转换图可得如表2.1所示的风速转换状态真值表：

表2.1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

（3）、根据表2.1可得到Qn+1的次态卡诺图如图2.2所示

Q2n+1Q1n+1Q0n+1

Q1nQ0n

Q2n00011110

001

010

100

0

1

图2.2Qn+1的次态卡诺图

由图2.2求出Qn+1表达式如（2.1式）

Q0n+1=Q1nQ0n

次态方程Q1n+1=Q0n（2.1）

Q2n+1=Q1n

（4）、驱动方程

若选用D触发器来实现电路，则其驱动方程见（2.2式）：

D0=Q1nQ0n

D1=Q0n（2.2）

D2=Q1n

（5）、用D触发器实现风速状态锁存器的原理性逻辑图如图2.3所示，电路采用同步时钟CP控制。

图2.3风速状态锁存器原理电路

2.1.2风种状态锁存器设计

“风种”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。

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。

风种状态锁存器设计步骤与2.1.1一致：

1）、状态图见图2.4所示：

图2.4“风种”状态转换图

（6）、由图2.4所示的“风种”状态转换图可得如表2.2所示的风种转换状态真值表：

表2.2风速转换状态真值表

停止→正常

正常→自然

自然→睡眠

睡眠→正常

（7）、根据表2.2可得到Qn+1的次态卡诺图如图2.5所示

图2.5Qn+1的次态卡诺图

由图2.5求出Qn+1表达式如（2.3式）

次态方程Q1n+1=Q0n（2.3）

（8）、驱动方程

若选用D触发器来实现电路，则其驱动方程见（2.4式）：

D1=Q0n（2.4）

（9）、用D触发器实现风种状态锁存器的原理性逻辑图如图2.6所示，电路采用同步时钟CP控制。

图2.6风种状态锁存器原理电路

2.1.3时间状态锁存器的设计

定时器也有三个工作状态，分别是1小时、2小时、4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2.7所示：

图2.7定时器的状态转换图

（2）、由图2.7可得时间锁存器的状态转换真值表如表2.3所示：

表2.3时间锁存器的状态转换真值表

定时

1小时

2小时

4小时

非定时

（3）、根据表2.3可得到Qn+1的次态卡诺图如图2.8所示

000

图2.8Qn+1的次态卡诺图

（4）、由图2.8求出Qn+1表达式如（2.5式）

Q2n+1=Q1n

Q1n+1=Q0n（2.5）

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（2.6式）：

D2=Q1n

D1=Q0n（2.6）

D0=Q2nQ1nQ0n

（6）、用D触发器实现风种状态锁存器的原理性逻辑图如图2.9所示，电路采用同步时钟CP控制。

图2.9定时状态锁存器原理电路

2.1.4触发脉冲形成电路

前述三部分锁存电路的输出信号状态的变化依赖于各自的触发脉冲。

设K按下为“1”，不按为“0”。

在“风速”状态的锁存电路中，可以利用“风速”按键K1所产生的脉冲信号作为