电风扇课设报告.docx

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电风扇课设报告电风扇课设报告摘要随着我国经济的发展，居民家中的电器是越来越多，电风扇也成为了我们生活中必不可少的家用电器。

以前的台式电风扇和落地式电风扇都是采用机械控制，主要控制风速和风向。

然而随着电子技术的发展，目前的家用电风扇大多采用电子控制线路取代了原来的机械控制器，是电风扇的功能更强，操作也更简便。

使电风扇的使用变得更为人性化。

做这次课题的目的为了加强对所学课程的进一步了解，巩固电子技术基础课堂教学内容，培养学生综合设计能力，强化学生的实际动手能力，提高学生综合应用能力水平。

经过一系列的分析、准备。

本次课题设计除在美观方面处理得不够得当之外。

本次电路设计完成除定时外的所有设计要求。

关键字：

电风扇逻辑控制单稳态定时循环脉冲前言前言科学技术是第一生产力。

科技使我们由手工时代进入了现代的电器时代。

同时科技在国家的国防事业中发挥了重要的作用，只有科技发展了才能使一个国家变得强大。

而作为二十一世纪的主义，作为一名大学生，不仅仅要将理论知识学会，更为重要的是要将所学的知识用于实际生活之中，使理论与实践能够联系起来。

电子课设是将理论与实践相结合的一个非常重要的环节，是一个能真正能提高学生动手与实践能力的环节。

家用电器已经变得极为普遍，成了我国家庭中最为普及的家用电器之一。

随着近几年我国经济的快速发展人们的生活水平也逐渐提高了，人们对家用电器的要求也越来越高。

人们希望家用电器能够实现智能化及人性化。

而作为人们生活中比不可少的家用电器，电风扇的智能化及人性化的设计就显得尤为重要。

家用电风扇控制逻辑电路设计就是针对这一问题而研究设计的。

以前的家用的电风扇一个按键只能控制一种风速，而且无法对其风种进行控制，无疑这样的电风扇存在一定的弊端，从而限制了电风扇的进一步普及。

通过逻辑电路设计之后的电风扇。

只需要三个按键就可以循环控制风速、风种及开关状态。

实现了电风扇的人性化。

在国内外，家用电风扇的逻辑控制技术已经相当成熟。

但是这一点并不能说明我们的这次课设就没意义。

因为其中对逻辑电路进行设计分析的思路仍然值得我们去学习和研究。

又因为其简单、易做、易设计。

对设计材料无特别要求的特点。

使得家用电风扇控制逻辑电路设计这一课题广泛运用于电子课设中。

本次课题设计目的是：

设计家用电风扇控制逻辑电路，由三个按键分别控制风速、风种以及开关，并分别用发光二极管显示状态。

附加按键提示音及定时功能。

这些功能的增加都是为了提高电风扇器件本身的人性化。

为实现风速的循环控制，循环部分有74LS08、74LS175组成了移位计数器。

从而实现了风速的循环控制。

风种循环控制部分要是通过74LS00、74LS08芯片构成触发脉冲信号，再经过74LS151数据选择器进行风种选择。

附加部分通过74LS32芯片以及蜂鸣器组成按键提示音部分。

时部分由555,、定时部分是有555芯片产生秒脉冲来控制74LS192数字减数器使其实现定时功能。

通过74LS48译码器及一个共阴数码来显示定时的时间及风扇运行剩余的时间。

第一章第一章设计任务及基本要求设计任务及基本要求【基本要求】1.实现风速的强、中、弱控制（个按钮控制，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“弱中强弱”依次变换。

2.实现风种的“睡眠风”、“自然风”、“正常风”三种状态的控制（个按钮控制，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“正常风睡眠风自然风正常风”的状态变化。

风扇停止状态的实现：

使用一个按键来控制风扇的停止。

在风扇处于任一工作状态时按下该键风扇停止工作。

3.LED显示状态:

分别用六个LED灯来显示“风速”和“风种”的三种工作状态。

【提高要求】1.按键提示音2.定时关机功能（以小时为单位）第二章第二章系统的组成及工作原理系统的组成及工作原理2.1、系统设计系统设计设计的家用电风扇具有控制风速选择和运行模式选择等功能，它的系统框图：

图2.1电风扇系统框图2.2、系统的组成系统的组成本系统由脉冲触发电路、状态锁存电路、“风速”、“风种”控制电路及定时电路组成。

通过按键开关产生单次脉冲来控制电风扇的工作状态并由六个发光二极管来显示其状态。

由拨动开关来控制定时的长短并由数码管来显示电扇停止的剩余时间。

1、脉冲触发电路按键K1按下后产生的单次脉冲信号做为“风速”状态锁存电路的触发信号。

按键K1、K2及部分门电路74LS00、74LS08构成“风种”状态锁存电路的触发信号。

2、状态锁存电路“风速”“风种”状态锁存电路均是由一片有4个D触发器的74LS175构成，每片的三个D触发器的输出端分别接三个状态指示灯，同时每片74LS175的清零端都接停止键K3，利用按键产生的低电平信号将所有状态清零。

3、风种控制电路在“风种”的三种工作状态中，在“正常风”状态时，风扇持续转动，而工作在“自然风”和“睡眠风”状态时产生的是间断的风。

电路中用74LS151作为风种的控制器，由74LS175的三个输出端选择其中的一种工作方式。

间断工作时，在74LS175的CP端加入一个周期时钟信号作为“自然风”的间断控制，二分频后再作为“睡眠风”转台的控制输入。

4、定时控制电路该电路是由NE555构成的单稳态电路，及74LS192构成的减数电路以及由74LS48译码器和数码管构成的显示器电路构成的。

其中单稳态电路的功能是产生秒脉冲使减数电路实现定时功能，译码器和数码管是用来显示定时剩余时间。

5、按键音电路按键音电路是由或门74LS32及蜂鸣器构成。

蜂鸣器一端接地，另一端接74LS32的输出端，74LS32的一个输入端接高电平，另一端接拨动开光K1,K2。

当按下开关时蜂鸣器导通，发出蜂鸣式的按键音。

2.3、工作原理工作原理电路是通过按按键产生单次脉冲，再通过状态锁存电路处理来控制风扇的工作状态以及六个指示灯来显示电风扇的工作状态。

三个按键分别控制不同的功能风速、风种、停止。

操作电扇的原理状态转换图如图2.2。

电风扇的操作板面示意图如图2.3。

图2.2电风扇原理状态转换图图2.3电风扇的操作板面示意图其操作方式和状态指示方式如下：

电风扇处于停止状态时，所有指示灯不亮；此时只有按“风速”键电扇才会启动。

此时风扇的工作状态处于“弱风”和“正常风”状态且相应的指示灯亮。

电扇一经启动后，按动“风速”键可循环选择弱、中、强中的一种工作状态；同时，按动“风种”键可循环选择正常、自然、睡眠中的一种工作状态。

电扇在任意工作状态下，按动“停止”键可以使电扇停止工作，所有指示灯不亮。

第三章第三章方案设计方案设计3.1、状态锁存器状态锁存器“风速”、“风种”这两种操作各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，当三个输出为全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。

根据图3.1状态转化图，利用卡诺图化简后，可得到Q0、Q1、Q2的输出信号逻辑表达式（它们可适用于“风速”及“风种”电路）：

可选用4D上升沿触发器74LS175构成。

图3.1电扇简化状态图3.2、触发脉冲的形成触发脉冲的形成根据前面的逻辑表达式，我们可以利用D触发器建立起“风速”及“风种”锁存状态电路，但这两部分电路的输出信号状态的变化还有赖于各自的触发脉冲。

在“风速”部分的电路中，可以利用“风速”按键（K1）所产生的脉冲信号作为D触发器的触发脉冲。

而“风种”部分电路的触发脉冲CP则是由“风速”（K1）、“风种”（K2）按键的信号和电扇工作状态信号（设ST为电扇工作状态，ST=0停，ST=1运转）三者组合而成的。

当电扇处于停止状态（ST=0）时，按K2键无效，CP信号将保持低电平；只有按K1键后，CP信号才会变成高电平，电扇也同时进入运转状态（ST=1）。

进入运转状态后，CP信号不再受K1键的控制，而是由K2键所控制。

由此，我们可列出如表3.1所示的CP信号状态表，并可得到其输出逻辑表达式：

（式中K1为风速键的状态，K2为风种键的状态）由于ST信号可由“风速”电路输出的三个信号组合而成。

因而从表3.2所式的ST信号状态表可得当ST=0时，表示电扇停转。

当ST=1时，表示电扇运转。

最终，可以得到CP的逻辑表达式表3.1CP信号状态表K2K1STCP00000010010101101000101111011111表3.2ST信号状态表强（Q2）中（Q1）弱（Q0）ST000000110101011110011011110111113.3、电机转速控制端电机转速控制端由于电扇电机的转速通常是通过电压来控制的而我们要求有弱、中、强三种转速，因而在电路中需要考虑三个控制输出端（弱、中、强），以控制外部强电线路（如可控硅触发电路）。

这三个输出端与指示电扇转速状态的三个端子不同，还需要考虑“风种”的不同选择方式。

如果用1表示某挡速度的选通，用0表示某挡速度的关断，那么“风种”信号的输入就使得某挡电机速度被连续或间断地选中，例如风种选择“自然”风，风速选择“中”时，电机将运行在中速并开“4秒”停“4秒”，反映到面板上为L2和L5灯亮。

表现在转速控制端“中”上就是出现连续的1状态或间断的1和0状态。

第四章第四章单元电路设计、参数计算与器件选择单元电路设计、参数计算与器件选择4.1、状态锁存器电路状态锁存器电路“风速”“风种”这两个操作各有三种状态和停止一种状态需要保存和指示。

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）。

触发器输出1表示有效，输出0表示无效，当三个都输出0时表示停止。

为了简化设计可以采用带有直接清零端的触发器，这样将停止键与清零端直接相连就可以实现停止功能。

状态转换图如图4.1圆圈内数字XXX为Q0Q1Q2的输出信号。

图中Q0Q1Q2分别表示输出状态。

图4.1电扇简化状态转换图由上面状态转换图可得状态转换表如表4.1所示。

表4-1状态转换表由状态转换表可得的卡若图如表4.2所示。

表4-2的卡若图由上面的状态转换图以及利用卡若图化简可得Q0Q1Q2输出逻辑信号表达式（他们可适用于“风速”及“风种”电路）。

由上述表达式可得状态锁存电路中电风扇的工作状态如表4-3所示，其中ST=1时表示风扇处于工作状态，ST=0时表示风扇处于停止状态。

表4-3电风扇的工作状态转换表4.2、触发脉冲电路触发脉冲电路锁存电路中74ls175为4个D触发器构成，要使它能够进行000001010100001状态的变化，需要给它一定的脉冲信号。

设计的电路中使用了K1、K2、K3三个开关，其中K1、K2为常开开关，而K3为常闭开关。

K1、K2开关是控制两个74ls175芯片的CP端得脉冲，而K3是控制两个芯片的清零端。

根据电路要求可以理解K1为控制风速的按钮，K2为控制风种的按钮，K3为停机按钮。

家用电风扇电路中控制风速的开关与控制风种的开关具有一定的逻辑关系，需要与门74ls08与非门74ls00构成。

当按下风速开关K1时具有风速后，风种选择电路才能进行工作，按下开关K2才能进行风种的变化。

若风扇无风速，则风种电路不能工作，按下开K2时表示风种的发光二极管不亮。

设计中判断电路是否有风速根据状态锁存电路中的风速锁存电路的三个状态来表示。

当时表示无风速，时表示，再用一个非门输出。

将输出与控制风种K2的开关用与门连接后再连接到风种锁存电路的74ls175芯片的CP端。

因此，电路可以实现风速开关与风种开关的逻辑关系。

符合逻辑关系的脉冲触发开关电路如图4.2所示。

图4.2CP的波形图在参考电路图4.3中，K1平时为低电平，而K2平时为低电平，在实验时，可选用实验箱中的单次脉冲开关表示K1、K2。

图4.3脉冲开关电路电路中由于没有常闭开关元器件，所以将常开开关与非门相连形成了常闭开关。

4.3、风类三种方式的控制电路风类三种方式的控制电路“风种”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。

由此，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功能。

在“风种”的三种选择方式中，在“正常”位置时，风扇为连续运行方式，在“自然”和“睡眠”位置时，为间断运行方式。

参考电路中，采用74LS151（8选1数据选择器）作为“风种”方式控制器，由74LS175的三个输出端选中其中的一种方式。

间断工作时，电路中用了一个8秒计时周期的时钟信号作为“自然”方式的间断控制，二分频后再作为“睡眠”方式的控制输入，如图4.4所示波形。

图4.4“风种”三种工作方式波形1、状态转换表为表4.4风种状态转换表2、卡诺图如下表4.5次态卡诺图3、风种脉冲信号输出电路中具有正常风、睡眠风、自然风三种风种。

正常风时电机连续转动，产生持久风；自然风时电机转动4s、停止4s，产生阵风；睡眠风时电机转动8s、停止8s，产生轻柔的微风。

而要实现自然风和睡眠风，则要利用555定时器组成一定周期的多谐振荡器产生脉冲信号来控制自然风。

并且通过二分频电路产生脉冲信号来控制睡眠风。

有555定时器组成8s周期的多谐振荡器的相关计算如下：

所以；由于；所以根据设计所需参数得出：

4、总的风种控制电路将风种选择电路与风种脉冲电路想连接构成风种电路，总电路图如图4.5所示。

图4.5风类锁存电路4.4、风速状态锁存电路风速状态锁存电路1、状态简化图图4.6风速状态简化图2、状态表：

表4.6风速状态表3、求Qn+1的表达式如表4.7所示：

表4.7次态卡诺图Q2n+1Q1n+1Q0n+1由表4-7求出Qn+1表达式如Q0n+1=Q1nQ0n次态方程Q1n+1=Q0nQ2n+1=Q1n4、驱动方程若选用D触发器来实现电路，则其驱动方程见：

D0=Q1nQ0nD1=Q0nD2=Q1n5、用D触发器实现风速状态锁存器的原理性逻辑图如图4.7所示，电路采用同步时钟CP控制。

图4.7风速控制电路在“风速”的三种选择方式中，在“弱”位置时，风扇为连续运行方式，在“中”和“强”位置时，为间断运行方式。

因此，“风速”状态锁存器可以用一片4D触发器74LS175构成，每片中的三只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（K4）相连，利用K4按下时产生的低电平信号将所有触发器清零，从而使电扇停转。

4.5、按键音电路按键音电路为了使电风扇在按键的同时有按键音，在设计中加入了该电路，由蜂鸣器及或门74LS32构成，使家用电风扇变得更为人性化。

每按一下开关，就会形成一个脉冲信号即输出一个高电平信号，就是这个高电平信号使蜂鸣器发出声响，从而其电路图如4.8所示。

图4.8按键音电路第五章第五章实验、调试及测试结果与分析实验、调试及测试结果与分析5.1、调试仪器调试仪器万用表一台直流电源一台示波器一台5.2、实验过程及调试实验过程及调试在选好课程设计的题目后，和同组人一起去查资料然后分析讨论，最终确定了实验电路。

有了实验电路后列写元件清单然后申请元件之后根据电路图及电路板的大小对整体进行了布局。

之后进行焊接在两个人的配合之下顺利的将电路焊好。

电路安装完毕后，首先用万用表检查电路的电源线和地线的走向是否正确，防止因为电源线或地线接错而导致烧坏芯片或者是电源等现象。

再检查各个焊点是否焊接准确，焊点是否接触良好，紧接着接上电源进行验证。

验证过程分为三个部分，第一部分为风速选择电路；第二部分为风种电路；第三部分为时钟脉冲电路。

但是结果并不理想，并不能按照想的那样工作，出现了许多错误，比如，灯不亮，还有就是开关控制不能实现一对一。

然后对着电路图检查所焊的电路板看是否焊接时除了错误，在两人的认真检查下发现是有的地方存在接触不良，存在虚焊现象，还有就是在某些细微的地方存在了多余的线，有的线头没剪整齐，导致有些不该连在一起的芯片管脚碰到了一起，造成了不必要的信号干扰。

将焊接中存在的问题都改正后再拿去验证发现任然有些问题，灯的控制方面存在一定的问题。

最后确定是开关的影响，按动开关时会有一定的抖动，导致了信号的干扰，最后通过努力解决了这一问题！

其基本要求实现，且按键提示音这一提高要求也实现！

5.3、测试结果及分析测试结果及分析总的来说这次课设是成功的，整体调试后，完成了基本要求即电路实现风速弱、中、强的选择和风种自然风、睡眠风、正常风的选择，并且都是一个按钮控制并实现循环。

实现了由一个按钮控制停机工作，也达到了提高要求，其中按键音完成的很好由于时间的紧迫性定时部分未能完成。

5.4、完成的电路板完成的电路板图5.1实际电路板第六章第六章结论及体会结论及体会6.1、结论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；1.电扇处于停转状态时，所有指示灯不亮。

此时只有按“风速”键电扇才会响应，其初始工作状态为“风速”弱，“风种”正常位置，且相应的指示灯亮。

2.电扇一经启动后，再按动“风速”键可循环选择弱、中或强三种状态中的一种状态；同时，按动“风种”键可循环选择正常、自然或睡眠三种状态的某一种状态。

3.在电扇任意工作状态下，按“停止”键电扇停止工作，所有指示灯熄灭。

4.“风速”的弱、中、强对应电扇的转动由慢到快。

“风种”在正常位置是指电扇连续运转；在“自然”位置，是表示电扇模拟产生自然风，即运转4秒，间断4秒的方式；在“睡眠”位置，是产生轻柔的微风，电扇运转4秒，间断8秒的方式。

电路还是有一些不足。

利用开关给芯片脉冲时，脉冲不稳定使选择的风速不稳定，应加一个防抖电路使脉冲稳定，也没有实现定时的功能。

并且当按下风速按钮时风速的灯亮了，但由于使用风速与风种的与来控制输出，风扇不能运转。

设计电路应再改进，当有风速时风扇即可以转动并含有一种默认的风种且再加上定式电路。

6.2、体会体会在经过此次家用电风扇电路设计后，了解到设计一定功能的电路需要全方面的考虑，才能使功能更加得完善。

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。

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。

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焊接好来。

只怕当我们焊接完检查电路之时，我们自己都不知道从何处下手。

同时，电路的焊接或多或少的存在一些问题，很少在焊接完成的时候，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。

必须培养分析问题和解决问题的能力，在电路设计中必须有替代的思想。

在今后的学习中必须注意将理论与实践相结合，再好的理论，都必须由实践去证明。

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