家用电风扇课程设计.docx
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家用电风扇课程设计
成绩
课程设计说明书
题目：
家用电风扇控制逻辑电路设计课程名称：
数字电子技术
学院：
电子信息与电气工程学院
学生姓名：
学号：
201102010063
专业班级：
自动化2011级2班指导教师：
张天鹏
2013年6月7日
课程设计任务书
设计题目
家用电风扇控制逻辑电路设计
学生姓名
电子信息与电气工自动化孙文明所在学院专业、年级、班
程学院2011级2班
设计要求：
1.设计制作一个家用电风扇控制逻辑电路；
2.用一个按键实现风速强、中、弱的循环控制；
3.用LED灯显示风速的状态。
学生应完成的任务：
设计一个家用电风扇控制逻辑电路，并利用Multisim软件进行电路仿真，利用AltiumDesigner软件绘制电路原理图，并设计制作电路的PCB板。
根据设计原理对电路进行安装调试。
完成课程设计工作，并提交课程设计报告。
参考文献：
[1]童诗白.模拟电子技术基础[M].北京：
高等教育出版社，2005.
[2]秦长海，张天鹏，翟亚芳.数字电子技术[M].北京：
北京大学出版社，2012.
[3]邱关源，罗先觉.电路（第五版）[M].北京：
高等教育出版社，2006.
[4]阎石.数字电子技术（第五版）[M].北京：
高等教育出版社，2005.
工作计划：
5月27日—29日完成原理图的设计；5月29日—31日进行PCB设计；6月3日号—4日制作PCB板；6月5日—7日电路板安装与调试，提交课程设计报告。
任务下达日期：
2013年5月27日
任务完成日期：
2013年6月7日
指导教师（签名）：
学生（签名）：
家用电风扇控制逻辑电路设计
摘要：
设计了家用电风扇时序控制逻辑电路，此电路有用一个按键循环控制风速的强中弱，并用发光二极管显示状态的功能。
此电路由脉冲发生，状态锁存，信号选择输出三部分组成。
实验过程中，为了提高电路的稳定性以及提高按键单次脉冲的稳定度，首先先将按键经过了RS触发器的消抖处理，再用74LS175实现了状态的锁存。
经过74LS138译码器处理，相应状态对应相应发光二极管的状态。
关键词：
电风扇；按键；循环控制
1.设计背景⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1
2.设计方案⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1
2.1基本功能需求分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1
2.2系统设计论述⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1
3.方案实施⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2
3.1工作原理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2
3.2风速状态锁存电路的设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2
3.3消抖电路⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4
3.4脉冲触发电路⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5
4.结果与结论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6
5.收获与感谢⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7
6.参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯8
7.附件⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯8
7.1元器件清单⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯8
7.2电路原理图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯9
7.3PCB布线图⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯9
1.设计背景
实践证明，只有科技发展才能使一个国家变得强大，才能让国家在国防事业中发挥重要的作用。
身为当代大学生，为了迎接世界潮流的趋势，我们必须以小见大。
将理论与实践联系起来。
此次的实验就是我们锻炼能力的非常重要的一个环节。
家用电器已经变得极为普遍，成了人们生活中不可或缺的生活用品。
而在现代，人们对家用电器的要求也随着社会的发展越来越高。
人们希望家用电器能够实现智能化及人性化。
而作为人们生活中最为普遍的家用电器，家用电风扇的智能化及人性化的设计就显得更为重要。
家用电风扇控制逻辑电路设计就是针对这一问题而研究设计的。
这次我们设计的电风扇是由一个按键循环控制电风扇风速的强弱。
又因为其简单、易做、易设计，对设计材料无特别要求的特点。
使得家用电风扇控制逻辑电路设计这一课题广泛运用于电子课件中。
2.设计方案
2.1基本功能需求分析课程要求家用电风扇控制逻辑电路可实现用一个按键实现风速强、中、弱的循环控制并用LED灯显示风速的状态。
本设计从电路硬件出发，用数字逻辑电路来完成。
主要原件用到了74LS00、74LS175、74LS138。
最终可实现一个按键控制电风扇风速强弱的基本功能控制电路。
2.2系统设计论述
1、状态锁存电路
“风速”状态锁存电路用4D触发器74LS175构成，三只D触发器的输出端分别与三个状态指示灯相连。
2、消抖电路消抖电路的加入是为了使单次脉冲更加的稳定。
当拨动开关时，产生了连续跳动的脉冲，此时只有通过RS触发器的消抖处理，才能将这种有跳动的脉冲信号变成稳定的单脉冲信号。
3、脉冲触发电路
按键K1按下后形成的单次脉冲信号作为“风速”状态锁存电路的出发信号
3.方案实施
3.1工作原理
电路由触发脉冲电路产生单次脉冲，通过状态锁存电路处理，由三个发光二极管发光显示所控制的状态，再由点稳态电路控制风速。
按键K1控制风速的三种状态。
工作原理如图1所示。
图1
1、电扇处于停转状态时，所有指示灯不亮。
此时只有接通电源，打开按键，风能转动，其初始工作状态为“风速”处于“弱”档，且相应的指示灯亮。
2、电扇一经启动后，按动按键可循环选择低速、中速、高速三种状态的某一状态。
相应的指示灯亮。
3、断开电源，电风扇停止工作。
三个发光二极管均灭。
3.2风速状态锁存电路的设计“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所示。
风速状态转换图图2
2、由状态转换图可得风速的转换状态真值表。
风速转换状态真值表
功能
Q3n
n
Q2n
n
Q1n
n+1
Q3n+1
n+1
Q2n+1
n+1
Q1n+1
停止→弱
0
0
0
0
0
1
弱→中
0
0
1
0
1
0
中→强
0
1
0
1
0
0
未用
0
1
1
×
×
×
强→弱
1
0
0
0
0
1
未用
1
0
1
×
×
×
未用
1
1
0
×
×
×
未用
1
1
1
×
×
×
3、根据上表可得到Qn+1的次态卡诺图如下图所示
Q1n+1Q2n+1
Q3
00
01
11
10
×××
100
×××
001
010
×××
×××
×××
Q1n+1Q2n+1Q3n+1的卡诺图
Q1n+1的卡诺图
Q2n+1的卡诺图
Q3n+1的卡诺图
由真值表求出Qn+1表达式如下
n+1
Q3
Q2n+1
=Q2
Q1
=（Q1n）（Q2n）
4、驱动方程
若选用D触发器来实现电路，则其驱动方程见下式。
D1n+1=（Q1n）（Q2n）=（（Q1Q2））
D2n+1=Q1n
D3n+1=Q2n
5、用D触发器实现风速状态锁存器的电路如图3所示
3.3消抖电路
消抖电路的加入是为了能够产生稳定的单次脉冲信号。
由拨动开关再经过
74LS00芯片之后就组成了消抖电路。
其中的消抖方式是利用了RS触发器。
基本RS触发器的原理图图4
基本RS触发器的波形图5
消抖电路的电路图图6
3.4脉冲触发电路
利用D触发器组成的状态锁存电路的输出信号状态的变化必须有脉冲信号对其进行触发。
因此采用按键循环开关产生脉冲信号，并通过与非门电路达到所要求的结果、与非门芯片为74LS00。
电路图如下图7。
脉冲触发器电路图
图7
特定脉冲状态控制LED灯状态图8
4.结果与结论
在确定了电路、领好元器件之后，首先焊接的是风速控制电路部分，在焊接完这部分电路之后，并排除了焊接上的一些问题后，电路基本上能够正常工作。
但检查完一些焊接的小问题后，发现电路虽然可以工作。
但是并没有得到预期的效果。
按下控制风速风种的开关时，灯虽然能亮，但是并不能按照规律进行变化。
首先对照电路进行了检查，并将所有的焊点进行了重焊。
在排除了电路和焊接问题后。
对原理进行了分析，最后得到的答案是：
按键的按下是为了给电路提供秒脉冲信号。
既然如此，可以用函数信号发生器将其代替，从而验证了电路的正确性。
而且在加入了秒脉冲之后，电路能够正常工作。
从而确定了原理的正确性。
问题是：
开关存在抖动，从而使电路无法按规律正常工作。
解决问题的方法是：
对电路进行消抖。
在确定了问题之后，我们马上查找资料并上网查找有那些方法可以将电路的抖动消去。
最后选择了使用74LS00来对电路进行消抖。
这样，家用电风扇控制逻辑电路设计的基本要求已经实现。
按下按键时，发光二极管能够循环点亮。
风速由弱到中再到强。
由此可见，完成了基本要求及提高要求。
但是唯一不足的地方是：
焊接的不够好看。
布局也不够好。
这些都是因为开始考虑不够清楚所致，也是因为缺乏经验所致。
但总的说来，本次课设比较完美的完成了。
5.收获与致谢
这是一次比较系统的电路设计，是一次将理论与实践相结合的实践。
其中包括了电路的设计，资料的查找，分析问题解决问题的能力，甚至还是对焊接技术及审美观念的一个考验。
通过这次考验，我懂得了很多，如果不能以一种认真的态度去面对这次实践，而只是简简单单的在书本之中寻找到一个电路图，并将其简单的焊接起来的话，那就失去了本次电子设计课程的意义了。
本次设计中给我最深的理解与认识就是，在遇到问题时我们要做的是去分析问题解决问题，而不是气愤，埋怨虽然最终比较好的将电路完成了，但是我们还是发现存在着一些问题。
比如我们的动手能力不够强，因此在这方面必须要加强锻炼。
必须培养分析问题和解决问题的能力，在电路设计中必须有替代的思想。
在今后的学习中必须注意将理论与实践相结合，再好的理论，都必须由实践去证明。
如果理论是鲜花，实践是绿叶。
我选择两者。
在这两周实验的时间里，张天鹏以及其他老师不厌其烦的指导是必不可少的，缺少了老师们的指导我们很难将实验做到这样的地步。
所以在此，我只能对老师们表示衷心的感谢。
从他们的背后我读懂了：
知识不是平白无故的飞来的，想要获得知识，只有踏踏实实认认真真的学习！
6.参考文献
[1]童诗白.模拟电子技术基础[M].北京：
高等教育出版社，2005.
[2]秦长海，张天鹏，翟亚芳.数字电子技术[M].北京：
北京大学出版社，2012.
[3]邱关源，罗先觉.电路（第五版）[M].北京：
高等教育出版社，2006.
[4]阎石.数字电子技术（第五版）[M].北京：
高等教育出版社，2005.
7.附件
7.1元器件清单
类型
芯片
74LS004个
74LS1381个
74LS1751个
电阻
1000Ω2个
300Ω1个
二极管
3个
开关
1个
7.3PCB布线图
PCB布线图图10
指导教师评语：
课程设计报告成绩：
，占总成绩比例：
40％
课程设计其它环节成绩：
环节名称：
原理设计
，成绩：
，占总成绩比例：
20％
环节名称：
PCB设计
，成绩：
，占总成绩比例：
20％
环节名称：
安装调试
，成绩：
，占总成绩比例：
20％
总成绩：
指导教师签字：
年月日本次课程设计负责人意见：
负责人签字：
年月日
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