課程設計-定時排氣扇設計

1、前電子課程設計是電子技術學習中非常重要的一個環(huán)節(jié)，是將理論知識和實踐 能力相統(tǒng)一的一個環(huán)節(jié)，是真正鍛煉學生能力的一個環(huán)節(jié)。很多電路要使用555來產(chǎn)生一個脈沖，555定吋器是-種模擬和數(shù)字功能 相結合的中規(guī)模集成器件，在電路應用中主要用來做定時器，可構成施密特觸發(fā) 器、多諧振蕩器和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。本次課設的耍求就是利用555和一些輔助器件 來完成簡易的定時排氣扇。在許多領域中計時器均得到普遍應用，諸如在體育比賽，定時報警器、游 戲中的倒時器，交通信號燈、紅綠燈、行人燈、交通纖毫控制機、還可以用來做 為各種藥丸，藥片，膠囊在指定時間提醒用藥等等，由此可見計時器在現(xiàn)代社會 是何其重要的。木次設計就用到

2、了計時器功能。室內長期不通風對人的身體有害，但若是一直開著排氣扇，不能節(jié)約電能, 也是不合理的。因此，應做到定式排氣，并自動切斷電源。做為電子系的大學生 不僅要學習理論，更要將理論所學運用到實際。自動定時循環(huán)排氣扇控制器，可用來對家庭居室的排氣扇進行定時循環(huán)控 制，它既可對室內空氣進行定時清潔凈化，乂省去人工控制。只要按照實際需要 設定好排氣時間和間歇時間，排氣扇就會按照設定好的程序和時間，自動循環(huán)地 工作下去。同時該控制器還可根據(jù)設定好的定時程序和時間，自動切斷工作電源, 這樣既能實現(xiàn)控制目的，又不浪費電能。此控制器不僅可以用在排氣扇上，只要 實現(xiàn)類似功能的電路都可使用且成本低廉，制作簡單，

3、操作方便，非常具有實用 價值！第一章設計內容及要求k設計內容：定時排氣扇2、設計要求：實現(xiàn)總定時時間8小時（可以調節(jié)，用發(fā)光二極管顯示），占空 比可調的間歇排氣。3.電路組成框圖555占空比可調電路，定 時與控制排氣扇間歇工作計數(shù)電路排氣扇工作電路第二章系統(tǒng)設計方案選擇方案一：本方案由排氣扇、定時控制電路和冋歇控制電路組成。首先 由定吋控制電路控制總定吋即排氣扇總工作時間，可以通過調節(jié)滑動 變阻器來改變定時時間。間歇控制電路控制排氣的工作和間歇時間， 也可以通過調節(jié)滑動變阻器來改變其時間。本設計排氣扇的效果用發(fā) 光二極管來顯示，二極管亮表示排氣扇工作，滅則表示不工作。其電 路圖如圖2-1 o

4、vcc圖2. 1方案一實驗電路圖但此電路時由兩個多諧振蕩器串聯(lián)而成，由實驗結果分析其信號不穩(wěn) 定，致使時間也不穩(wěn)定，所以我放棄了這個方案。方案二：本方案除了工作電源外由兩部分組成，一部分是對排氣扇進 行自動開停控制的自動循環(huán)控制器，另一部分是對開停次數(shù)進行計數(shù) 的電子計數(shù)器。定時循環(huán)開停時間控制器由555時基集成電路組成， 在電路中，555時基集成電路被連接成脈沖占空比可調的超低頻多諧 振蕩器。其電路圖如圖2-2所示：gcrajitllggrcuri 彳圖2.2 方案二實驗電路圖第三章系統(tǒng)的組成及工作原理作者選擇的是方案二，該方案中555時基集成電路能夠實現(xiàn)電路振蕩的主耍 原理是，由電源通過接

5、在電路的7、6、2腳間的電阻器r1,r2對接至地端的電容 器c1的充、放電過程，與3個引腳各自功能相配合來完成的。在前面已介紹過 的振蕩電路中，電容器c1的充電是通過rl、r2與c1的接地端形成冋路的；而電容器的放電則是c1的正極通過r2到7腳完成的。只要將電路中rl、r2與c1 的數(shù)值設定好，則振蕩電路的振蕩頻率和脈沖占空比就是固定不可變的。而在本電路中則不同，由于在電路中加人了二極管vd1、vd2和可調電位器 rp,情況就改變了。在這個振蕩電路中雖然它的振蕩頻率是不可變的，但其脈沖 的占空比是可以通過rp進行調節(jié)而改變的。這是由于加人了二極管后，電容器 c1的充、放電回路與前不同了。其中充

6、電回路變?yōu)橛呻娫赐ㄟ^rl, rp的上半段、 vd2到電容器c1。而電容器的放電回路則由電容的正極通過vd1, r2和rp的下 半段到7腳。電路中的電容器c1為固定不變的，但它的充、放電電阻值是可以 通過調節(jié)rp的位置來改變的。由于振蕩脈沖的占幸比是由電容器充、放電時間的差異形成的，當rp的動 臂移向下方時，使充電電阻的阻值增大，同時使放電電阻器一的阻值減小同一數(shù) 值。其結果是電容器充電的時間延長；而放電時間縮短，振蕩脈沖的占空比變大 了。反之，當rp的動臂向上調節(jié)時，電容器的充電時間縮短；而放電吋間被延, 長，振蕩脈沖的占空比變小。在本電路中，在接通電源之初，由于c1剛開始充電，其上端的電壓小

7、于vp /3, ic1的3腳輸出高電平。這時vl2發(fā)光指示，繼電器k2線圈不通電，所以k z保持靜態(tài)。但這一高電平在形成z初便通過c3向ic2的cp端輸人一個計數(shù)脈 沖，使ic2的輸岀端前移一位。隨后電容器c1進人充電狀態(tài)，而輸岀端3則保 持高電平。直到c1充電使其正端電壓達到2 vdd /3時，電路翻轉，輸出端3 變?yōu)榈碗娖?。這時繼電器k2通電吸合，將排氣扇的工作電源接通，排氣扇開始 運轉。工作狀態(tài)指示燈vl1發(fā)光指示。隨后c1立即轉人放電過程，經(jīng)過一段時間，當c1正端電壓下降到vm /3 時，電路翻轉，輸出端3又恢復高電平，繼電器k2斷電釋放，排氣扇停止運轉, 電路進入下一個循環(huán)期。雖然r

8、1的電阻值遠大于r2的電阻值，但因rp為共用元件，當rp的動臂旋 至r2 一端時，r1+rp的電阻值遠大于r2的電阻值。這時c1的充電時間遠大于 放電時間，輸出脈沖的占空比最大，排氣扇的運轉時間小于停歇時間。當rp的 動臂旋至r1端時，r1的電阻值又小于r2+rp的電阻值。這時電容器c1的充電 時間略小于放電時間，輸出脈沖的占空比為最小。排氣扇的運轉時間大于停歇時 間。工作電源控制器由ic2和繼電器k1組成，它通過對排氣扇運轉周期的計數(shù), 確定和控制排氣扇的工作次數(shù)。當?shù)竭_預定的工作次數(shù)后，通過繼電器k1切斷 排氣扇并包括整個控制電路的工作電源。該電路由icz、繼電器ki、sb2和sbi 組成

9、。tc2為cd4017十進制計數(shù)器，電路中用它的輸出端q0 一 q7來控制繼電器k i的吸合與斷開。當q0-q7中只要有一個輸出高電平，繼電器k1就不會斷開。 當電路被接通電源后，q0就輸岀高電平使vt導通，繼電器k1吸合。在隨后的 工作過程中，雖然輸出端會由qo, qi、q2、q7變化，但vt的導通狀態(tài)不會 變化，直到q8輸出高電平使計數(shù)器復位。tc2的計數(shù)脈沖取自ici的輸出，每當ici輸出一個脈沖周期，ic2便計數(shù) 一次，其輸出端即前移一位。如果未加預置，則當排氣扇運轉七個周期后就會被 切斷工作電源而停止工作。sb2為預置按鈕，每按動一次按鈕便向ic2輸人一個 計數(shù)脈沖，輸出端即前移一位

10、，余下的工作周期就會減少一次。所謂預置便是通 過預置減少排氣扇的工作循環(huán)次數(shù)。該電路在使用時，首先按下起動按鈕sb1接通控制電路的工作電源，這吋 c2的偽輸出高電平使vt導通，繼電器k1通電吸合后通過k1將電源開關自鎖， 使電路進人工作狀態(tài)并一直保持。本電路中ic1輸出脈沖的周期為lh,可通過r p的調節(jié)改變脈沖的占空比，從而改變排氣扇的開停時間。第四章單元電路設計、參數(shù)計算、器件選擇器件選擇：ne555cd4017發(fā)光二極管 二極管 1n4001 三極管3dg12 電容2200uf0. luf0. oluf電阻1. im240klk10k圖4.1單元電路設計圖參數(shù)計算：t (總)=ln2 (

11、r1+r2+r3) 01.69. 1 x "+1 x "+0. 24x ")x2. 2xiq 3«3600s1個1個10個（紅色：9個綠色：1個）4個1個1個2個1個1個1個3個1個100k1 個滑動變阻器1m 1個電磁繼電器開關2個由555多諧振蕩器輸出的方波如下圖:第五章實驗、調試及測試結果與分析吸取了以前只做電子產(chǎn)品吋的經(jīng)驗，在焊接時，每焊接一個元器件都用萬 用表測試是否虛焊，在檢查確認整個電路焊接完整，沒有漏焊后，接通電源，進 行調試。調試：問題一：開始時的電壓選為12v,現(xiàn)象應該為：排氣扇不工作時紅燈亮，而 工作吋綠燈亮。在接通電源后，卻發(fā)現(xiàn)兩

12、盞燈都有亮，這和應得到的現(xiàn)象相違背。 于是用萬用表檢查電路時哪里出現(xiàn)了問題。反復檢查電路，結果發(fā)現(xiàn)，學校發(fā)的 穩(wěn)壓二極管燒壞了，發(fā)現(xiàn)555芯片的3腳在低電平時電壓就己經(jīng)達到了 3v多， 而電磁繼電器的電壓只有9v。最后把電源電壓改成了 9v,同時更換了二極管并 接通了電源，兩盞燈交替亮起來，這和設計結果相符。問題二：在做仿真的時候，只需將cd4017芯片的時鐘使能端架空，工作一 周后它就不再計數(shù)了。但是當接通電源查看后，卻發(fā)現(xiàn)結果與仿真的不同，它一 直循環(huán)工作。經(jīng)過查找資料等，作者將芯片的q8端直接接到了使能端，再次接 通電源進行測試，達到了預想的效果。第六章收獲與體會本次課程設計的課題為定時

13、排氣扇，既然要求只是定時和間歇功能，腦海 里第一個想到的就是555電路?；谡n題要求的定時時間長短，通過公式計算確 立了電路圖中的參數(shù)，并借助mutisim仿真軟件進行理論測驗，基本得到初步效 果剛開始所設計的電路圖仿真結果可以得出效果。在開始做這個課設的時候實驗后不會來事，想想自己出來問題，并且是很 大的問題,首先的實驗開始就沒有設計好每一步該怎么做！后來想想自己沒有用 mutisim仿真軟件來仿真，其次沒有把電力路線布置的美觀，沒有把實驗的草圖 畫的很清楚！焊接也不美觀！這個嚴重的問題發(fā)生了！而把電路板上得器件拆下 卻是很糾結的！和同組人商量下，下決心去找找看有沒有剩余的器件！在同學的 幫

14、助下，找完所需的器件！重新開始第二次實驗，用了一個上午，試了下， 成功了，搞定了！還有，焊接時要確保焊接質量，不然產(chǎn)品很容易出問題。虛焊、漏焊都會使 得產(chǎn)品無法正常工作，再進行檢修將花費大量時間。此次課設是兩人一組完成的, 那就必須有良好的合作精神。因為已經(jīng)搭檔過很多次，與同組人己有很好的默契, 制作產(chǎn)品過程還是比較順利的。在遇到問題時更加需要合作，因為兩個人的是視 角不一樣的，檢查到的方面更加廣。任何問題總有解決的辦法，在遇到問題時必須沉住氣，冷靜思考問題所在, 該重來也不要怕，失敗乃成功之母，盡量解決問題才是真。經(jīng)過查閱資料和老 師的幫助，電路基木圓滿的完成了；但還是發(fā)現(xiàn)了一些問題，比如對

15、電路整體的 布局不夠好，著在以后還有待提高。參考文獻1. 中國集成電路大全編寫委員會，中國集成電路大全ttl集成電路，北京國 防工業(yè)出版社，19852. 孫人杰.電路數(shù)據(jù)手冊ttl電路電子工業(yè)出版社，19893. 王毓銀.數(shù)字電路邏輯設計（第三版）北京：高等教育岀版社，19994楊志忠.數(shù)字電子技術（第二版）北京：高等教育出版社，20005胡宴如.高頻電子線路（第三版）北京：高等教育出版社，20056. 鄧云祥.孟勁松蘇燕辰.數(shù)字電路的設計中國測試技術，2005年03期7. 魯欣，趙亦工，徐秀紅.數(shù)字電路設計方案的比較與選擇北京：信息產(chǎn)業(yè)部 電子第六研究所，2002附錄一:pin assign

16、ments for dip, cd4017bdecoded output fdecoded output v*oecodeo output ifdecoded output “fdecodtd output tdecoded output 叩decoded output 丁v$5top viewlogic diagramssoic and sop161514n>iie9vddreshclockclock enablecarry outdecode。 owtfut 歲oecooeo output wdfcodeo output cd4017bternmrwl no &«gmdterminal mo 16* vqqflf>hy?hyor附錄圖l 芯片cd4017btiming diagramscd4017bclockresetcluckenabler 0 ro/ or/ a2-rrf 2k-廠rr%n6n