定时排气扇.docx

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定时排气扇

课程设计说明书

课程设计名称：

数字电路课程设计

课程设计题目：

定时排气扇

学院名称：

南昌航空大学信息工程学院

评分：

教师：

2013年10月10日

数字电路课程设计任务书

2013－2014学年第1学期　第2周－4周

题目

定时排气扇

内容及要求

实现总定时时间8小时（可以调节，用发光二极管显示），占空比可调的间歇排气。

进度安排

2013.9.9-2013.9.15：

查阅资料，方案分析与设计，电路仿真；

2013.9.16-2013.9.22：

完成系统的制作、焊接、调试；

2013.9.23-2013.9.27：

画PCB线路板图，完成报告。

学生姓名：

指导时间：

周一、周二、周五

指导地点：

实验大楼南310、E610

任务下达

2013年9月9日

任务完成

2013年9月27日

考核方式

1.评阅

　2.答辩□3.实际操作

　4.其它□

指导教师

系（部）主任

注：

1、此表一组一表二份，课程设计小组组长一份；任课教师授课时自带一份备查。

2、课程设计结束后与“课程设计小结”、“学生成绩单”一并交院教务存档

摘要

定时排气扇是对家庭居室进行定时排气，它既可对室内空气进行定时清洁净化，又省去人工控制的一个装置。

本次课程设计采用一个定时器和一个计数器来实现功能,555构成的可调占空比电路的定时器,利用其高低电平来控制排气扇的工作.CD4017的计数电路则用于在排气时轮数的计算并在工作8小时后切断电源（由于时间限制本次工作时间为80秒）。

本电路功能能应用于大多数此类型的产品，制作较为简单，成本低廉，操作简易，非常具有价值。

关键字：

定时自动排气

目录

第一章设计内容及要求2

1、电路组成框图2

第二章系统的组成3

1、单元电路组成3

第三章实验、调试及测试结果与分析10

调试一：

555部分10

调试二：

计数器部分10

调试三：

其他部分10

第四章收获与体会11

参考文献12

附录：

PCB板图13

前言

如今电子产品在人们的生活中已成为不可或缺一部分。

室内长期不通风，会使室内污染指数大幅度升高，对人体有很大影响。

空气污浊对人的身体危害极大，但若是一直开着排气扇，不能节约电能，也是不合理的。

因此，应做到定时排气，并自动切断电源。

做为电子系的大学生不仅要学习理论，更要将理论所学运用到实际。

动定时排气扇，可用来对家庭居室的排气扇进行定时循环控制，它既可对室内空气进行定时清洁净化，又省去人工控制。

只要按照实际需要设定好排气时间和间歇时间，排气扇就会按照设定好的程序和时间，自动循环地工作下去。

同时该控制器还可根据设定好的定时程序和时间，自动切断工作电源，这样既能实现控制目的，又不浪费电能。

此控制器不仅可以用在排气扇上,只要实现类似功能的电路都可使用.且成本低廉,制作简单,操作方便，非常具有实用价值！

第一章设计内容及要求

1、设计内容：

定时排气扇

2、设计要求：

实现占空比可调的间歇排气，一次排气实现8个循环，每个循环的时间是10秒，排气时间可调，一次总体排气时间80秒，之后自动断开。

3、电路组成框图

表1.3

555多谐振荡器构成占空比可调电路，实现电路排气与不排气的循环

CD4017构成计数器做到电路的定时断开

排气扇工作电路

4、方案：

本方案除了工作电源外由两部分组成，一部分是对排气扇进行自动开停控制的自动循环控制器，另一部分是对开停次数进行计数的电子计数器。

定时循环开停时间控制器由555时基集成电路组成，在电路中，555时基集成电路被连接成脉冲占空比可调的超低频多谐振荡器。

第二章系统的组成

1、单元电路组成

555时基集成电路能够实现电路振荡的主要原理是，由电源通过接在电路的7、6、2脚间的电阻器对接至地端的电容器的充、放电过程，与3个引脚各自功能相配合来完成的。

在前面已介绍过的振荡电路中，电容器的充电是通过两个电阻与电容的接地端形成回路的；而电容器的放电则是电容的正极通过电阻到7脚完成的。

只要将电路中两电阻与电容的数值设定好，则振荡电路的振荡频率和脉冲占空比就是固定不可变的。

图2.1

根据电路要求，由于在电路中加人了二极管和可调电位器，情况就改变了。

在这个振荡电路中虽然它的振荡频率是不可变的，但其脉冲的占空比是可以通过电位器进行调节而改变的。

这是由于加人了二极管后，电容器的充、放电回路与前不同了。

其中充电回路变为由电源通过上端电阻和电位器的上半段、二极管到电容器。

而电容器的放电回路则由电容的正极通过上端二极管,下段电阻和电位器的下半段到7脚。

电路中的电容器为固定不变的，但它的充、放电电阻值是可以通过调节电位器的位置来改变的。

由于振荡脉冲的占幸比是由电容器充、放电时间的差异形成的，当电位器的动臂移向下方时，使充电电阻的阻值增大，同时使放电电阻器一的阻值减小同一数值。

其结果是电容器充电的时间延长；而放电时间缩短，振荡脉冲的占空比变大了。

反之，当电位器的动臂向上调节时，电容器的充电时间缩短；而放电时间被延，长，振荡脉冲的占空比变小。

在本电路中，在接通电源之初，由于电容器刚开始充电，其上端的电压小于VP/3，555芯片的3脚输出高电平。

这时排气的LED发光指示，继电器线圈不通电，所以开关保持静态。

但这一高电平在形成之初便通过电位器向CD4017的CP端输人一个计数脉冲，使CD4017的输出端前移一位。

随后电容器进人充电状态，而输出端3则保持高电平。

直到C1充电使其正端电压达到2VDD/3时，电路翻转，输出端3变为低电平。

这时继电器通电吸合，将排气扇的工作电源接通，排气扇开始运转。

工作状态LED发光指示。

随后电容器立即转人放电过程，经过一段时间，当电容器正端电压下降到Vm/3时，电路翻转，输出端3又恢复高电平，继电器断电释放，排气扇停止运转，电路进入下一个循环期。

虽然上端电阻的电阻值远大于下端电阻的的电阻值，但因电位器为共用元件，当电位器的动臂旋至下端电阻一端时，上部分的电阻值远大于下部分的电阻值。

这时电容器的充电时间远大于放电时间，输出脉冲的占空比最大，排气扇的运转时间小于停歇时间。

当电位器的动臂旋至上端时，上端电阻的电阻值又小于下部分的电阻值。

这时电容器电容器的充电时间略小于放电时间，输出脉冲的占空比为最小。

排气扇的运转时间大于停歇时间。

图2.2

工作电源控制器由CD4017和继电器K1组成，它通过对排气扇运转周期的计数，确定和控制排气扇的工作次数。

当到达预定的工作次数后，通过继电器K1切断排气扇并包括整个控制电路的工作电源。

该电路由CD4017、两个继电器组成。

CD4017为十进制计数器，电路中用它的输出端Q0一Q7来控制继电器KI的吸合与断开。

当Q0一Q7中只要有一个输出高电平，继电器K1就不会断开。

当电路被接通电源后，Q0就输出高电平使VT导通，继电器K1吸合。

在随后的工作过程中，虽然输出端会由Q0,Q1、Q2.…、Q7变化，但VT的导通状态不会变化，直到Q8输出高电平使计数器复位。

图2.3

4017的计数脉冲取自ICI的输出，每当ICI输出一个脉冲周期，IC2便计数一次，其输出端即前移一位。

如果未加预置，则当排气扇运转七个周期后就会被切断工作电源而停止工作。

SB2为预置按钮，每按动一次按钮便向IC2输人一个计数脉冲，输出端即前移一位，余下的工作周期就会减少一次。

所谓预置便是通过预置减少排气扇的工作循环次数。

图2.4

该电路在使用时，首先按下起动按钮SB1接通控制电路的工作电源，这时IC2的伪输出高电平使VT导通，继电器K1通电吸合后通过K1将电源开关自锁，使电路进人工作状态并一直保持。

本电路中IC1输出脉冲的周期为1h，可通过RP的调节改变脉冲的占空比，从而改变排气扇的开停时间。

2、系统电路图

图2.5

3、参数计算：

T（总）=ln2（R1+2*R2）C，由于有变位器,所以T有范围为0.69*190*47/1000000=7

4、器件选择：

5551个

CD40171个

发光二极管10个（红色：

8个绿色：

1个黄色：

1个）

二极管1N40014个

三极管3DG121个

电容

电解电容

47uF1个

无极性电容

0.1uF2个

0.01uF1个

电阻

60k1个

30k1个

1k3个

10k1个

滑动变阻器100k1个

电磁继电器开关2个

第三章实验、调试及测试结果与分析

吸取了以前只做电子产品时的经验，在焊接时，每焊接一个元器件都用万用表测试是否虚焊，在检查确认整个电路焊接完整，没有漏焊后，接通电源，进行调试。

：

调试一：

555部分

万用表检查电路各部分是否虚焊，经检查无虚焊部分，通电检查电路板工作状态，开始时的电压选为12V，现象应该为：

排气扇不工作时红灯亮，而工作时绿灯亮。

在接通电源后，却发现两盏灯都有亮，并且只有第一个LED灯常亮，这和应得到的现象相违背。

于是用万用表检查电路时哪里出现了问题。

反复检查电路，结果发现，焊接的地方有的接地端没有连上，555芯片的3管脚焊接错误，经修正，得到正确的效果。

调试二：

计数器部分

通电后，发现八个计数LED灯只有第一个LED灯常亮。

经检查，第二个红色LED灯由于受高温过久已经烧坏，而且继电器由于电压不够没有达到预期作用，经过对PCB板的改正，终于达到了预期的效果。

调试三：

其他部分

检查电路是否连接正确，电路是否虚焊，各个电器元件是否正常，经检查，各部分正常。

第四章收获与体会

本次课程设计的课题为定时排气扇，既然要求只是定时和间歇功能，脑海里第一个想到的就是555电路。

基于课题要求的定时时间长短，通过公式计算确立了电路图中的参数，并借助proteus仿真软件进行理论测验，基本得到初步效果刚开始所设计的电路图仿真结果可以得出效果。

此定时排气扇的功能可应用于多款相同类似的电子产品，且成本较为低廉，操作较为简便，非常具有价值。

主要的不足之处：

排气的时间不应控制。

主要是由于器件的参数不不能做到足够的精确，解决办法可以用电位器代替电阻，来提示到相应需要的数值。

焊接时要确保焊接质量,不然产品很容易出问题。

虚焊、漏焊都会使得产品无法正常工作，再进行检修将花费大量时间。

此次课设是两人一组完成的，那就必须有良好的合作精神。

因为已经搭档过很多次，与同组人已有很好的默契，制作产品过程还是比较顺利的。

在遇到问题时更加需要合作，因为两个人的是视角不一样的，检查到的方面更加广。

参考文献

1.《中国集成电路大全》编写委员会，中国集成电路大全TTL集成电路，北京国防工业出版社，1985

2.孙人杰.《电路数据手册TTL电路》电子工业出版社，1989

3.王毓银.《数字电路逻辑设计》（第三版）.北京：

高等教育出版社，1999

4.杨志忠.《数字电子技术》（第二版）.北京：

高等教育出版社，2000

5.胡宴如.《高频电子线路》（第三版）.北京：

高等教育出版社，2005

6.邓云祥.孟劲松.苏燕辰.《数字电路的设计》中国测试技术，2005年03期

7.鲁欣,赵亦工,徐秀红.《数字电路设计方案的比较与选择》.北京：

信息产业部电子第六研究所，2002

附录：

PCB板图