家用电风扇逻辑电路设计

1、成绩课程设计说明书题目： 家用电风扇控制逻辑电路设计 课程名称： 数字电子技术 学 院： 电子信息与电气工程学院 学生姓名： 学 号： 专业班级： 指导教师： 张 天 鹏 2014年6月6日课 程 设 计 任 务 书设计题目家用电风扇控制逻辑电路设计学生姓名所在学院电子信息与电气工程学院专业、年级、班设计要求： 1、设计制作一个家用电风扇控制逻辑电路； 2、用一个按键实现风速强、中、弱的循环控制； 3、用LED灯显示风速的状态。学生应完成的任务： 完成循家用电风扇控制逻辑电路设计，利用Multisim软件进行电路功能仿真，利用Altium Designer软件绘制电路原理图，设计制作电路的PC

2、B板，对电路进行安装、调试，并提交课程设计报告。参考文献：1 秦长海，张天鹏，翟亚芳.数字电子技术M.北京：北京大学出版社，2012.2 谷树忠.Altium Designer教程-原理图、PCB设计与仿真M.北京：电子工业出版社，2010. 3 邱关源，罗先觉.电路（第五版）M.北京：高等教育出版社，2006.工作计划：5月26日5月27日，利用Multisim软件完成电路功能仿真；5月28日5月30日利用Altium Designer软件完成电路原理图设计和PCB板设计；6月3日6月5日完成PCB板制作、电路安装与调试工作；6月6日，提交课程设计报告。任务下达日期： 2014年 5月26

3、日任务完成日期： 2014年6 月 6日 指导教师（签名）： 学生（签名）：家用电风扇控制逻辑电路设计摘 要：设计了一个家用电风扇控制逻辑电路，该电路可以实现用一个开关控制风速强、中、弱的功能。该电路是由触发脉冲形成电路、控制电路、按键反馈电路构成，电路由SN74LS175D、SN74LS00器件来实现。经Multisim仿真测试，该电路可以实现用一个四角开关让三个LED灯交换发亮的功能。利用Altium Designer软件对电路图进行了原理图设计和PCB设计，并对电路进行了安装和调试，并能正常工作。关键词：电风扇；SN74LS174D;SN74LS00;电路仿真；Altium Design

4、er目 录1.设计背景11.1 社会发展11.2 设计背景12.设计方案12.1 状态锁存器22.2 触发脉冲的形成23. 实施方案23.1 家用电风扇控制逻辑电路功能仿真3 3.2 Altium Designer原理图设计53.3 PCB板电路图设计63.4 安装和调试74.结果与结论74.1 结果74.2 结论75.收获与致谢86.参考文献8 7.附录8 7.1 元器件清单87.2 实验电路图9 1. 设计背景1.1 社会发展 目前，人们长期使用的电风扇是采用机械控制，功能少，一个按键智能控制一种风速。另外，功耗大，易发热，体型笨重。随着经济水平的提高，家用电风扇在各个家庭里已经普遍存在。

5、生活水平的提高让人们对家用电器的要求越来越高，人们想要家用电器智能化以及人性化。作为家里普遍存在电器，电风扇的智能化以及人性化尤为重要。虽然在国内外，有关家用电风扇控制逻辑电路设计技术已经相当成熟，但并不妨碍我们的设计，而本次家用电风扇控制逻辑电路设计就是为了解决电风扇智能化、人性化这一问题。1.2 设计背景 D1:弱 D2：中 D3：强 S1：风速 本次实验设计的家用电风扇控制逻辑电路中包括了脉冲触发电路、控制逻辑电路、按键反馈电路，实验用一个开关控制风速的弱、中、强，从而实现状态循环。一经启动后，再按动“风速”开关，开始循环在弱、中、强三种状态中的一种；设计中风速的弱、中、强对应电风扇转的

6、慢、中、快。弱 中 强其中所用元件作用。1、 电阻、电容：消抖 2、 四角开关：与CLK相连形成脉冲3、 二极管：显示风速大小4、 SN74LS175D:定时器状态所存电路5、 SN74LS00D：使单次脉冲更加稳定2.设计方案2.1 状态锁存器 “风速”操作产生三种工作状态和一种停止工作状态需要保存和指示，因而，对于此操作采用三个触发器来锁存状态，触发器输出状态为1，则为有效状态，输出为0，则为无效状态，如果三个输出全为0，则为停止状态。 为了简化设计，用带有直接清零端的触发器。所得图如图1所示。 停止 弱 中 强 弱 000 001 010 100 001 图1 工作原理图 根据图1的转换

7、图，可得到Q3n+1,Q2n+1,Q1n+1的状态表，如表1所示。表1 Q0n+1,Q1n+1,Q2n+1的状态表Q3nQ2nQ1nQ3n+1Q2n+1 Q1n+1001010010100100001 根据表1，可得到Q3n+1,Q2n+1,Q1n+1的输出逻辑表达式： = = =2.2 触发脉冲的形成根据前面的逻辑表达式，我们用D触发器建立起“风速”锁存电路。利用“风速”按键（S1）所产生的脉冲信号作为D触发器的触发脉冲。设ST为电扇的工作状态，ST=0停止工作；ST=1正常工作。得到表，如表2所示。表2 ST的信号状态表强（Q2n）中(Q1n)弱（Q0n）ST000000110101100

8、13. 方案实施3.1 家用电风扇控制逻辑电路功能仿真 根据所学，画出原始状态转换图，如图2所示.001100010001 000图2原始状态转换图根据状态转换图画出状态转换表，如表3所示。表3 状态转换表 转换次序 原始状态状态分配输出状态CLKS Q3n Q2n Q1n Q3n+1 Q2n+1 Q1n+10S0 0 0 0 0 0 11S1 0 0 1 0 1 02S2 0 1 0 1 0 03S3 1 0 0 0 0 1 根据状态转换表画次态卡诺图，如图3所示。Q3n+1Q2n+1Q1n+1 Q2nQ1n 00 01 11 10 001010100001Q3n 0 1 图3次态卡诺图 卡

9、诺图分解图，如图4、图5、图6所示。Q1n+1 Q2nQ1n 00 01 11 101001Q3n 0 1图4卡诺图的分解Q2n+1 Q2nQ1n 00 01 11 100100Q3n 0 1 Q3n+1图5卡诺图的分解 Q2nQ1n 00 01 11 100010Q3n 0 1图6卡诺图的分解 从卡诺图中得到电路的状态方程： = = = D触发器特性方程： = 由此可得： = = = “风速”状态锁存器电路采用一片4D触发器74LS175构成，然后在4D触发器上的两只D触发器输出端与三个LED灯相连，用LED灯的亮或灭表示“风速”的弱、中、强。 键J2按动后形成的触发信号作为“风速”状态锁存

10、电路的触发信号。 从而得到仿真电路图，如图7所示。图7 Multisim仿真电路3.2 Altium Designer原理图设计 根据Multisim仿真电路，用Altium Designer进行原理图设计，SN74LS175属于一个4D触发器，输出信号与相应的输入信号相同。得到 Altium Designer原理图，如图8所示。图8 电风扇原理图设计3.3 PCB板电路图设计 根据Altium Designer原理图设计，在确认设计完全正确后，利用PCB向导做出PCB原理图，其中板子大小采用50mm60mm的规格，以及SN74LS175、SN74LS00采用双面直插包装，另外我们使用单面板及

11、单层布线，从而达到用最少的材料制成同种功能的板子。PCB原理图如图9所示。图9 PCB布线图3.4 安装和调试 在板子上插入各元器件，分别焊接，焊接完成后用直流电源检测其功能，发现三个灯常亮，不能完全按要求工作。通过检查原理图发现两个电源所标不同，导致不能正常工作，改正原理图，可以正常工作。 4. 结果与结论4.1 结果 通过两个星期的从Multisim仿真到Altium Designer原理图设计再到 PCB板电路图设计，最后得到如下所示的电风扇设计的板子。实物图如图10所示。 图10 电风扇实物图4.2 结论 设计主要通过数字电路知识并将电路模块化，逐步实现设计所需达到的功能要求。用了一个

12、四角开关与CLK相连形成脉冲，经过一个简单的开关控制，用发光二极管显示风速大小，最后得到控制“风速”弱、中、强的效果。通过上文所述，可以看出本次设计所采用的元器件数量最少，功能相同，经济实惠，所实现功能效果良好。5. 收获与致谢 这是一次比较系统的电路设计，是一次将理论与实际相结合的实践。其中包括了资料的查找问题，问题的分析问题，解决问题的能力，以及电路的设计问题，还有可能会使设计时排版美观的问题。 通过本次课程设计，我学到了很多，其一就是让我懂得了理论与实际相结合的重要性。另外让我更深层次的接触到了专业课程，不仅掌握PCB设计软件的应用，还掌握multisim、proteus等电路仿真软件的

13、应用，同时还掌握了电路的安装与调试的一般方法以及设计说明书的撰写方法，为专业课学习和从事科学研究打下了良好的基础。这都要谢谢我的指导老师张天鹏老师，以及我的两个合作伙伴和我的朋友们，正是有了他们的指导，我才能够在本次设计中圆满完成。6. 参考文献1 童诗白.模拟电子技术基础M.北京：高等教育出版社，2005. 2 臧春华.电子线路设计与应用M.北京:高等教育出版社，2005.3 邱关源，罗先觉.电路（第五版）M.北京：高等教育出版社，2006.4 秦长海，张天鹏，翟亚芳.数字电子技术M.北京：北京大学出版社，2012.5 谷树忠.Altium Designer教程-原理图、PCB设计与仿真M.北京：电子工业出版社，2010.7. 附件7.1 元器件清单元器件清单，如表4所示。表4 元器件清单序号类型型号数量1SN74LS175Ddip161个2SN74LS00Ddip141个3发光二级管3个4电阻1002个5电容0.1F1个6四角开关1个7电源7.2 实验电路图仿真电路图，如图11所示。图11 Multisim仿真电路 电风扇原理图