課程設(shè)計(jì)：家用風(fēng)扇控制器

1、一、設(shè)計(jì)任務(wù)及要求：設(shè)計(jì)任務(wù)： 設(shè)計(jì)直流穩(wěn)壓電源。 設(shè)計(jì)并制作一個(gè)能控制風(fēng)速和風(fēng)種的家用風(fēng)扇控制器。要 求： 風(fēng)扇控制器具有上電自動(dòng)清零功能，能控制風(fēng)速的強(qiáng)、中、弱三種轉(zhuǎn)速，風(fēng)種的正常、自然風(fēng)、睡眠風(fēng)三種狀態(tài) ，并且風(fēng)扇按開關(guān)鍵時(shí)可以開啟風(fēng)扇初態(tài)為風(fēng)速弱、風(fēng)種正常，再按開關(guān)鍵時(shí)可停止。 畫出電路總圖。 組裝和調(diào)試。 指導(dǎo)教師簽名： 2021年6月21日二、指導(dǎo)教師評語： 指導(dǎo)教師簽名： 2021年 6 月 日 三、成績 驗(yàn)收蓋章 2021 年 6 月 日 家用風(fēng)扇控制器1 設(shè)計(jì)目的1進(jìn)一步掌握各芯片的邏輯功能及使用方法。2實(shí)現(xiàn)對指示燈的控制來模擬風(fēng)扇控制器。3進(jìn)一步掌握數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和數(shù)字系統(tǒng)

2、功能的測試方法。4進(jìn)一步掌握數(shù)字系統(tǒng)的制作和布線方法。5了解直流穩(wěn)壓電源的結(jié)構(gòu)。2 設(shè)計(jì)思路1設(shè)計(jì)直流穩(wěn)壓電源電路。2設(shè)計(jì)風(fēng)種控制電路、風(fēng)種處理電路。3設(shè)計(jì)風(fēng)速控制電路、風(fēng)速處理電路。3 設(shè)計(jì)過程 3.1、方案論證圖1家用風(fēng)扇控制器總體結(jié)構(gòu)框圖 1其中總控中心負(fù)責(zé)提供顯示電路的開關(guān)控制和狀態(tài)轉(zhuǎn)換電路的復(fù)位控制。2風(fēng)速狀態(tài)轉(zhuǎn)換電路和風(fēng)種狀態(tài)轉(zhuǎn)換電路分別由開關(guān)控制，負(fù)責(zé)提供風(fēng)速、風(fēng)種狀態(tài)轉(zhuǎn)換。風(fēng)速、風(fēng)種狀態(tài)控制過程都分為三個(gè)階段，對應(yīng)的輸出有三種狀態(tài)，分別用和表示：00狀態(tài)：風(fēng)速弱，LED燈1模擬以200HZ的頻率閃爍。01狀態(tài)：風(fēng)速為中，LED燈2模擬以500HZ的頻率閃爍。10狀態(tài)：風(fēng)速強(qiáng)，L

3、ED燈3模擬以1000HZ的頻率閃爍。00狀態(tài)：風(fēng)種正常，LED燈4持續(xù)亮。01狀態(tài)：風(fēng)種為自然風(fēng)電扇模擬自然風(fēng)，即轉(zhuǎn)2s，停2s；LED燈5模擬亮2秒滅2秒。10狀態(tài)：風(fēng)速強(qiáng)風(fēng)種睡眠電扇慢轉(zhuǎn)，產(chǎn)生輕柔的微風(fēng)，轉(zhuǎn)4s，停4s， LED燈5模擬亮4秒滅4秒。初始狀態(tài)為：風(fēng)速弱，風(fēng)種正常；按“風(fēng)速鍵，其狀態(tài)由“弱、中、強(qiáng)、弱、循環(huán)；按“風(fēng)種鍵，其狀態(tài)由“正常、睡眠、自然、正常、循環(huán)。3譯碼電路負(fù)責(zé)將前一級的狀態(tài)編碼進(jìn)行譯碼，用來驅(qū)動(dòng)下一級的脈沖產(chǎn)生電路。4風(fēng)速控制脈沖產(chǎn)生電路和風(fēng)種控制脈沖產(chǎn)生電路，負(fù)責(zé)產(chǎn)生如2所述的脈沖波形用來驅(qū)動(dòng)后一級的顯示電路。5顯示電路負(fù)責(zé)顯示和模擬風(fēng)扇的控制結(jié)果。3.2、

4、芯片選取及芯片功能分析圖2 74LS74圖2所示為芯片74LS74，74LS74是一片具有雙D觸發(fā)器的功能比擬強(qiáng)大的芯片；其功能表如下：PRCLRDCLKQQ01xx1010xx0100xx11111101100174LS74功能表由功能表可知當(dāng)74LS74的CLR端為0和PR端為1時(shí)Q端輸出恒為0；CLR端和PR端均為1時(shí)觸發(fā)器正常工作。本設(shè)計(jì)很大程度上便利用了在將觸發(fā)器Q端與D端相連產(chǎn)生的0與1轉(zhuǎn)換電路來產(chǎn)生脈沖波形。圖3 74HC192D_2V圖3所示為74HC192D_2V3是一款功能比擬強(qiáng)大的芯片，它具有清零和置數(shù)的功能，能夠?qū)崿F(xiàn)加計(jì)數(shù)和減計(jì)數(shù)。我們在此處利用它的加計(jì)數(shù)功能實(shí)現(xiàn)00、

5、01、10三個(gè)狀態(tài)的連續(xù)轉(zhuǎn)換。圖4 74HC139DW_2V圖4所示為74HC139D_2V，74HC139是一片2線4線譯碼器，輸出端為低電平有效其功能表為：GBAY0Y1Y2Y31XX111100001110011011010110011111074HC139功能表本例選擇74HC139能很好地對00,01,10三種狀態(tài)進(jìn)行譯碼，滿足要求。3.3、單元模塊設(shè)計(jì)及工作原理說明3.、總控中心電路的設(shè)計(jì)總控中心負(fù)責(zé)控制整個(gè)電路的復(fù)位和風(fēng)扇的開關(guān)。在自動(dòng)清零鍵J4合上的根底上，開關(guān)鍵J3第一次按下翻開風(fēng)扇，風(fēng)扇開始運(yùn)轉(zhuǎn)處于初態(tài)：正常風(fēng)、慢速；開關(guān)鍵第二次按下，停止風(fēng)扇；再次按下時(shí)，風(fēng)扇啟動(dòng)且處于初

6、態(tài)；循環(huán)按鍵便可依次循環(huán)啟動(dòng)、關(guān)閉。圖5總控中心電路圖5為總控中心電路圖，依據(jù)功能表，當(dāng)CLR端為0，PR端為1是，觸發(fā)器輸出端Q清零，所以只要在電路上電時(shí)，保證開關(guān)J4翻開，即可到達(dá)上電自動(dòng)清零的效果，有效防止了觸發(fā)器上電時(shí)輸出狀態(tài)隨機(jī)而造成的邏輯錯(cuò)亂。整個(gè)電路核心局部為由觸發(fā)器組成的0與1轉(zhuǎn)換電路在時(shí)鐘脈沖的觸發(fā)下輸出端產(chǎn)生0和1的交替輸出，如下圖將輸入端D和輸出端Q相連，可得輸出端Q的狀態(tài)方程如下：由狀態(tài)方程可知，在輸出端Q為0的初始狀態(tài)下，按一下按鈕式開關(guān)即給觸發(fā)器一個(gè)上升沿，便可觸發(fā)觸發(fā)器使觸發(fā)器的輸出Q翻轉(zhuǎn)為1，因此依次循環(huán)按下開關(guān)J2可使輸出端Q產(chǎn)生1、0、1、0的循環(huán)輸出，輸出

7、端Q產(chǎn)生0、1、0、1的循環(huán)輸出；所以線9接Q在依次按下開關(guān)時(shí)可用來控制電扇電的通斷LED的亮滅，同時(shí)線7接Q在開關(guān)第二次按下時(shí)即關(guān)閉電扇時(shí)輸出高電平可用來控制其余電路的復(fù)位清零第一次按下時(shí)不影響其余的電路工作。3.3.2狀態(tài)轉(zhuǎn)換電路的設(shè)計(jì)對上述和的三種狀態(tài)按照二進(jìn)制碼進(jìn)行編碼分別為00、01、10。圖6 控制單元電路圖 圖6為控制單元的電路圖，鑒于按下“風(fēng)速鍵，其狀態(tài)由“弱、中、強(qiáng)、弱、循環(huán)，按下“風(fēng)種鍵，其狀態(tài)由“正常、睡眠、自然、正常、循環(huán)，我們可以用計(jì)數(shù)器的加計(jì)數(shù)功能來轉(zhuǎn)換00、01、10這三種狀態(tài).，為了使這三種狀態(tài)在按鈕式開關(guān)J1的的觸發(fā)下即給一個(gè)下降沿循環(huán)；從而從QA和QB端接出

8、線1和線2連至與門，然后反應(yīng)回計(jì)數(shù)器的清零端74HC192為異步清零，當(dāng)計(jì)數(shù)器QA和QB端翻轉(zhuǎn)到11時(shí)，又清零為00，以此來到達(dá)按下風(fēng)速或風(fēng)種鍵時(shí)可以循環(huán)轉(zhuǎn)換的目的。同時(shí)與門U4和來自總控中心的復(fù)位清零信號連至或門，再反應(yīng)回清零端，因此U4產(chǎn)生的輸出和總控中心產(chǎn)生的清零信號互不干擾的控制著計(jì)數(shù)器芯片的清零。74HC139負(fù)責(zé)將產(chǎn)生的狀態(tài)進(jìn)行譯碼，以驅(qū)動(dòng)后級電路。3.3.3、脈沖產(chǎn)生電路的設(shè)計(jì) 據(jù)3.12所述，風(fēng)速、風(fēng)種三個(gè)狀態(tài)分別須產(chǎn)生不同頻率的脈沖波來驅(qū)動(dòng)LED的顯示，以到達(dá)模擬風(fēng)扇風(fēng)速與風(fēng)種的效果。圖7 風(fēng)速控制脈沖產(chǎn)生電路圖7所示為風(fēng)速控制脈沖產(chǎn)生電路，其核心電路也為3.1.1所述的0與

9、1轉(zhuǎn)換電路在時(shí)鐘脈沖的觸發(fā)下輸出端產(chǎn)生0和1的交替輸出。風(fēng)速或風(fēng)種狀態(tài)經(jīng)譯碼器譯碼之后，對應(yīng)的譯碼輸出端輸出為0，其余為1。如在風(fēng)速控制電路中狀態(tài)為00，便可得到Y(jié)0輸出端輸出為0，經(jīng)一反相器接至觸發(fā)器的CLR端，據(jù)3.2所述的74LS74的功能表，可知在PR恒為1時(shí)假設(shè)1CLR端輸入為1，觸發(fā)器便可正常工作，此時(shí)Q端與D相連，組成的0與1轉(zhuǎn)換電路在時(shí)鐘脈沖源的觸發(fā)下，Q端輸出一系列0與1交替的脈沖信號，然后接至顯示電路，對應(yīng)LED應(yīng)以一定的頻率閃爍；其頻率由觸發(fā)觸發(fā)器的脈沖源決定。而Y2、Y3(即2CLR )輸出為1，使得觸發(fā)器的輸出端恒為0，接至顯示電路時(shí)對應(yīng)LED應(yīng)不亮。3.、顯示單元電

10、路的設(shè)計(jì)圖8顯示單元電路圖6為顯示單元電路，由總控中心控制信號風(fēng)扇開時(shí)輸出為1和各風(fēng)速風(fēng)種信號連至與門后驅(qū)動(dòng)LED顯示。3.4、總體電路圖及工作原理圖9總體電路圖整個(gè)電路的核心局部為由觸發(fā)器組成的0與1轉(zhuǎn)換電路在時(shí)鐘脈沖的觸發(fā)下輸出端產(chǎn)生0和1的交替輸出和由計(jì)數(shù)器組成的狀態(tài)轉(zhuǎn)換電路。如圖7，整個(gè)電路由開關(guān)J3的觸發(fā)開始，對顯示模塊和狀態(tài)轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行初始化。從而由開關(guān)J1和J2可觸發(fā)計(jì)數(shù)器進(jìn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)化，狀態(tài)轉(zhuǎn)換后的編碼值經(jīng)譯碼器譯碼后，驅(qū)動(dòng)對應(yīng)的由觸發(fā)器組成的0與1轉(zhuǎn)換電路產(chǎn)生相應(yīng)的脈沖波形來驅(qū)動(dòng)LED顯示單元電路。3.5、穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)4、5設(shè)計(jì)原理：直流穩(wěn)壓電源由電源變壓器，整流，濾波和穩(wěn)壓

11、電路4局部組成。電源變壓器是將交流電網(wǎng)220V的電壓變?yōu)樗璧碾妷褐?，然后通過整流電路將交流電壓變成脈沖的直流電壓。經(jīng)過濾波電路加以濾除，得到平滑的直流電壓。穩(wěn)壓電路的作用是當(dāng)電網(wǎng)電壓波動(dòng)，負(fù)載和溫度變化時(shí)，維持輸出直流電壓穩(wěn)定。本例采用三端穩(wěn)壓器LM7812、 LM7912、LM7805、LM7905設(shè)計(jì)了一個(gè)可提供正負(fù)對稱電壓的可調(diào)穩(wěn)壓電路。此穩(wěn)壓電路可提供四路輸出，兩對正負(fù)對稱電壓。此處得到了和直流電源。設(shè)計(jì)圖如圖6 圖10 直流穩(wěn)壓電源電路4、仿真1根據(jù)電路設(shè)計(jì)圖在仿真軟件中進(jìn)行仿真。2仿真結(jié)果仿真結(jié)果如圖5所示：下列圖所示為中風(fēng)速睡眠風(fēng)圖11 家用風(fēng)扇控制器仿真圖5主要儀器與設(shè)備 軟

12、件Multisim 106設(shè)計(jì)體會(huì)與建議 通過這次課程設(shè)計(jì)，加強(qiáng)了我們動(dòng)手、思考和解決問題的能力。在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中，我們設(shè)計(jì)了一整套電路原理圖、仿真圖，受益頗深??！此外，通過這次課程設(shè)計(jì)使我懂得了理論與實(shí)際相結(jié)合是很重要的，只有理論知識是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論知識與實(shí)踐相結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會(huì)效勞，從而提高自己的實(shí)際動(dòng)手能力和獨(dú)立思考的能力。在設(shè)計(jì)的過程中遇到問題，可以說得是困難重重，這畢竟第一次做的，難免會(huì)遇到過各種各樣的問題，同時(shí)在設(shè)計(jì)的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的缺乏之處，對以前所學(xué)過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固。這次課程設(shè)計(jì)終于順利完成了，在設(shè)計(jì)中遇到了很多專業(yè)知識問題，最后在老師的辛勤指導(dǎo)下，終于游逆而解。同時(shí)，在老師的身上我們學(xué)也到很多實(shí)用的知識，在次我們表示感謝！同時(shí)，對給過我?guī)椭乃型瑢W(xué)和各位指導(dǎo)老師再次表示忠心的感謝！我希望學(xué)校能對學(xué)校的實(shí)驗(yàn)儀器以及科學(xué)文獻(xiàn)更加開放給學(xué)生，這樣學(xué)生才能更多地將理論用于實(shí)際，獲得最新最前沿的知識。參考文獻(xiàn)1.羅會(huì)昌.電工電子