家用电风扇控制电路设计报告

1、家用电风扇控制电路设计报告目录1 .设计任务和要求 (2)2 .设计的方案的选择与论证 (3)3 .电路设计计算与分析 (4)4 .总结及心得 (19)5 .附录 (20)6 .参考文献 (21)1一.设计的任务和要求【设计任务】1 .实现电风扇风速强、中、弱控制（一个钮控制循环）：使用一个“风速”按键来循环控制风速的变化。当电风扇出于停止状态时 按下该键，风扇启动并出于弱风、正常风状态，风扇启动后，依次按下“风 速”键，风速按着“弱一一中一一强一一弱”依次变换。2 .实现自然风、正常风两种风态（一个钮控制循环）：使用一个“风种”按键来循环控制风种的选择。当风扇处于停止状态时按 下该键风扇不能

2、启动，当风扇处于工作状态时，依次按下“风种”键，风速随 着“正常风一一自然风一一正常风”的状态变化。3 .led显示状态：用8个led灯来显示“风速”、“风钟”、“定时”的各种工作状态。4 .定时关机功能（以小时为单位）：用555定时器构成单稳态触发器来实现电路的定时控制，改变电路本身的 参数即改变电路暂稳态维持时间的长短，从而实现不同时长的定时。【设计要求】1 .完成电路的理论设计2 .参数的计算和有关器件的选择3 .对电路进行仿真4 .撰写设计报告书一份：a3图纸至少一张。报告书要求写明以下主要内容： .总体方案的选择与设计 .各个单元电路的选择和设计 .仿真过程的实现二.设计的方案的选择

3、与论证【方案一】本方案的电路包括五部分：.状态锁存电路，.触发脉冲电路，.风速 控制电路，.风种控制电路，.单稳态定时电路。本方案基本实现了风速、风种及开关六种状态的控制，但是还存在一些问题。风速、风种的控制没有很好的分开。当风速循环控制一次时，风种状态会 跟着变化一次。风速、风种或定时有时按下按键时，会产生不稳定的单次脉 冲，致使状态不能有规律的进行变化。这是必须进行改进的。【方案二】本方案是对方案一进行改进，修正之后得到的。本电路包括六个部分：.状态锁存电路，.触发脉冲电路，.风速控制电路，.风种控制电路，. 单稳态定时电路，.消抖电路。本方案比较完美的实现了设计要求。首先，风速、风种的实

4、现分别独立了，可以单独的实现。单次脉冲的产生更加稳定，能够较好的控制电路。将方 案一和方案二进行比较，很明显应该选择方案二。三.电路设计计算与分析本设计中，家用电风扇控制逻辑电路在控制电风扇的工作方式时，主要依 靠风速，风种，定时三个状态的改变来完成，而这三种状态均需要状态锁存器 来保存其变化状态，再通过输入脉冲来改变它的状态。对于三个状态，各用一个状态锁存器来保存相应的变化状态，下面我们将 系统的对三个状态进行逻辑设计。1 .风速状态锁存器的设计“风速”有三种工作状态和一种停止状态需要保存和指示，因而对于每种操作都可采用三个触发器来锁存状态，触发器输出1表示工作状态有效，0表示工作状态无效，

5、当三个输出全为 0,则表示停止状态。为了简化设计，可以 考虑采用带有直接清零端的触发器，这样将“停止”键与清零端相连就可以实 现停止的功能。风速状态锁存器的设计步骤如下：.由图1.1所示的风速状态转换图可以得到表1.1所示的风速转换状态真值表:q2nqnqnq2n+1qn+1qn+1功能000001停止f弱001010弱一中010100中强011xxx未用100001强一弱101xxx未用110xxx未用111xxx未用表1.1风速转换状态真值表.根据表1.1可以得到qn+1的次态卡诺图，如图1.2所示:n+1q01nqn 00011110001010x100001xxx01图1.2q+1的次

6、态卡诺图.由图1.2求出qn+1的表达式如（1-1）：广 qn+1 = q1n - qn次态方程 clk1q 1q2q 2q3q 3q4q 4q 3三二6 _ao o11 _a5 d474ls175n图2.3风种状态锁存器原理电路3.时间状态锁存器设计定时器也有三个工作状态，分别是 1小时、2小时、3小时，以及一种停止 指示状态，因而对于每种操作都可以采用三个触发器来锁存状态，触发器输出1表示工作状态有效，0表示无效，当三个输出全为0则表示停止状态。为了简 化设计，可以考虑采用带有直接清零端的触发器，这样将“停止”键与清零端 相连就可以实现停止的功能。.定时器状态换图如图3.1所示:13000

7、001非定时1小时1000103小时2小时图3.1定时器的状态转换图.由图3.1可得时间锁存器的状态转换真值表如表3.1所示:-nq2-nq/nq/n+1q2/n+1q/n+1q功能0000011小时0010102小时0101003小时011xxx未用100000非定时101xxx未用110xxx未用111xxx未用表3.1时间锁存器的状态转换真值表.根据表3.1可得到。+1的次态卡诺图如图3.2所示001010x100000xxx01111 001图3.2d+1的次态卡诺图.由图2.8求出qn+1表达式如（3-1 ）q qn+1= q1n次态方程j qn+1= qon（3-1）q i on+

8、1 = q2n qn qon.驱动方程：若选用d触发器来实现电路，则其驱动方程见（3-2）:心2= qn(3-2)驱动方程d d = qniq = q2n.qn.qn.用d触发器实现风种状态锁存器的原理性逻辑图如图3.3和图3.4所示，电路采用同步时钟 cp控制dli口图3.3定时状态锁存器原理电路70u22 882822451213dddd1234clr clk1q 1q2q 2q3q 3q4q 4q27（二632074ls175nu6a74ls11n图3.4定时状态锁存器原理电路4 .触发脉冲形成电路风速和定时锁存电路的输出信号状态的变化依赖于各自的触发脉冲。在风速状态的锁存电路中，可以利

9、用风速按键所产生的脉冲信号作为d触发器的触发脉冲。在定时状态的锁存电路中，可以利用定时按键所产生的脉冲信号做为d的触发脉冲。而风种状态锁存器的触发脉冲 cp则应由风速、风种按键的信号二者组合而成。即先要有风速，然后才能实现风种的变换。cp的逻辑表达式为：cp=k(q+q+q)式中k为风种按键，q, q,q为强、中、弱三种风速控制信号，这样即表达了 “先有风速，然后才能实现风种的变换”的意思5 .风种模式的实现系统要求最后设计的电风扇具有“正常” “自然”两种风种，在“正常”状态下电风扇持续转动，在“自然”状态下，电风扇转4s停4s。.脉冲信号输出的实现过程如图5.1所示：vdd5vc51011

10、 fa1vccrstout disthrtricongnd555_virtual47*r13 100。 w 1%c110nf图5.1 脉冲信号输出电路.这是一个由555定时器构成的多谢振荡电路，它的脉冲周期计算如 表达式(5-1 ):t=0.69(r1+2r)c=0.69x (5.76+2 x 287) x 103x 10x 10-6=4.003s (5-1 )由于r2远大于r1,所以它将输出一个周期为8s的方波脉冲，将这个脉冲 直接接入电机控制端就可以实现电风扇“自然”状态下的运转。.这样，我们就已经具备了实现了风种状态转换的两种脉冲信号，接下来 要做的就是通过风种脉冲c p来选择输出的到底

11、是哪一个信号了。由于风种状 态有两个，所以我们可以用一个具有三个地址选择端的八选一数据选择器来实 现。把其中一个地址端接为高电平就行啦。八选一数据选择器的真值表如表 5.1所示:gcbayw1xxx010000d0f0001d1d0010d2p0011d3f0100d4p0101d5下0110d6p0111d7p表5.1 八选一数据选择器的真值表选择控制端(地址端)为 a r c,按二进制译码，从8个输入数据dod7 中，选择一个需要的数据送到输出端 q g为使能端，低电平有效。使能端g= 1时，不论a、b、c状态如何，均无输出(q= 0,b= 1),多路开关被禁止。使 能端g= 0时，多路开

12、关正常工作，根据地址码 a、a、ao的状态选择口口中 某一个通道的数据输送到输出端 q如：cba= 000,则选择d0数据到输出端， 即q= c0o如：cb/001,则选择d数据到卒&出端，即q= d,其余类推。输出表达式为：w= d0 (cba) +d (cba) +d2 ( c b a) +d3 (cba) +d ( c b a)+d5 (cba) +c6(cba) +d7(cba)(5-2)所以，令 c=d5=1, dfd=g=0,dfcp=1/8，则w=a b+d6( a b)=q q+d( q7 q) _y,正常 自然由此得到如图5.2所示的风种方式控制电路：47113116f215

13、 14 1312z把9_7-0q门284567 g dddddddd abc vcc74ls151nvcc5v图5.2 风种方式控制电路至此，风种脉冲的输出已经实现，也就是说，电风扇的风种状态的逻辑电 路已经完成，同样，由于风速状态的实现只需要风速状态锁存器就可以实现， 所以风速状态的逻辑电路设计也已完成。6 .定时功能的实现具备定时功能的电风扇，自身应该具备时钟脉冲的输出功能，也就是说在它内部，可以不依靠外界实现定时。在本设计中，我们应用 555定时器构成三个单稳态触发器，分别使其输出1小时，2小时，3小时的时钟脉冲，将定时锁存器的输出作为它的输入脉冲，则可实现在不同的状态下输出不同时间段的

14、定时脉冲。图6.1所示为一个555单稳态触发器构成的定时1小时的逻辑电路示意图：vcc图6.1 555构成的单稳态触发器定时计算公式如下(6-1 )tw =1.1rc=1.1r4c4(6-1 )代入图6.1中的数据，可求的输出时间大约为 1小时。同理，通过改变电阻以及电容的值，可设计出定时2小时，3小时的单稳态触发器，从而完成三个不同时段的定时需求。完成定时电路后，将输入输出通过各类门电路的组合逻辑设计，可得出定 时控制的输出电路。7 .定时控制电路的实现.时间状态锁存器在3中已设计，已知q=1表定时3小时；q=1表定时2 小时；q=1表示1小时定时，分别用单稳态触发器输出的定时脉冲dw dw

15、zdw实现，单稳态触发器输出脉冲 dw- dw与q、q、q之真值表如表7.1 ,其 中y为接电机的控制信号：qqqdwdwdwy功能000xxx1非定时00100111小时01001012小时10010013小时表7.1dwidw与qq关系真值表.表7.1得到输出方程为：y= & -万- qb + q0 - dw + qi - dw+ q2 dw则定时控制电路的原理电路如图 7.1所示:118u18a74ls32n8687图7.1定时控制原理电路8 .电风扇控制端的设计综上，我们已经分版块的设计出了电风扇的风速，风种，定时，以及各种 脉冲的输出部分，现在我们要做的是，把输出的风速，风种，定时功

16、能进行整 合，最终输出到电机，控制电机的转动。这是一个简单的组合逻辑设计过程，相比上面的各部分设计来说，这个就 显得很简单了，所以我们省去设计过程，只给出最后的逻辑电路如图8.1所示:128129r10820。5%r11aaa412。1%1319q15u19a74ls11nu9a74ls11nr12 ja/v 130205。 1%图8.1电机控制端逻辑电路示意图9 .电机动机的接入方式实验中，我们最终将接入一个5v的直流小风扇来充当电机。我们将应用三 极管放大电路，将弱信号装换为电机的驱动电流，最终实现单转速单风种的小 电扇到家用多功能电风扇的改装过程。电动机的驱动电路如图9.1所示:128r

17、10wv820。5%r11129412。1%r12二一130205。1%1315vvccs1vcc motorq62n29240图9.1 电机驱动电路10 .消抖电路利用电容两端的电压不能突变的特性，将其并联在机械触点两端，消除接 触抖动产生的毛刺电压。按下按钮开关，电容短路，快速放电，电容两端电压 为0;开关弹回时，整个电路形成 rc充电电路，其时间常数为 rc,电容两端 电压为vc,控制电压低于0.3xvcc,保证开关不会出现高低变化情况，只是有 低到高，这样就防止抖动了，即起到了消抖的作用。消抖电路如图10.1所示vccj35vvcey=ac7-ii100nf16r710k。5%图10.

18、1消抖电路四.总结及心得这是一次比较系统的电路设计，是一次将理论与实践相结合的实践。其中 包括了电路的设计，资料的查找，分析问题解决问题的能力，甚至还是对焊接 技术及审美观念的一个考验。如果不能以一种认真的态度去面对这次实践，而 只是简简单单的在书本之中寻找到一个电路图，并将其简单的焊接起来。那就 失去了本次电子课设的意义了。已经选择了电子信息工程这一个专业，那就没 有任何的理由不去提高自己的动手能力了。本次设计中给我最深的印象是：如何发现电路是存在抖动的问题，同时有 应该如何的将其解决。在发现了发光二极管不能按照要求来循环点亮时，并确 定电路原理没有任何问题时。我们提出是开关的抖动造成的，可

19、是如何去验证 它呢？我们抓住了问题的实质，既然开关是为了给电路提供秒脉冲信号。那就 将开关直接断开，用函数信号发生器来提供秒脉冲信号。结果证实了我们的推 断。接下来我们就有针对性的去解决问题了，就是去寻找资料去消抖。接下来 的问题就迎刃而解了。任何电路的设计都不是只存在一个电路。它是有各个小 模块组成的，因而在电路的设计中就必须注意将电路模块化。这样才能有针对 性的将问题解决。如果我们不将电路模块化，而只是一个劲的将电路连接好。 只怕当我们连接完检查电路之时，我们自己都不知道从何处下手。同时，电路 的连接或多或少的存在一些问题，很少在连接完成的时候，电路不存在任何的 问题。在遇到问题时我们要做的是去分析问题解决问题，而不是气愤，埋怨。虽然比较好的将电路完成了，但是还是发现