家用電風扇控制邏輯電路畢業(yè)設計（論文）word格式

1、摘要據(jù)統(tǒng)計，電風扇已經(jīng)成為人們生活中必不可少的家用電器，普及面已經(jīng)越來越廣。而以前的臺式電風扇和落地式電風扇都是采用機械控制，主要控制風速和定時。隨著電子技術的發(fā)展，人們對風扇的要求越來越高，尤其是電風扇的智能化、人性化等方面。而電風扇的人性化顯得更為重要。本次課題設計要求：設計家用電風扇控制邏輯電路，由三個按鍵分別控制風速、風種以及開關，并分別用發(fā)光二極管顯示狀態(tài)。附加按鍵提示音及定時功能。這些功能的增加都是為了提高電風扇器件本身的人性化。為提高電路的穩(wěn)定性以及提高按鍵單次脈沖的穩(wěn)定度，按鍵首先經(jīng)過了74LS00芯片進行了消抖處理。為實現(xiàn)風速的循環(huán)控制，循環(huán)部分有74LS08、74LS175

2、組成了移位計數(shù)器。從而實現(xiàn)了風速的循環(huán)控制。風種循環(huán)控制部分主要是通過74LS00、74LS08芯片構成觸發(fā)脈沖信號。由555組成單穩(wěn)態(tài)電路8秒脈沖，經(jīng)過74LS175二分頻，再由74LS151八選一數(shù)據(jù)選擇器進行選擇使之產(chǎn)生周期為8秒和16秒的方波信號從而實現(xiàn)不同的風種。經(jīng)過一系列的分析、準備。本次課題設計除附加要求按鍵提示沒完成外，電路設計基本完成設計要求。關鍵字：電風扇、消抖按鍵、芯片、循環(huán)控制前言隨著電子技術的高速發(fā)展，電子系統(tǒng)的應用領域越來越廣泛，電子設備的種類也越來越多，人們對電子設備的要求也越來越高。在人們?nèi)粘Ｉ钪屑矣秒娖饕呀?jīng)變得極為普遍，成了人們生活中不可或缺的生活用品。目前

3、，人們長期使用的電風扇是采用機械控制，功能少，一個按鍵只能控制一種風速，無法對其風種進行控。而且功耗大，易發(fā)熱，體型笨重。針對這些弊病，本次課設采用的電子線路取代了原來的機械控制器，使電風扇操作簡便，功耗低，且功能更為齊全，朝人們理想化發(fā)展。電路采用移位寄存器通過對邏輯電路設計實現(xiàn)對風速、風種、定時的控制，且通過指示燈顯示電風扇所處狀態(tài)，實現(xiàn)了電風扇的方便化、人性化。在國內(nèi)外，家用電風扇的邏輯控制技術已經(jīng)相當成熟。但是這一點并不能否認我們對其進行電子課設設計。本次課程設計很好的檢驗了學生的理論結合實際能力，分析問題解決問題的能力，尤其自學和動手能力是這次課程設計的一個重要環(huán)節(jié)，通過這樣的教學過

4、程不僅對學生的知識進行了一次較為全面的考驗，而且增強了學生的實踐能力，使學生對電子信息工程的理解不僅僅停留在書本上，而是真正的從實際用途更深刻了解了本學科，從而增強了學生的興趣和能力，使學生在本次課程設計中獲益非淺。因此家用電風扇控制邏輯電路設計這一課題廣泛運用于電子課設中。第一章 設計內(nèi)容及要求基本要求 1)實現(xiàn)風速的強、中、弱控制(個按鈕控制，循環(huán))：使用一個“風速”鍵來進行風速控制，當風扇處于“停止”狀態(tài)時，按下“風速”鍵，風扇啟動，并處于“弱風”、“正常風”狀態(tài)。風扇啟動后，依次按下“風速”鍵，風速按照“弱“中”“強”“弱”的方式進行變換。 2)實現(xiàn)睡眠風、自然風、正常風三種風態(tài)(個按

5、鈕控制，循環(huán))使用一個“風種”鍵來控制風種選擇。當風扇處于“停止”狀態(tài)時，按下“風種”鍵不起作用。當風扇處于運轉(zhuǎn)狀態(tài)的時候，依次按下“風種”鍵，風種按照“正常風”“睡眠風”“自然風”“正常風”的方式進行變換。3)實現(xiàn)停止功能的實現(xiàn)使用一個“停止”鍵來控制風扇的停止功能。在風扇處于任一運轉(zhuǎn)狀態(tài)下都能通過“停止”鍵停止風扇運轉(zhuǎn)。4)LED顯示狀態(tài)使用六個發(fā)光二極管表示風扇的六種邏輯功能狀態(tài)。提高要求1)按鍵提示音2)定時關機功能(以小時為單位)(1) 正常風 電機連續(xù)轉(zhuǎn)動，產(chǎn)生持久風；(2) 自然風 電機轉(zhuǎn)動4s、停止4s，產(chǎn)生陣風；(3) 睡眠風 電機轉(zhuǎn)動 8s、停止8s，產(chǎn)生輕柔的微風。(4)

6、LED顯示狀態(tài)使用三個發(fā)光二極管表示風扇的三種定時狀態(tài)。第二章 系統(tǒng)設計方案選擇2.1 方案一：本方案是參考書中的一電路，本電路包括三部分。分別是：1、狀態(tài)鎖存電路，2、觸發(fā)脈沖電路，3、“風種”方式控制電路。本方案基本上實現(xiàn)了風速、風種及開關七種狀態(tài)，但是還存在一些問題。風速風種兩種控制沒有很好的分開。當風速循環(huán)控制一次時，風種狀態(tài)會跟著變化一次。 無論是風速還是風種按鍵按下時，所產(chǎn)生的單次脈沖不穩(wěn)定，致使狀態(tài)不能有規(guī)律的進行變化，而是雜亂無章的。同時電路之中缺乏定時部分電路，使得本次設計中美中存在不足。這些電路都必須進行改進。2.2 方案二：本方案是對第一方案進行改進，修正之后得到。本電路

7、包括六部分電路。分別是：1、狀態(tài)鎖存電路，2、觸發(fā)脈沖電路，3、“風種”方式控制電路，4、消抖電路，5、單穩(wěn)態(tài)定時電路，6、秒脈沖及分頻電路。本方案比較完美的實現(xiàn)了設計要求。首先，風速、風種的控制能分別實現(xiàn)。單次脈沖穩(wěn)定，風速、風種狀態(tài)循環(huán)進行控制。附加了定時部分電路，使得設計更加人性化。使設計更加完美。將兩方案進行比較，很明顯應該選擇方案二。方案二是方案一的改進，在完成了基本要求的同時，增加了附加電路的設計。注：方案一的電路圖可以參考附錄四方案二的電路圖可以參考附錄三第三章 系統(tǒng)的組成及工作原理3.1系統(tǒng)的組成如圖3-1所示本系統(tǒng)主要由脈沖觸發(fā)電路、狀態(tài)鎖存電路、風種控制電路、秒脈沖及分頻電

8、路、消抖電路及單穩(wěn)態(tài)定時電路組成。通過按鍵開關產(chǎn)生單次脈沖來控制電風扇的狀態(tài)，并通過發(fā)光二極管將各種狀態(tài)顯示出來。狀態(tài)鎖存電路單穩(wěn)態(tài)定時電路脈沖觸發(fā)電路按鍵消抖電路發(fā)光二極管驅(qū)動顯示狀態(tài)鎖存電路風種控制電路秒脈沖及分頻電路圖3-1系統(tǒng)組成框圖1、脈沖觸發(fā)電路按鍵K1按下后形成的單次脈沖信號作為“風速”狀態(tài)鎖存電路的觸發(fā)信號。按鍵K1、K2及部分門電路74LS00、74LS08構成了“風種”狀態(tài)鎖存電路的觸發(fā)信號。2、狀態(tài)鎖存電路“風速”、“風種”兩組狀態(tài)鎖存電路均用二片4D觸發(fā)器74LS175構成，每片三只D觸發(fā)器的輸出端分別于三個狀態(tài)指示燈相連，同時每片74LS175的清零端均與停止鍵K3相

9、連，利用按鍵產(chǎn)生的低電平信號將所有狀態(tài)清零。3、風種控制電路在“風種”的三種選擇方式中，在“正?！蔽恢脮r，風扇為連續(xù)運行方式，在“自然”和“睡眠”位置時，為間斷運行方式。電路中，采用74LS151作為“風種”方式控制器，由74LS175三個輸出端選中其中的一種方式。間斷工作時，在74LS175的CP端加入一個周期為8秒的時鐘信號作為“自然”端的間斷控制，二分頻后再作為“睡眠”方式的控制輸入。4、消抖電路消抖電路的加入是為了使的單次脈沖更加的穩(wěn)定。當撥動開關時，產(chǎn)生了連續(xù)跳動的脈沖，此時只要經(jīng)過74LS00芯片，就可將這種有跳動的脈沖信號變成穩(wěn)定的單脈沖信號。5、單穩(wěn)態(tài)定時電路定時器的狀態(tài)所存電

10、路由一塊4D觸發(fā)器74LS175構成，其中三只觸發(fā)器的輸出端通過控制與門分別選通單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器（74LS123）DW1、DW2、DW3產(chǎn)生的1小時、2小時和4小時的定時信號。當那三只觸發(fā)器的輸出端全為低電平時，通過控制控制與門、與或門的輸出使電機處于非定時狀態(tài)。6、秒脈沖及分頻電路首先由555組成一8秒脈沖電路，在經(jīng)過74LS161進行計數(shù)分頻產(chǎn)生8秒脈沖。將所得的信號接在74LS151芯片的CP信號端。3.2工作原理電路由觸發(fā)脈沖電路產(chǎn)生單次脈沖，通過狀態(tài)鎖存電路處理，由六個發(fā)光二極管發(fā)光顯示所控制的狀態(tài)。再由單穩(wěn)態(tài)定時電路控制風速、風種所需要的 “開啟”時間。按鍵開關K1控制風速的三種狀態(tài)，

11、開關K2控制風種的三種狀態(tài)，開關K3接74LS175的清零端，控制電路的“停止”狀態(tài)，工作原理圖如3-2所示。弱中強停正常自然睡眠風速風速停止停止停止風速風速停止風種停止風種風種風速圖3-2 工作原理圖1.電扇處于停轉(zhuǎn)狀態(tài)時，所有指示燈不亮。此時只有按“風速”鍵，電扇啟動運轉(zhuǎn)，其初始工作狀態(tài)為“風速”處于“弱”檔，“風種”處于“正?！蔽恢?，且相應的指示燈亮。2.電扇一經(jīng)啟動后，按動“風速”鍵可循環(huán)選擇弱、中或強三種狀態(tài)中的任一種狀態(tài)；同樣按動“風種”鍵可循環(huán)選擇正常、自然或睡眠三種狀態(tài)中的任一種狀態(tài)。3在電扇任意工作狀態(tài)下，按“停止”鍵，電扇停止工作，所有的燈熄滅。第四章 單元電路設計、參數(shù)計

12、算、器件選擇4.1 狀態(tài)鎖存電路“風速”、“風種”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，可以使用三個D觸發(fā)器來鎖存狀態(tài)，觸發(fā)器輸出1時表示工作狀態(tài)有效，0表示無效，當三個輸出全為0則表示停止狀態(tài)，同時為了簡化設計，應該采用帶有直接清零端的D觸發(fā)器，這樣將停止鍵與清零端相連就可實現(xiàn)停止的功能。因此在狀態(tài)鎖存部分采用了兩個74LS175芯片來實現(xiàn)這些功能。風扇簡化操作狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖如圖4-1所示?！岸〞r”操作與“風速”、“風種”這兩種操作有所不同，如圖4-2所示，同樣采用了兩個74LS175芯片來實現(xiàn)這些功能風速Q(mào)2Q1Q0停止000弱001中010強100風種Q2Q1Q0停止000

13、正常001自然010睡眠100圖4-1電扇簡化操作狀態(tài)轉(zhuǎn)換定時Q2Q1Q0非定時000 中0101小時0012小時0104小時100圖4-2 定時器的狀態(tài)轉(zhuǎn)換1)根據(jù)圖4-1狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖，可得到的狀態(tài)表（表4-1-1），“風速”及“風種”電路都滿足狀態(tài)表4-1-1所示。 表4-1-1的狀態(tài)表由表4-1-1可得的卡諾圖如圖4-1-2所示。 的卡諾圖 的卡諾圖的卡諾圖圖4-1-2的卡諾圖由圖4-1-2所示卡諾圖可得的表達式如下：由上述表達式可得狀態(tài)所存電路中電風扇的工作狀態(tài)如表4-1-3所示。ST為電扇工作狀態(tài)（ST=0停，ST=1運轉(zhuǎn)）強（Q2）中（Q1）弱（Q0）ST00000011010110

14、01表4-1-3 電扇工作狀態(tài)表根據(jù)表達式，使用兩片74LS175芯片所設計狀態(tài)所存部分電路如圖4-1-4所示。 圖4-1-4狀態(tài)鎖存電路 2)根據(jù)圖4-2狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖，可得到的狀態(tài)表定時電路都滿足狀態(tài)表4-2-1所示。Q2n Q1n Q0nQ2n+1 Q1n+1 Q0n+10 0 00 0 10 1 01 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 0 表4-2-1的狀態(tài)表由圖4-2-1所示根據(jù)卡諾圖化簡可得的表達式如下：Q0n+1 = Q2n * Q1n * Q0n Q1n+1 = Q0nQ2n+1 = Q1n使用一片74LS175芯片所設計狀態(tài)所存部分電路如圖4-2-2所示。圖4-

15、2-2狀態(tài)鎖存電路4.2、觸發(fā)脈沖電路利用D觸發(fā)器組成的狀態(tài)鎖存電路的輸出信號狀態(tài)的變化必須有脈沖信號對其進行觸發(fā)，因此在電路中采用了三個按鍵K1、K2、K3開關來產(chǎn)生脈沖信號，并通過與門和與非門電路達到所要求的結果，與門和與非門的芯片是74LS00和74LS08。按鍵K1按動后形成的脈沖信號作為“風速”狀態(tài)鎖存電路的觸發(fā)信號。按鍵K1、K2及部分門電路 74LS00、74LS08構成了“風種”狀態(tài)鎖存電路的觸發(fā)信號CP。電扇停轉(zhuǎn)時，ST=0，K1=0，即U14輸出為低電平，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輸出高電平，

16、k2輸出高電平，U3輸出為低電平，故CP變?yōu)楦唠娖?，使D觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，“風種”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“風速”電路的觸發(fā)器輸出處于“弱”狀態(tài)，電扇開始運轉(zhuǎn)，ST=1。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“風種”狀態(tài)發(fā)生變化。在工作過程中，CP信號波形圖如圖4-4所示。圖4-4 CP信號波形圖由圖4-4所示波形圖所得CP信號狀態(tài)表如表4-4-1所示。ST為電扇工作狀態(tài)（ST=0停，ST=1運轉(zhuǎn)）。K2K1STCP00000010010101101000101111011111表4

17、-4-1 CP信號狀態(tài)表根據(jù)信號波形圖與狀態(tài)表所設計出觸發(fā)脈沖電路如圖4-5所示。圖4-5脈沖觸發(fā)電路4.3、風種控制電路在“風種”的三種選擇方式中，在“正?！蔽恢脮r，風扇為連續(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“風種”方式控制器，由 74LS175的三個輸出信號選中74LS151的一種方式。間斷工作時，電路中用了一個8秒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4-6所示波形。 圖4-6 “風種”三種工作方式波形參考電路中風種控制電路部分如圖4-7所示。圖4-7風種控制電

18、路其中D2端接的是8秒脈沖。4.4、秒脈沖及分頻電路首先由一個555芯片產(chǎn)生一個秒脈沖信號，再經(jīng)過74LS151產(chǎn)生8秒的脈沖信號。其電路如圖4-8所示。電容C的充電路徑為UccR1D2C1地，因而T1=0.7R1*C1電容C的放電路徑為C1D1R2放電管V1地，因而T2=0.7R2*C1振蕩器周期為：T=T1+T2=0.7(R1+R2)C1占空比為：D=T1/T=R1/(R1+R2)為產(chǎn)生占空比為1/2、周期為8秒的時鐘信號，可取C1=47uf,取R1=R2=T/(0.7*2*C)120K 圖4-8秒脈沖信號源4.5消抖電路消抖電路的加入是為了能夠產(chǎn)生穩(wěn)定的單次脈沖信號。由撥動開關再經(jīng)過74

19、LS00芯片之后就組成了消抖電路。其中的消抖方式是利用了RS觸發(fā)器。其電路圖如4-9所示。 圖4-9消抖電路4.6單穩(wěn)態(tài)定時電路單穩(wěn)態(tài)電路的加入是為了使家用電風扇有定時功能，增加家用電風扇的人性化。本次設計的定時要求為：1小時、2小時、4小。用4D觸發(fā)器74LS175的其中三只觸發(fā)器的輸出端通過控制與門分別選通單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器（74LS123）DW1、DW2、DW3產(chǎn)生的1小時、2小時和4小時的定時信號。其電路圖如4-10所示,其定時器工作波形圖如4-11所示。圖4-10 單穩(wěn)態(tài)定時電路1小時DW22小時4小時DW3Q0DW1Q1Q2Q2圖4-11 定時器工作波形圖第五章 實驗、調(diào)試及測試結果與分

20、析在確定了電路、領好元器件之后，首先對電路進行了布局。采取的方法是分塊焊接電路。首先焊接的是風速控制電路部分，在焊接完這部分電路之后，并排除了焊接上的一些問題后，電路基本上能夠正常工作。接著焊接風種控制電路，在焊接完電路后并檢查完一些焊接的小問題后，發(fā)現(xiàn)電路雖然可以工作。但是并沒有得到預期的效果。按下控制風速風種的開關時，燈雖然能亮，但是并不能按照規(guī)律進行變化。首先對照電路進行了檢查，對原理進行了分析，都發(fā)現(xiàn)無誤。通過用函數(shù)信號發(fā)生器代替按鍵，從而驗證了電路的正確性。而且在加入了秒脈沖之后，電路能夠正常工作。從而確定了原理的正確性。最后確定問題是：開關存在抖動，從而使電路無法按規(guī)律正常工作。解

21、決問題的方法是：對電路進行消抖。在確定了問題之后，通過查找資料發(fā)現(xiàn)使用74LS00可以來對電路進行消抖。解決了基本問題之后。發(fā)現(xiàn)存在另一個問題：風種的狀態(tài)會因風速的狀態(tài)變換而變化，分析原理和卡諾圖發(fā)現(xiàn)邏輯都沒有錯誤。后發(fā)現(xiàn)邏輯是沒錯但K2同時受K1和ST控制，風種自然會因風速狀態(tài)的改變而改變。解決方法：將脈沖觸發(fā)電路邏輯風種脈沖信號：CP=K1*ST+K2*ST改為CP=ST*K2即可。更改后發(fā)現(xiàn)電路正常，再根據(jù)電路圖將8秒脈沖信號加進了電路中。這樣，家用電風扇控制邏輯電路設計的基本要求已經(jīng)實現(xiàn)。在完成了基本要求之后，緊接著是完成提高要求部分。在電路中加入定時部分電路。而按鍵提示因時間關系沒有

22、完成。最后是測試最終的效果。無論是按下風速、還是風種按鍵，發(fā)光二極管能夠循環(huán)點亮。風速由弱到中再到強。風種由正常狀態(tài)到自然，再到睡眠狀態(tài)。當選擇對電路進行定時時，很好的完成了要求。但與此同時發(fā)現(xiàn)74LS151芯片發(fā)熱，經(jīng)檢驗發(fā)現(xiàn)是管腳4與管腳3短路改好后，一切正常。完成了課設基本要求及部分提高要求。不足的是沒完成按鍵提示這一部分。但總的說來，本次課設比較完美的完成了。本次電子課設用到的儀器是：直流穩(wěn)壓電源、函數(shù)信號發(fā)生器。儀表是：數(shù)字萬用表。第六章 收獲與體會這是一次比較系統(tǒng)的電路設計，是一次將理論與實踐相結合的實踐。其中包括了電路的設計，資料的查找，分析問題解決問題的能力，甚至還是對焊接技術及審美觀念的一個考驗。本次設計中最大的收獲是：如何發(fā)現(xiàn)電路是存在抖動的問題，同時有應該如何的將其解決。在發(fā)現(xiàn)了發(fā)光二極管不能按照要求來循環(huán)點亮時，并確定電路原理及焊接沒有任何問題時。于是想到可能是開關的抖動造成的，可是如何去驗證它呢？經(jīng)老師提示，抓住了問題的實質(zhì)，既然開關是為了給電路提供秒脈沖信號。那就將開關直接斷開，用函數(shù)信號發(fā)生器來提供秒脈沖信號。結果證實了推斷的正確性