家用电风扇控制逻辑电路设计.docx

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家用电风扇控制逻辑电路设计

课题名称家用电风扇控制逻辑电路设计

1目录..................................................................................................................4

3系统设计..........................................................................................................6

设计内容：

基本要求：

1）实现风速的强、中、弱的控制（一个按钮控制，循环）；

2）实现睡眠风、自然风、正常风三种风态（一个按钮控制，循环）；

3）LED显示状态。

提高要求：

1）按键提示音

2）定时关机功能（以小时为单位）

参考原理框图：

电路分成下面三大部分

状态锁存器电路

触发器电路

风种控制电路

主要参考元器件：

74LS00，74LS175，74LS151，74LS08

二、设计要求：

1．思路清晰，给出整体设计框图和总电路图；

2．单元电路设计，给出具体设计思路和电路；

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

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。

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。

2.2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：

（2）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。

2.3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：

（2）、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。

2.4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。

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。

（1）、定时器状态转换图如图2.7所示：

（2）

（3）、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

2.5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K3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”K1、“风种”K2按键的信号和电扇工作状态信号（设ST为电扇工作状态，ST=0停，ST=1运转）三者组合而成。

当电扇处于停止状态（ST=0）时，按键K2无效，CP信号将保持低电平；只有按K1键后，CP信号才会变成高电平，电扇也同时进入运转状态（ST=1）。

进入运转状态后，CP信号不再受K1键的控制，而由K2键来控制。

CP脉冲电路见图：

2.6风速、定时电路的脉冲电路

除风种状态电路的脉冲是靠K1，K2合成外，风速，定时部分均由单脉冲直接提供。

2.7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”“睡眠”三种风种，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，在“睡眠”状态下，电风扇转8s停8s。

3系统实现

3.1系统测试

在实验箱上实现各功能时，相应的LED指示灯会亮，小风扇也会随着不同的功能而有不同的转动状态。

实验测试结果表明该系统能实现以下功能：

1）、用四个按键分别选择“风速”、“风种”、“定时”、“停止”四种操作功能。

2）、用九个发光二极管分别指示“风速”和“风种”的六种状态以及三种定时状态。

3）、电扇在停转状态时，只有按“风速”键才能启动电扇，按其余键无响应。

4）、每按一次按键，都有指示灯亮和指示音响

5）、在电扇开机状态下，可实现“风速”“风种”“定时”三种功能间的任意切换，但不影响电路工作。

6）、按“停机”键，电风扇停止转动，各指示灯灭。

3.2系统最终电路图

经过2周的实验课程，我们最终完美的设计出了家用电风扇控制逻辑电路。

最终设计的电路系统实现了要求的基本功能，并加上了一些扩展功

能。

用四个按键分别选择“风速”、“风速”、“定时”、“停止”四种操作功能。

电气与信息工程系课程设计评分表

项目

评价

优

良

中

及格

差

设计方案的合理性与创造性（10%）

硬件设计或软件编程完成情况（10%）

硬件测试或软件调试结果*（10%）

设计说明书质量（10%）

设计图纸质量（10%）

答辩汇报的条理性和独特见解（10%）

答辩中对所提问题的回答情况（10%）

完成任务情况（10%）

独立工作能力（10%）

出勤情况（10%）

综合评分

指导教师签名：

________________

日期：

________________

注：

表中标*号项目是硬件制作或软件编程类课题必填内容；

此表装订在课程设计说明书的最后一页。

课程设计说明书装订顺序：

封面、任务书、目录、正文、评分表、附件（非16K大小的图纸及程序清单）。