电工学课程设计-家用风扇控制器

课程设计（任务书）设计题目：家用风扇控制器同组人：院系专业年月日

目录一、课程设计任务、要求 21、任务 22、要求 23、设计目标 3二、设计总体思路、基本原理和框图 31、设计总体思路 32、基本原理 33、系统设计框图 4三、各部单元电路设计 51.状态锁存器电路 52.触发脉冲电路（控制电路部分） 63.控制风速部分 84.控制风种部分 95．555多稳态电路（周期为8秒的脉冲产生电路） 11四、总电路设计 12五、Multisim仿真分析 13六、安装调试 14七、总结与体会 14八、元器件清单 18九、已实现的功能 19参考文献 19一、课程设计任务、要求1、任务我们小组的任务是设计并制作一个家用风扇控制器。1、根据要求设计电路；2、利用Multisim软件对设计的电路进行仿真功能验证；3、实际连电路，实现各功能。2、要求1、控制器面板为：按钮三个，分别为风速、风种和停止。LED指示灯9个，指示风速强、中、弱，风种为睡眠、自然和正常，指示电机转速强、中、弱。2、电扇处于停转状态时，所有指示灯不亮，只有按下“风速”键时，才会响应，进入起始工作状态；电扇在任何状态，只要按停止键，则进入停止状态。3、初始状态为：风速弱，风种正常；4、按“风速”键，其状态由“弱、中、强、弱、……”循环；5、按“风种”键，其状态由“正常、睡眠、自然、正常、……”循环；6、当风种变为“睡眠”时，风速自动变回状态“弱”，此时，“风速”键不起作用；7、风速的弱、中、强对应电扇的转动由慢到快；8、风种要求：正常电扇连续运转；自然－电扇模拟自然风，即转4s，停4s；睡眠—电扇慢转，产生轻柔的微风，转8s，停8s；3、设计目标1、根据需求分析设计所需电路。2、熟悉电路中用到的个集成芯片的管脚及其功能。3、进行电路的装接、调试，直到电路能达到规定的设计要求。4.写出完整、详细的课程设计报告二、设计总体思路、基本原理和框图1、设计总体思路本次试验设计的家用电风扇控制逻辑电路应包含状态锁存电路、脉冲触发电路、风种控制电路。电路中有三个控制开关：第一个开关控制弱、中、强三种风速，并且实现状态循环；第二个开关控制风种，风种分为正常风、自然风、睡眠风。其中正常风时电机连续转动，产生持久风；自然风时电机转动4秒、停止4秒，产生阵风；睡眠风时电机转动8秒、停止8秒，产生轻柔的微风。开关也可以控制风种状态循环；第三个开关可以使风扇停止工作。2、基本原理当风扇处于停止状态时，按下控制风速的按钮时使表示三种风速的发光灯泡以显示不同的风速状态，而按下控制风种的按钮时可以使表示三种风种的发光二极管以显示不同的风种状态。风种分为正常风、自然风、睡眠风。正常风为持久风；自然风为转动4秒停止4秒的阵风；睡眠风为转动8秒、停止8秒轻柔的微风。而风种的输出可以用数据选择器选择输出，再使用555发生器产生方波脉冲实现自然风与睡眠风的状态。3、系统设计框图输出电路风速选择电路风速选择按钮输出电路风速选择电路风速选择按钮停机停机风种形成电路风种选择电路风种选择按钮风种形成电路风种选择电路风种选择按钮脉冲信号发生电脉冲信号发生电它的运行状态如下图： 风速强中弱风风 风速 强中弱风风 停 停止 止 风速 停止停止停止 风速 停止停睡眠 止睡眠正常自然 风种正常自然 风种 风种三、各部单元电路设计1.状态锁存器电路四D触发器74LS175为状态锁存器。“风速”、“风种”两种状态锁存器电路均采用二片4D触发器74LS175构成，每片三只D触发器的输出端分别与三个状态指示灯相连。每片74LS175的清零端（R）均与停止键（K3）相连。CLK为时钟输入端，上升沿有效。CLR为清零端，低电平有效。它的主要特性为：当清除端（CLR）为低电平时，输出端Q为低电平，在时钟（CLK）上升沿作用下，Q与输入端D相一致，当CLK为高电平或低电平时，D对Q没有影响。它可以实现调节风速变化的功能。74LS175的功能表和管脚图如下所示。输入输出CLRCLKDQ～Q0××011↑1101↑00110×Q0～Q074LS175的功能表74LS175的管脚图2.触发脉冲电路（控制电路部分）图一图一为电风扇的控制电路部分，开关A为风速控制开关，开关B为风种控制开关，开关C为停止开关。风扇不工作时，开关A、B、C均断开，风扇工作时，开关A和C为断开状态，开关B为闭合状态。在风扇不工作时，状态锁存器的输出～Q1、～Q2、～Q3均为1，，当ST=0时，表示电扇运转；当ST=1时，表示电扇停转。四个与非门的作用是实现“在风扇停转是，只有按下开关A，风扇才会有响应”的功能。CP为控制电路输出给风种部分的脉冲开关C控制的是风速和风种部分的清零端，清零端低电平有效，当开关C断开时，输出高电平，风扇正常运转；当开关C闭合时，输出低电平，实现清零功能，风扇停转。如下图所示，当电扇处于停转状态时，按K2电扇没有响应，只有按K1后电扇才开始运转。电扇正常运转时，CP的脉冲跟K2一致。3.控制风速部分图二图二所示为电风扇的风速部分，开关A为风速控制开关，74LS175为四D触发器，74LS08D为与门,7432N为或门。开关A闭合再打开为一个脉冲，每发出一个脉冲，风速按照“弱风→中风→强风→弱风”的顺序依次循环。CLK的顺序Q1Q2Q3风速0000停止1100弱风2010中风3001强风表二4.控制风种部分图三74LS151为8选1数据选择器，A、B、C为选择输入端，D0-D7为数据输入端，Y为数据输出端，W为反码数据输出端，功能表和管脚图如下所示。当CP输入脉冲信号时，风种按照“正常→自然→睡眠→正常”的顺序循环变换。当电扇处于停机状态是A=0,B=0,C=0，74LS151输出D0，D0为低电平。当电扇处于正常状态是A=1,B=0,C=0，74LS151输出D1，D1为高电平。当电扇处于自然状态是A=0,B=1,C=0，74LS151输出D2，D2为周期为8秒的脉冲。当电扇处于睡眠状态是A=0,B=0,C=1，74LS151输出D4，D4为周期16秒的脉冲。将C和Y引出到风速部分，通过风速部分的逻辑门控制风扇运转5．555多稳态电路（周期为8秒的脉冲产生电路）电容C的充电过程为Ucc——R1——D2——C——地，因而T1=0.7*R1*C电容C的放电过程为C——D1——R2——T——地，因而T2=0.7*R2*C振荡器周期为：T=T1+T2=0.7*(R1+R2)*C占空比为：D=T1/T2=R1/(R1+R2)产生占空比为0.5，周期为8秒的时钟信号。四、总电路设计操作步骤：首先给A一个脉冲（将开关A闭合再打开），而后闭合开关B，这时显示弱风和正常风的灯亮，再给A一个脉冲，中风和正常风显示的灯亮，再给A一个脉冲，强风和正常风显示的灯亮。而后依次循环“弱--中--强”（改变的只是风速）。如果给B一个脉冲，则风种由正常风变成自然风，而且风速部分每4秒变化一次，“亮--暗--亮--暗”，再给B一个脉冲，风种变成了睡眠风，此时风速自动变成弱风，并且每8秒变化一次，“亮--暗--亮--暗”。若给C一个脉冲，则整个装置就会停止运行五、Multisim仿真分析1、控制开关K1和K2实现风种、风速的选择，仿真结果如下图一（图中风速为强风，风种为正常风）图二显示的是自然状态下，风速自动实现4秒一亮，4秒一暗图三显示的是睡眠状态下，风速自动转换到弱风，并实现8秒一亮，8秒一暗在控制K1（风速）过程中，每循环一次风速，风种不会改变，只是在弱中强三个状态下变化，对其他的电路没有影响。改变K2也只是改变正常风、自然风、睡眠风三个状况。2、控制开关K3，实现停机功能。仿真如下图所示（图中的显示灯都为熄灭状态）六、安装调试在确定了电路、领好元器件之后，首先对电路进行了布局。采取的方法是分块连接电路，共分成了三部分。首先连接的是风速控制电路部分，在连接完这部分电路之后，发现总是不亮灯。检查后发现开关电路不稳定，修改开关电路后实现了效果，电路基本能正常工作。接着连接风种控制部分，发现电路虽然可以工作，但是并没有得到预期的效果。按下控制风速风种的开关时，灯虽然能亮，但是并不能按照规律进行变化。首先对照电路进行了检查，并将一些接触不好的线换掉。在调试第一部分和第二部分连接后的电路时，发现灯都不亮了。仔细检查电路后发现电路板的一个接地端断了，补修电路后实现了所需效果。在调试第三部分电路时由于实验室没有所需电阻和示波器的限制，一开始并没有得到方波，经过老师的调整能看到一个点在示波器的显示屏上闪动，但是通过观察发现，这个点有高低电平的变化，并且高低电平都能持续一段时间，说明已经得到了方波实现所需的效果。将电路整体调试时，电路调试成功得到了应有的效果。在电路调试过程中，导线总是脱落电路板对电路调试造成困难，并且导线也有的已经断了，对调试带来不必要的麻烦七、总结与体会八、元器件清单74ls08D与门10个74ls32N或门1个74ls74D2D触发器6个74ls00D与非门5个74ls151D八选一数据选择器1个电容4000pf10nf各一个电阻10kΩ50kΩ各一个二极管2个九、已实现的功能

根据设计要求，我们的“家用风扇控制器”已实现以下功能：

1、处于工作状态时，有：

○1初始状态为：风速弱，风种正常；

○2按“风速”键，其状态由“弱、中、强、弱、……”循环；

○3按“风种”键，其状态由“正常、睡眠、自然、正常、……”循环；

2、风速的弱、中、强对应电扇的转