1)數(shù)字電子電路課程設(shè)計家用電風(fēng)扇控制邏輯電路正文

1、.1 綜述目前的臺式電風(fēng)扇和落地式電扇都是采用機械控制，主要控制風(fēng)速和風(fēng)向。然而隨著電子技術(shù)的發(fā)展，目前的家用電扇大多采用電子控制電路取代了原來的機械控制器，使電風(fēng)扇的功能更強，操作也更為簡便，更趨于智能化，讓人們體會到科學(xué)技術(shù)的發(fā)展給生活帶來的方便。隨著科技及經(jīng)濟的不斷發(fā)展，電子技術(shù)將應(yīng)用到各個領(lǐng)域，為社會做出更大的貢獻，給人們的生活帶來更多的方便之處。2 電路設(shè)計框圖及功能描述 目前，人們家庭所有的電風(fēng)扇正越來越多地采用電子控制線路來取代原來的機械控制器，這使得電扇的功能更強，操作也更為簡便。圖2.1為電扇操作面板示意圖。 強 中 弱 k1 l1 l2 l3 睡眠 自然 正常 l4 l5

2、l6 k2 k3 停止風(fēng)種風(fēng)速 圖 2-1 操作面板示意圖 在面板上有六個指示燈指示電扇的狀態(tài)。三個按鍵分別為選擇不同的操作風(fēng)速、風(fēng)種、停止。其操作方式和狀態(tài)指示如下：（1）電扇處于停轉(zhuǎn)狀態(tài)時，所有指示燈不亮。此時只有按“風(fēng)速”鍵電扇才會響應(yīng)，其初始工作狀態(tài)為“風(fēng)速”弱，“風(fēng)種”正常位置，且相應(yīng)的指示燈亮。（2）電扇一經(jīng)啟動后，再按動“風(fēng)速”鍵可循環(huán)選擇弱、中或強三種狀態(tài)中的一種狀態(tài)；同時，按動“風(fēng)種”鍵可循環(huán)選擇正常、自然或睡眠三種狀態(tài)的某一種狀態(tài)。（3）在電扇任意工作狀態(tài)下，按“停止”鍵電扇停止工作，所有指示燈熄滅。 “風(fēng)速”的弱、中、強對應(yīng)電扇的轉(zhuǎn)動由慢到快。 “風(fēng)種”在正常位置是指電扇

3、連續(xù)運轉(zhuǎn)；在“自然”位置，是表示電扇模擬產(chǎn)生自然風(fēng)，即運轉(zhuǎn)4秒，間斷4秒的方式；在“睡眠”位置，是產(chǎn)生輕柔的微風(fēng)，電扇運轉(zhuǎn)8秒，間斷8秒的 方式。電扇操作狀態(tài)的所有變換過程如圖2.2所示。“風(fēng)速”弱睡眠停止正常自然強中“風(fēng)速”“風(fēng)速”“風(fēng)速”“風(fēng)速”“停止”“停止”“停止”“風(fēng)種”“風(fēng)種”“風(fēng)種”“停止”“停止” 圖2-2 電扇操作狀態(tài)變換過程3 電路原理設(shè)計3.1 狀態(tài)鎖存器“風(fēng)速”、“風(fēng)種”這兩種操作各有三種工作狀態(tài)和一種停止狀態(tài)需要保存和指示，因而對于每種操作都可以采用三個觸發(fā)器來鎖存狀態(tài)，觸發(fā)器輸出1表示工作狀態(tài)有效，0表示無效，當三個輸出為全0則表示停止狀態(tài)。為了簡化設(shè)計，可以考慮采

4、用帶有直接清零端的觸發(fā)器，這樣將停止鍵與清零端相連就可以實現(xiàn)停止的功能，簡化后的狀態(tài)轉(zhuǎn)化圖如圖1.3所示。圖中橫線下數(shù)字為q2、q1、q0的輸出信號。根據(jù)圖4.1狀態(tài)轉(zhuǎn)化圖，利用卡諾圖化簡后，可得到q0、q1、q2的輸出信號邏輯表達式（它們可適用于“風(fēng)速”及“風(fēng)種”電路）： 觸發(fā)器可選用4d上升沿觸發(fā)器74ls175構(gòu)成。風(fēng)速q2q1q0停止000強100弱001中010（a）風(fēng)速風(fēng)種q2q1q0停止000睡眠100正常001自然010（b）風(fēng)種圖3-1 電扇簡化操作狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖3.2 觸發(fā)脈沖的形成根據(jù)前面的邏輯表達式，我們可以利用d觸發(fā)器建立起“風(fēng)速”及“風(fēng)種”鎖存狀態(tài)電路，但這兩部分電路的

5、輸出信號狀態(tài)的變化還有賴于各自的觸發(fā)脈沖。在“風(fēng)速”部分的電路中，可以利用“風(fēng)速”按鍵（k1）所產(chǎn)生的脈沖信號作為d觸發(fā)器的觸發(fā)脈沖。而“風(fēng)種”部分電路的觸發(fā)脈沖cp則是由“風(fēng)速”（k1）、“風(fēng)種”（k2）按鍵的信號和電扇工作狀態(tài)信號（設(shè)st為電扇工作狀態(tài)，st=0停，st=1運轉(zhuǎn)）三者組合而成的。當電扇處于停止狀態(tài)（st=0）時，按k2鍵無效，cp信號將保持低電平；只有按k1鍵后，cp信號才會變成高電平，電扇也 同時進入運轉(zhuǎn)狀態(tài)（st=1）。進入運轉(zhuǎn)狀態(tài)后，cp信號不再受k1鍵的控制，而是由k2鍵所控制。由此，我們可列出如表4.2所示的cp信號狀態(tài)表，并可得到其輸出邏輯表達式：（式中k1為風(fēng)

6、速鍵的狀態(tài)，k2為風(fēng)種鍵的狀態(tài)）由于st信號可由“風(fēng)速”電路輸出的三個信號組合而成。因而從表4.3所式的st信號狀態(tài)表可得 當st=0時，表示電扇停轉(zhuǎn)。 當st=1時，表示電扇運轉(zhuǎn)。 最終，可以得到cp的邏輯表達式 表3-1 cp信號狀態(tài)表k2k1stcp00000010010101101000101111011111表3-2 st信號狀態(tài)表強(q2)中(q1)弱(q0)st000000110101011110011011110111113.3 電機轉(zhuǎn)速控制端由于電扇電機的轉(zhuǎn)速通常是通過電壓來控制的而我們要求有弱、中、強三種轉(zhuǎn)速，因而在電路中需要考慮三個控制輸出端（弱、中、強），以控制外部強電

7、線路（如可控硅觸發(fā)電路）。這三個輸出端與指示電扇轉(zhuǎn)速狀態(tài)的三個端子不同，還需要考慮“風(fēng)種”的不同選擇方式。如果用1表示某擋速度的選通，用0表示某擋速度的關(guān)斷，那么“風(fēng)種”信號的輸入就使得某擋電機速度被連續(xù)或間斷地選中，例如風(fēng)種選擇“自然”風(fēng)，風(fēng)速選擇“中”時，電機將運行在中速并開“4秒”?！?秒”，反映到面板上為l2和l5燈亮。表現(xiàn)在轉(zhuǎn)速控制端“中”上就是出現(xiàn)連續(xù)的1狀態(tài)或間斷的1和0狀態(tài)。4 電路原理圖及說明（1）根據(jù)題目的具體要求，要求電扇邏輯控制電路參考圖如圖5.1所示。圖4-1 家用電風(fēng)扇控制邏輯電路圖（2）參考電路如圖5.1可以從以下幾個部分予以說明：a. 狀態(tài)鎖存器電路“風(fēng)速”、“

8、風(fēng)種”兩種狀態(tài)鎖存器電路均采用二片4d觸發(fā)器74ls175構(gòu)成，每片三只d觸發(fā)器的輸出端分別與三個狀態(tài)指示燈相連。每片74ls175的清零端（r）均與停止鍵（k3）b. 觸發(fā)脈沖電路鍵k1按動后形成的觸發(fā)信號作為“風(fēng)速”狀態(tài)鎖存電路的觸發(fā)信號。鍵k1、k2及部分門電路74ls00、74ls08構(gòu)成了“風(fēng)種”狀態(tài)電路觸發(fā)信號cp。電扇停轉(zhuǎn)時，st0，k10，故圖中與非門u2輸出為高電平，u3輸出也為高電平，因而u4輸出的cp信號為低電平。當按下k1鍵后，k1輸出高電平，u2輸出低電平，故cp變?yōu)楦唠娖?，并使d觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，“風(fēng)種”功能處于“正?！睜顟B(tài)。同時，由于k1鍵輸出的上升沿信號，也使“風(fēng)速”

9、電路的觸發(fā)器輸出處于“弱”狀態(tài)，電扇開始運轉(zhuǎn)，st1。電扇運轉(zhuǎn)后，u2輸出始終為高電平，這樣cp信號與k2的狀態(tài)相同。每次按下k2并釋放后，cp信號上就會產(chǎn)生一個上升沿使 “風(fēng)種”狀態(tài)發(fā)生變化。在工作過程中，cp的波形圖如圖6.1所示。圖4-2 cp的波形圖在參考電路5.1中，k1平時為低電平，而k2平時為低電平，在實驗時，可選用實驗箱中的單次脈沖開關(guān)表示k1、k2。（3）“風(fēng)種”三種方式的控制電路 在“風(fēng)種”的三種選擇方式中，在“正常”位置時，風(fēng)扇為連續(xù)運行方式，在“自然”和“睡眠”位置時，為間斷運行方式。參考電路中，采用74ls151（8選1數(shù)據(jù)選擇器）作為“風(fēng)種”方式控制器，由74ls1

10、75的三個輸出端選中其中的一種方式。間斷工作時，電路中用了一個8秒計時周期的時鐘信號作為“自然”方式的間斷控制，二分頻后再作為“睡眠”方式的控制輸入，如圖6.2所示波形。圖4-3 “風(fēng)種”三種工作方式波形5 課程設(shè)計體會：通過此次課程設(shè)計讓我能夠親身參予電子產(chǎn)品的設(shè)計，使我更加深深地體會到：現(xiàn)代的社會是信息的社會，很多與人們生活緊密相關(guān)的產(chǎn)品都是電子產(chǎn)品，電子產(chǎn)品在人們的生活中逐漸發(fā)揮其重要作用。作為一名電氣專業(yè)的大二大學(xué)生，我認識到我不僅要學(xué)好課本上的知識，還要學(xué)會將所學(xué)到的知識聯(lián)系并應(yīng)用到現(xiàn)實生活中，做到理論聯(lián)系實際。在設(shè)計過程中，讓我對所學(xué)知識有了全面的深入的了解，并通過與實際的聯(lián)系，讓我對本專業(yè)產(chǎn)生了更加濃厚的興趣，我相信以后我會把它學(xué)得更好。通過本次課程設(shè)計，我學(xué)到了很多東西，并對我以后所要做的畢業(yè)設(shè)計有了一個初步的了解。做好一個課程設(shè)計或畢業(yè)設(shè)計不僅要具備扎實的書本知識并會善于應(yīng)用，還要學(xué)會查閱資料，對以前學(xué)過的知識不清楚的地方還要進行鞏固復(fù)習(xí)，實在弄不明白的地方要向老師或同學(xué)請教，這樣才可能做出一個比較好的課程設(shè)計。通過此次設(shè)計過程，使我學(xué)會了一些作為一個電氣專業(yè)的學(xué)生所應(yīng)學(xué)會的軟件，如visio。我要感謝我的指導(dǎo)老師，非常感謝老師