家用电风扇控制逻辑设计

课程设计说明书课程设计名称：数字电路课程设计课程设计题目：家用电风扇控制逻辑设计学院名称：信息工程学院专业：通信工程班级：学号：姓名：评分：教师：2013年9月24日家用电风扇控制逻辑设计数字电路课程设计任务书2013－2014学年第1学期第2周－4周注：1、此表一组一表二份，课程设计小组组长一份；任课教师授课时自带一份备查。2、课程设计结束后与“课程设计小结”、“学生成绩单”一并交院教务存档。题目家用电风扇控制逻辑设计内容及要求〖基本要求〗1)实现风速的强、中、弱控制(—个按钮控制，循环)：2)实现睡眠风、自然风。正常风三种风态(—个按钮控制，循环)；3)LED显示状态；〖提高要求〗1)按键提示音；2)关机功能(以小时为单位)。进度安排2013.9.9-2013.9.15：查阅资料，方案分析与设计，电路仿真；2013.9.16-2013.9.22：完成系统的制作、焊接、调试；2013.9.23-2013.9.27：画PCB线路板图，完成报告。学生姓名：王玲、许旭指导时间：周一、周二、周五指导地点：实验大楼南310、E610任务下达2013年9月9日任务完成2013年9月27日考核方式1.评阅□√2.答辩□3.实际操作□√4.其它□指导教师系（部）主任家用电风扇控制逻辑设计摘要本文中设计采用数字电子技术并用小规模集成电路实现所需功能。整个系统采用模块化设计思想，需分成脉冲触发电路、状态锁存电路、风态控制电路、定时电路等几大部分，用三个开关控制风速、风态及定时状态的循环，并分别用三个二极管作为状态指示灯，一个开关控制整个电路。其中脉冲触发电路用单稳态和组合逻辑电路实现，状态锁存电路、定时电路状态设计核心由D触发器实现，定时控制需要555单稳态电路实现。本设计实现了控制电路能让电风扇在接通电源后按风速控制键是电路工作在“弱风”“正常风”状态，之后通过风速、风态和定时三个按键分别控制电风扇工作状态，并有相应指示灯亮，而且每次有效操作反馈电路都会有提示。本文将系统的分析每一功能的实现过程，通过基本逻辑设计，仅从电路硬件出发来完成设计，具有一定的应用参考价值，可以为其他控制电路的研究设计奠定基础。关键词：小规模集成电路、模块化、状态控制、锁存电路、单脉冲家用电风扇控制逻辑设计目录前言...............................................................................................................1第一章设计方案及系统设计概述..............................................................21.1系统的组成..........................................................................................21.1.1状态锁存电路..................................................................................21.1.2脉冲触发电路...................................................................................21.2工作原理............................................................................................2第二章电路设计.............................................................................................42.1状态锁存电路.....................................................................................42.1.1风速状态锁存电路.........................................................................42.1.2风态状态锁存电路.........................................................................52.2脉冲触发电路.....................................................................................72.3风种控制电路.....................................................................................82.4.1时间状态锁存器电路................................................................112.4.2定时控制电路...............................................................................132.4.3风扇控制电路...............................................................................142.4.4按键反馈电路..............................................................................14第三章系统调试及结果分析.........................................................................163.1系统调试............................................................................................163.2结果分析..........................................................................................16第四章实验总结.......................................................................................17参考文献.........................................................................................................18附录一元器件清单.............................................................................19附录三PCB绘制图......................................................................................21家用电风扇控制逻辑设计1前言随着电子技术的高速发展，电子系统的应用领域越来越广泛，电子设备的种类也越来越多，人们对电子设备的要求也越来越高。在人们日常生活中家用电器已经变得极为普遍，成了人们生活中不可或缺的生活用品。目前，人们长期使用的电风扇是采用机械控制，功能少，一个按键只能控制一种风速，无法对其风种进行控。而且功耗大，易发热，体型笨重。就这种单一的只能控制风速和定时的电风扇已经不能够满足人们的需求。这就要求要出现一种功能更全，操作更方便的电风扇来取代以前的老式机电风扇。而近几年电子技术的迅猛发展也为实现这一目标提供了各方面的资源。目前市场上流行的最先进的是微处理器控制。它较之以前的电扇有可靠性高反映速度快的优点。本次课设采用的电子线路取代了原来的机械控制器，使电风扇操作简便，功耗低，且功能更为齐全，朝人们理想化发展。电路采用移位寄存器通过对逻辑电路设计实现对风速、风种、定时的控制，且通过指示灯显示电风扇所处状态，实现了电风扇的方便化、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。但是这一点并不能否认我们对其进行电子课设设计。家用电风扇控制逻辑设计2第一章设计方案及系统设计概述1.1系统的组成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二极管发光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发光以显示不同的风种状态。风种分为睡眠风、自然风、正常风。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。1.1.1状态锁存电路此部分可以用4D触发器74ls175芯片构成“风速”、“风种”两种状态的锁存电路，然后两片74ls175的三个状态输出端各连接三种颜色发光二极管，并且可以利用芯片的清零端使状态清零。1.1.2脉冲触发电路此部分可以使用常开按钮开关与高电平相连接，当按下按钮时可产生脉冲使74ls175芯片工作，实现风种、风速状态的变化。1.1.3风种控制电路在“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。电路中，采用74LS175作为“风种”方式控制器，由74LS175三个输出端选中其中的一种方式。间断工作时，在74LS175的CP端加入一个周期时钟信号作为“自然”端的间断控制，二分频后再作为“睡眠”方式的控制输入。1.1.4单稳态定时电路单稳态定时电路由555芯片构成，由电路本身的要求决定了单稳态的方式，本电路的单稳方式是：下降沿触发，电位由高变为低。1.2工作原理家用电风扇控制逻辑设计3电路由单脉冲发生电路产生单脉冲，通过状态锁存电路处理后，由六个发光二极管发光显示所控制的状态。再由555单稳态定时电路控制风速、风态所需要的工作时间。按键开关K1控制风速的三种状态，开关K2控制风种的三种状态，开关K3接74LS175的清零端，控制电路的“停止”状态，工作原理图如图2-2所示。图1-1工作原理图电路处于停止工作状态时，所有指示灯不亮。只有按“风速”键K1，风扇才会启动，并且风扇初始工作状态为“风速”处于“弱风”档，风种处于“自然风”档，“定时”功能不启动，并且相应指示灯亮。一旦风扇启动后，依次按“风速”键K1可循环选择弱、中、强三种风速之一，依次按“风态”键K2可循环选择正常风、自然风、睡眠风三种风态之一，依次按“定时”键K3可循环选择非定时、1小时、2小时、四小时中任何一种定时状态。K1、K2、K3相互独立工作，相互之间不会影响。在风扇任意组合工作状态下，只要按“停止键”K4，风扇就会停止工作，同时所有指示灯灭。工作期间，每次按键操作，反馈电路都会有提示。家用电风扇控制逻辑设计4第二章电路设计2.1状态锁存电路“风速”、“风态”都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，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。2.1.1风速状态锁存电路⑴风速（Q2Q1Q0）状态图见图2-1-1所示：图2-1风速状态图⑵由图3-1可得如表3-1所示的风速转换状态真值表：表2-1风速转换状态真值表Q2nQ1nQ0nQ2n+1Q1n+1Q0n+1功能000001停止→弱001010弱→中010100中→强011×××未用100001强→弱101×××