數(shù)字電子電路課程設(shè)計(jì)家用電風(fēng)扇控制邏輯

1、 專業(yè)：電氣自動(dòng)化 班級(jí)：04-2班 學(xué)號(hào)： 姓名： 指導(dǎo)老師： 家用電風(fēng)扇控制邏輯電路設(shè)計(jì)一、簡(jiǎn)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(jī)械控制器，這使得電扇的功能更強(qiáng)，操作也更為簡(jiǎn)便。圖1.1為電扇操作面板示意圖。圖1.1為電扇操作面板示意圖 在面板上有六個(gè)指示燈指示電扇的狀態(tài)。三個(gè)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(shí)，所有指示燈不亮。此時(shí)只有按“風(fēng)速”鍵電扇才會(huì)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(dòng)后，再按動(dòng)“風(fēng)速”鍵可循環(huán)選擇弱、中或強(qiáng)三種狀態(tài)中的一種狀態(tài)

2、；同時(shí)，按動(dòng)“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(qiáng)對(duì)應(yīng)電扇的轉(zhuǎn)動(dòng)由慢到快。 “風(fēng)種”在正常位置是指電扇連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)；在“自然”位置，是表示電扇模擬產(chǎn)生自然風(fēng)，即運(yùn)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(yùn)轉(zhuǎn)8秒，間斷8秒的 方式。 扇操作狀態(tài)的 所有變換過程如圖1.2所示。圖1.2電扇操作狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖二、設(shè)計(jì)任務(wù)和要求用中小規(guī)模數(shù)字集成電路實(shí)現(xiàn)電風(fēng)扇控制器的控制功能，具體要求如下：1、用三個(gè)按鍵來實(shí)現(xiàn)“風(fēng)速”、“風(fēng)種”、“停止”的不同選擇。2、用六個(gè)發(fā)光二極管分別表示“

3、風(fēng)速”、“風(fēng)種”的三種狀態(tài)。3、電扇在停轉(zhuǎn)狀態(tài)時(shí)，只要按“風(fēng)速”鍵才有效，按其余兩鍵不響應(yīng)。4、優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，使整個(gè)電路采用的集成塊應(yīng)盡量的少。三、可選用的器材1、NET系列數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)2、直流穩(wěn)壓電源3、集成電路：74LS74、74LS151、74LS175及門電路等。4、發(fā)光二極管、電阻5、按鍵開關(guān)四、設(shè)計(jì)方案提示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?fàn)顟B(tài)需要保存和指示，因而對(duì)于每種操作都可以采用三個(gè)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(dāng)三個(gè)輸出為全0則表示停止?fàn)顟B(tài)。 為了簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，可以考慮采用帶有直接清零端的觸發(fā)器，這樣將停

4、止鍵與清零端相連就可以實(shí)現(xiàn)停止的功能，簡(jiǎn)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(hào)。 根據(jù)圖4.1狀態(tài)轉(zhuǎn)化圖，利用卡諾圖化簡(jiǎn)后，可得到Q0、Q1、Q2的輸出信號(hào)邏輯表達(dá)式（它們可適用于“風(fēng)速”及“風(fēng)種”電路）：可選用4D上升沿觸發(fā)器74LS175構(gòu)成。（a）風(fēng)速（b）風(fēng)種圖4.1 電扇簡(jiǎn)化操作狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖2、觸發(fā)脈沖的形成 根據(jù)前面的邏輯表達(dá)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，但這兩部分電路的輸出信號(hào)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(hào)

5、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(hào)和電扇工作狀態(tài)信號(hào)（設(shè)ST為電扇工作狀態(tài)，ST=0停，ST=1運(yùn)轉(zhuǎn)）三者組合而成的。當(dāng)電扇處于停止?fàn)顟B(tài)（ST=0）時(shí)，按K2鍵無效，CP信號(hào)將保持低電平；只有按K1鍵后，CP信號(hào)才會(huì)變成高電平，電扇也 同時(shí)進(jìn)入運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)（ST=1）。進(jìn)入運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)后，CP信號(hào)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(hào)狀態(tài)表，并可得到其輸出邏輯表達(dá)式：（式中K1為風(fēng)速鍵的狀態(tài)，K2為風(fēng)種鍵的狀態(tài)） 由于ST信號(hào)可由“風(fēng)速”電路輸出的三個(gè)信號(hào)組合而成。因而從表4.3所式的ST

6、信號(hào)狀態(tài)表可得 當(dāng)ST=0時(shí)，表示電扇停轉(zhuǎn)。 當(dāng)ST=1時(shí)，表示電扇運(yùn)轉(zhuǎn)。 最終，可以得到CP的邏輯表達(dá)式 K2K1STCP00000010010101101000101111011111表4.2 CP信號(hào)狀態(tài)表強(qiáng)(Q2)中(Q1)弱(Q0)ST00000011010101111001101111011111表4.3ST信號(hào)狀態(tài)表3、電機(jī)轉(zhuǎn)速控制端 由于電扇電機(jī)的轉(zhuǎn)速通常是通過電壓來控制的而我們要求有弱、中、強(qiáng)三種轉(zhuǎn)速，因而在電路中需要考慮三個(gè)控制輸出端（弱、中、強(qiáng)），以控制外部強(qiáng)電線路（如可控硅觸發(fā)電路）。這三個(gè)輸出端與指示電扇轉(zhuǎn)速狀態(tài)的三個(gè)端子不同，還需要考慮“風(fēng)種”的不同選擇方式。如果用

7、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(hào)的輸入就使得某擋電機(jī)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(shí)，電機(jī)將運(yùn)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)。五、參考電路根據(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5.1 家用電風(fēng)扇控制邏輯電路參考圖六、參考電路簡(jiǎn)明說明參考電路如圖5.1可以從以下幾個(gè)部分予以說明：1、狀態(tài)鎖存器電路“風(fēng)速”、“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(gè)狀態(tài)指示燈相

8、連。每片74LS175的清零端（R）均與停止鍵（K3）2、觸發(fā)脈沖電路 鍵K1按動(dòng)后形成的觸發(fā)信號(hào)作為“風(fēng)速”狀態(tài)鎖存電路的觸發(fā)信號(hào)。 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(hào)CP。電扇停轉(zhuǎn)時(shí)，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(hào)為低電平。當(dāng)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(shí)，由于K1鍵輸出的上升沿信號(hào)，也使“風(fēng)速”電路的觸發(fā)器輸出處于“弱”狀態(tài)，電扇開始運(yùn)轉(zhuǎn)，ST1。電扇運(yùn)轉(zhuǎn)后，U2輸出始終為高電平，這樣CP信號(hào)與K2的

9、狀態(tài)相同。每次按下K2并釋放后，CP信號(hào)上就會(huì)產(chǎn)生一個(gè)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6.1 CP的波形圖在參考電路5.1中，K1平時(shí)為低電平，而K2平時(shí)為低電平，在實(shí)驗(yàn)時(shí)，可選用實(shí)驗(yàn)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?！蔽恢脮r(shí)，風(fēng)扇為連續(xù)運(yùn)行方式，在“自然”和“睡眠”位置時(shí)，為間斷運(yùn)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74LS175的三個(gè)輸出端選中其中的一種方式。間斷工作時(shí)，電路中用了一個(gè)8秒計(jì)時(shí)周期的時(shí)鐘信號(hào)作為“自然”方式的間斷控制

10、，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6.2 “風(fēng)種”三種工作方式波形七、設(shè)計(jì)心得：通過驗(yàn)證證明，該設(shè)計(jì)方案是成功的。其中難免存在一些錯(cuò)誤和缺陷，請(qǐng)老師能給予批評(píng)和指證，使該設(shè)計(jì)更加完善。通過此次課程設(shè)計(jì)讓我能夠親身參予電子產(chǎn)品的設(shè)計(jì)師使我更加深深地體會(huì)到：現(xiàn)代的社會(huì)是信息的社會(huì)，很多與人們生活緊密相關(guān)的產(chǎn)品都是電子產(chǎn)品比如決定現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展方向的電腦以及幾乎每個(gè)同學(xué)都擁有的收音機(jī)等等無不說明電子產(chǎn)品的重要性。作為一名電氣專業(yè)已經(jīng)大三的大學(xué)生，我認(rèn)識(shí)到我不僅要學(xué)好課本上的知識(shí)，還要學(xué)會(huì)將所學(xué)到的知識(shí)聯(lián)系并應(yīng)用到現(xiàn)實(shí)生活中，做到理論聯(lián)系實(shí)際。通過這幾周緊張而充實(shí)的課程設(shè)計(jì)，

11、我學(xué)到了很多東西，并對(duì)我以后所要做的畢業(yè)設(shè)計(jì)有了一個(gè)初步的了解。做好一個(gè)課程設(shè)計(jì)或畢業(yè)設(shè)計(jì)不僅要具備扎實(shí)的書本知識(shí)并會(huì)善于應(yīng)用，還要學(xué)會(huì)查閱資料，對(duì)以前學(xué)過的知識(shí)不清楚的地方還要進(jìn)行復(fù)習(xí)，實(shí)在搞不明白的地方要向老師或同學(xué)請(qǐng)教，這樣才可能做出一個(gè)比較不錯(cuò)的課程設(shè)計(jì)。通過此次設(shè)計(jì)過程，使我學(xué)會(huì)了一些作為一個(gè)電氣專業(yè)的學(xué)生所應(yīng)學(xué)會(huì)的軟件如protel，并對(duì)可編程邏輯器件的應(yīng)用和開發(fā)的設(shè)計(jì)思想有了更進(jìn)一步的了解和掌握。在這里我要感謝我們的指導(dǎo)老師，非常感謝老師的指導(dǎo)和幫助，真的很感謝他們。希望以后還能參加這樣的課程設(shè)計(jì)。我想我會(huì)做的更好的。八、參考文獻(xiàn)1、電子技術(shù)基礎(chǔ)（數(shù)字部分）主編：康光華 高等教育出版