家用电风扇控制逻辑电路.docx

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家用电风扇控制逻辑电路

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：

家用电风扇逻辑设计

学院名称：

南昌航空大学信息工程学院

评分：

教师：

2013年9月26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

家用电风扇控制逻辑电路设计

内容及要求

〖基本要求〗1）实现风速的强、中、弱控制（—个按钮控制，循环）：

2）实现睡眠风、自然风。

正常风三种风态（—个按钮控制，循环）；

3）LED显示状态；

〖提高要求〗1）按键提示音；

2）关机功能（以小时为单位）。

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

目前，电风扇已经成为人们生活中必不可缺少的家用电器，普及面越来越广泛，当然人们对电风扇的性能要求也随之提高改进，尤其是电风扇的智能化和人性化，从而尽量满足绝大多数人的需求。

整个电风扇逻辑控制电路采用模块化设计思想，需分成脉冲触发电路、状态锁存电路、风态控制电路、定时电路等几大部分，用三个开关分别控制风速、风态及定时状态的循环与转换，并用三个二极管作为状态指示灯，其中一个开关控制整个电路。

其中脉冲触发电路用单稳态和组合逻辑电路实现，状态锁存电路、定时电路状态设计核心由D触发器实现，定时控制需要555单稳态电路实现。

经过一系列的分析，思考和精心准备，本设计实现的控制电路能让电风扇在接通电源后按风速控制键是电路工作在“睡眠风”、“弱风”和“正常风”状态，之后通过风速、风态和定时三个按键分别控制电风扇工作状态，并有相应指示灯亮。

本次课设基本完成了电路要求。

关键词：

定时电路、单脉冲、状态控制、循环控制、锁存电路

前言

机械风扇起源于1830年，一个叫詹姆斯.拜伦的美国人从钟表的结构中受到启发，发明了一种可以固定在天花板上，用发条驱动的机械风扇。

这种风扇转动扇叶带来的徐徐凉风使人感到凉爽，但得爬上梯子去上发条，很麻烦。

1872年，一个叫约瑟夫的法国人又研制出一种靠发条涡轮启动，用齿轮链条装置传动的机械风扇，这个风扇比拜伦发明的机械风扇精致多了，使用也方便一些。

1880年，美国人舒乐首次将叶片直接装在电动机上，再接上电源，叶片飞速转动，阵阵凉风扑面而来，这就是世界上第一台电风扇。

设计基本是机械控制，主要控制定时和风速，而今随着科学技术的不断发展，慢慢采用电子控制线路，设计逻辑电路采用数字电子技术。

这是一个硬件设计朝软件设计方向发展趋势，使得控制技术越来越精确和智能化。

在外观和功能上都更追求个性化。

而电脑控制、自然风、睡眠风、负离子功能等这些本属于空调器的功能，并增加了照明、驱蚊等更多的实用功能。

这些外观不拘一格并且功能多样的产品，预示了整个电风扇行业的发展趋势。

在追求个性时尚以及精致化的时代，消费者似乎对娇小可爱的家电产品情有独钟。

这些电风扇的外壳和扇页都以塑料为原料，整体上极其轻巧，电风扇增设了各种新功能，既彰显了个性，又在无形中提高了档次。

如开发较早且比较实用的遥控功能，使操作摆脱了一定的空间限制，再加上液晶屏幕的动态显示，操作起来一目了然。

创新设计的控制电路可以提供更加优质服务，让用户使用更舒心。

我们通过所学理论知识和实践相结合，培养分析问题解决问题的能力。

在这次实践过程中，这实际上算是对我们一次全面性的检查和考验，让我认识到做电子不仅仅只是停留在课本的理论知识，而要学会思考和动手完成该学习任务及要求。

同时我们也可以培养这方面的兴趣和爱好，和同学讨论一下，从而深刻理解电路工作原理等相关知识。

因此，这次家用电风扇逻辑控制电路设计基本完成。

第一章设计方案及系统设计概述

1.1设计方案

总电路分成状态锁存电路、触发脉冲电路、风种控制电路三大部分，有四与非门74LS00、4D触发器74LS175、八选一数据选择器74LS151、四与门74LS08。

通过仿真，发现该方案能实现风速、风态控制基本要求，先按下总开关键，再按“风速”键时，会有一个LED灯亮，用555多谐振荡器做一个秒脉冲电路或者单脉冲发生电路代替开关产生脉冲，再增加定时电路和按键反馈电路即可实现所有功能，原理框图如图2-1所示。

图1-1电风扇控制原理框图

1.2系统组成

本次设计需要设计一个具有自由选择“风速”、“风态”、“定时”和按键反馈功能的家用电风扇控制逻辑电路，利用按键控制单脉冲发生电路或者秒脉冲电路产生脉冲来控制电风扇的工作状态，并由按键反馈电路中发光二极管判断电路是否有效，其余6个二极管表示出风扇的各种状态。

分模块介绍系统电路设计：

1.2.1风速控制功能模块

利用八选一数据选择器74LS175作为“风速”控制器，分别由三个不同电阻值来控制选择强、中、弱三种风速。

由555单稳态定时电路控制风速所需要的工作时间。

按键开关K1控制风速的三种状态，

1.2.2风种控制功能模块

利用八选一数据选择器74LS175作为“风种”控制器，地址输入端A、B、C分别输入由“风种”状态锁存电路中74LS175输出的“正常风”、“自然风”、“睡眠风”三种状态信号。

“自然风”可用555多谐振荡电路产生，再经过二分频后可产生睡眠风。

只要将三种风态输入74LS175相应的数据通道，就可根据输入信号选择出相应风态。

1.2.3555定时功能模块

用555单稳态电路课实现定时关机功能，只需根据不同定时需求设置不同的参数，定时信号再经过定时控制部分电路传送给风速控制电路。

1.2.4按键反馈功能模块

由于用开关做脉冲发生电路时，容易有抖动使得原本独立工作的风速风态控制会相互干扰，两者状态相互影响且不稳定。

用消抖的单脉冲发生电路或者秒脉冲电路就可以克服困难。

当很多信号输入后在短时间内可能不易表现出，或者当一些指示灯损坏后不能看到直观效果，就很难判断是否输入了有用信号，所以就需要一个按键反馈电路，对每一次的按键操作进行提示。

1.3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，由六个发光二极管发光显示所控制的状态。

再由单稳态定时电路控制风速、风种所需要的“开启”时间。

按键开关K1控制风速的三种状态，开关K2控制风种的三种状态，开关K3接74LS175的清零端，控制电路的“停止”状态，工作原理图如1-3所示。

图1-2电风扇工作原理图

第二章电路设计

家用电风扇控制逻辑设计原理电路图有些复杂繁琐，必须将其分为以下几个模块单元进行设计，不仅降低设计难度，而且便于调试，单元电路设计如下：

2.1风速状态锁存电路

风速、风种（Q2Q1Q0）状态图见图1-3所示：

图1-3风速、风种状态图

写出真值表后画出卡诺图，得出次态方程和D触发器实现电路的驱动方程。

2.2风种状态控制电路

自然风是运转4秒停止4秒，可设计一个555多谐振荡产生一个周期近似约8秒的方波，再经过二分频后又可以得到一个周期近似16秒的方波，可实现睡眠风。

在“风种”的三种选择方式中，在“正常”位置时，风扇为连续运行方式，在“自然”和“睡眠”位置时，为间断运行方式。

参考电路中，采用74LS175（8选1数据选择器）作为“风种”方式控制器，由74LS175的三个输出端选中其中的一种方式。

间断工作时，电路中用了一个秒脉冲的时钟信号来作为“自然”方式的间断控制，二分频后再作为“睡眠”方式的控制输入，如图2-4所示波形。

图1-4“风种”三种工作方式波形

由于风态有三个，所以可用一个具有三个地址选择端的八选一数据选择器来实现。

地址端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，低电平有效电容C的充电路径为Ucc→R1→D2→C→地，因而T1=0.7R1C电容C的放电路径为C→D1→R2→放电管V1→地，因而T2=0.7R1C振荡器周期为：

T=T1+T2=0.7（R1+R2）C占空比为：

D=T1/T=R1/（R1+R2）为产生占空比为1/2、周期为1秒的时钟信号，可取C=10uf,取R1=R2=T/（0.7*2*C）≈72KΩ。

图1-5风种控制电路图

2.3单稳态定时电路

单稳态电路的加入是为了使家用电风扇有定时功能，增加家用电风扇的人性化。

而定时时间的长短是由电阻R及电容C决定的。

时间T=1.1RC。

本次设计选择的电阻阻值为50K，电容为100uF。

定时时间为T=1.1*5*1=5.5s。

图1-6定时电路图

2.4按键反馈电路

反馈电路必须在电路工作正常下才起作用,当总开关闭合时状态锁存电路74ls175清零端接高电平时，操作K1、K2、K3它才会有提示。

第四章调试

电路焊接三天完后，就进行功能测试，将PCB板接上电源后，发现不能实现该功能，明显是电路中出现问题，借助万能表和稳压器，经过不断的检查和调试，不厌其烦的咨询同学和老师，慢慢地将电路改进，才勉强完成任务。

在本次测试中，主要出现了以下几个问题：

⑴按键开关K1控制风速的三种状态，当按下开关K3清零键后，再按下“风速”K1键，其中LED灯亮了，再依次按“风速”键K1可循环中、强两种风速之一，lED灯也依次亮了，说明风速那部分正常，风速那模块基本成功。

⑵再按下清零键后，再按下开关K2控制风种的三种状态，依次按“风态”键K2可循环选择正常风、自然风、睡眠风三种风态之一。

但是当下第二次键时，灯不亮了，更不能观察是否是工作4s停顿4s，先检查电路是否焊接错误，然后再用万用表测电流电压是否正常，采用一小部分方法来检查调试。

芯片正常，也许是焊接电路时飞线太多，导线与别的焊点接触时易导致部分电路短路。

我们抓住了问题的实质，既然开关是为了给电路提供秒脉冲信号。

那就将开关直接断开，用函数信号发生器来提供秒脉冲信号。

接下来我们就有针对性的去解决问题了，就是去寻找资料去消抖。

接下来的问题就迎刃而解了。

任何电路的设计都不是只存在一个电路。

它是有各个小模块组成的，因而在电路的设计中就必须注意将电路模块化。

这样才能有针对性的将问题解决。

而只是一味的将电路焊接好来，最终没能检查出问题所在，没能完成家用电风扇逻辑电路设计任务。

第五章总结

本次课题设计对于我们来说是一种极大的挑战，同时也巩固了我们所学的专业知识，是一个理论与实践结合的难得机会。

所以我倍感珍惜这次实践机会，我觉得在本次设计中，我受益匪浅，下面是我对自己的一个总结：

⑴课设准备工作做得不够到位，对电子元件功能作用不够了解，在设计电路，绞尽脑汁也想象不出一个原理图，在网上查了很多资料以及请教老师学长，才开始着手去做。

另一方面也充分体现出自己的专业知识不够扎实，课后应该多去补该方面的知识。

⑵心态不够好，只想着一次就能成功，对于复杂电路，更应该保持良好的心态，有耐心的去对待，遇到问题时不能老是埋怨，埋怨自己什么都不懂，给自己太大的压力，我们应该冷静思考，处理好我们自己的情绪。

⑶之前调试的机会甚少，对于调试这个大问题，我们手足无措，不知如何下手，然后一个一个模块的检查，看是否有没有漏焊或者接错的电路；再一方面，自己的焊接技术也不是很好，在PCB板呈现的不够整洁完美，特别是跳了太多的飞线，导致接通电源后，调试屡次不成功。

电路错综复杂对于我们刚入门的学生，因此我们应该多练习焊接，这样就不会因电路焊接错误等问题造成短路或者芯片烧坏等现象。

⑷对于Protel99se软件不熟练，转载软件时花了大半天，许多元器件封装加载不了，十分郁闷。

原理图，PCB布局图自然也花了一大把的时间，可谓是身心疲惫。

⑸在平常学习生活中，大多是理论部分学习，真正自己动手设计的机会相当少，深刻体会到学电子专业的人脑子不能太死板，要灵活运用，必须得提高设计能力和分析、解决问题能力。

在这次实践中，遇到很多问题，有沮丧烦躁的时候，想要中途放弃，也发现自己身上很多不足及弱点，吸取经验，继续努力，加上队友和同学的一臂之力，最终我们完成课设任务，我想，这才是这次课程设计的最大收获。

为了更多同学积极参与实践，我希望学校能够提供更多的资源和设备，多给学生开设有关专业技术的指导课，以增强专业能力，对于以后在工作上也会有极大的帮助。

参考文献

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[2].陈有卿.555时基电路原理、设计与应用[M].电子工业出版社.2007

[3].谢自美.电子线路设计实验测试[M].华中科技大学出版社.2000

[4].王毓银.数字电路逻辑设计[M].高等教育出版社.2005

[5].郁汉琪.数字电子技术实验及课题设计[M].北京：

高等教育出版社，1995

[6].康华光.电子技术基础数字部分[M].北京：

高等教育出版社，2006

[7].彭介华.电子技术课程设计指导[M].北京：

高等出版社，2005

附录一总电路图

1-7家用电风扇逻辑控制电路图

附录二PCB绘制图

1-8PCB绘制图