家用電風扇課程設計---家用電風扇控制邏輯電路設計

1、<p><b>　　摘要</b></p><p>　　隨著經濟的發(fā)展，電風扇已是必不可少的家用電器。它經濟、簡便、實用，是每個人家里可以負擔起的電器。并且隨著科技的發(fā)展，電風扇的功能越來越完善，人們也更加注重電風扇的智能化、人性化。許多廠家在制做風扇是運用了集成芯片構成數(shù)字電路或者單片機技術，使電風扇的電路更加簡單。</p><p>　　本次實驗運用了數(shù)字電

2、路的知識，實現(xiàn)了家用電風扇控制邏輯電路設計。設計內容是一個按鈕來實現(xiàn)風速強、中、弱的轉換并且實現(xiàn)循環(huán)；一個按鈕來實現(xiàn)風種正常風、睡眠風、自然風的轉換并且實現(xiàn)循環(huán)；不同顏色LED燈的顯示來表示風速與風種的狀態(tài)。家用電風扇控制邏輯電路分為三大模塊：第一個模塊是風速、風種的循環(huán)控制電路，利用74ls175、74ls08芯片實現(xiàn)三種狀態(tài)的循環(huán)計數(shù)，并且利用高低電平實現(xiàn)LED燈的亮滅；第二個模塊是風種實現(xiàn)電路，利用555發(fā)生器產生周期為8s的方波

3、，并且利用74ls175構成二分頻電路形成周期為16s的方波，再利用74ls151芯片選擇風種的輸出。第三個模塊是按鈕控制電路，利用按鈕來給芯片脈沖，實現(xiàn)風速、風種的選擇，并且可以實現(xiàn)關機的功能。</p><p>　　本課題基本實現(xiàn)了三個模塊的功能，將之有效的連接在一起，實現(xiàn)了家用電風扇控制邏輯電路的總體功能。雖然此次設計的電路較為簡單，但它的成本較低，并且經濟、實用而且風種、風種的選擇體現(xiàn)了它的人性化，相信在市

4、場有一定的潛力。</p><p>　　關鍵字：電風扇 循環(huán)控制 74ls175 LED</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　前言1</b></p><p>　　第一章設計內容及要求2</p><p><b>　　1.1設

5、計內容2</b></p><p>　　1.2 設計要求2</p><p>　　1.3 主要參考器件2</p><p>　　第二章 系統(tǒng)組成及工作原理3</p><p>　　2.1 系統(tǒng)組成3</p><p>　　2.2 系統(tǒng)工作原理3</p><p>　　第三章 總體電路

6、設計4</p><p>　　3.1 系統(tǒng)設計4</p><p>　　3.2 方案的修改5</p><p>　　3．3 電路工作原理5</p><p>　　3.4 單元電路設計5</p><p>　　第四章 仿真性能測試12</p><p>　　4.1 風種、風速的選擇電路12<

7、;/p><p>　　4.2 脈沖觸發(fā)電路12</p><p>　　第五章 家用電風扇系統(tǒng)調式14</p><p>　　5.1調試儀器14</p><p>　　5.2調試過程14</p><p>　　5.3 結果分析14</p><p><b>　　第六章 結論15</b&

8、gt;</p><p><b>　　參考文獻16</b></p><p>　　附錄一 元器件清單17</p><p>　　附錄二 總設計電路圖18</p><p><b>　　前言</b></p><p>　　家用電器已經變得極為普遍，成了人們生活中不可或缺的生活用品

9、。而在現(xiàn)代，人們對家用電器的要求也隨著社會的發(fā)展越來越高。人們希望家用電器能夠實現(xiàn)智能化及人性化。而作為人們生活中最為普遍的家用電器，家用電風扇的智能化及人性化的設計就顯得更為重要。家用電風扇控制邏輯電路設計就是針對這一問題而研究設計的</p><p>　　本次試驗設計的家用電風扇控制邏輯電路中包含了狀態(tài)鎖存電路、脈沖觸發(fā)電路、風種控制電路。電路中有三個控制開關：第一個開關控制弱、中、強三種風速，并且實現(xiàn)狀態(tài)循環(huán)

10、；第二個開關控制風種，風種分為正常風、自然風、睡眠風。其中正常風時電機連續(xù)轉動，產生持久風； 自然風時電機轉動4s、停止4s，產生陣風；睡眠風時電機轉動 8s、停止8s，產生輕柔的微風。開關也可以控制風種狀態(tài)循環(huán)；第三個開關可以使風扇停止工作。</p><p>　　此次設計的家用電風扇電路體現(xiàn)人性化得一面，并且充分的利用了數(shù)字電路的知識使電路更加簡單更易制做。</p><p><b&

11、gt;　　設計內容及要求</b></p><p><b>　　1.1設計內容</b></p><p>　　根據所學的數(shù)字電路知識，設計出家用電風扇控制邏輯電路。電路中可實現(xiàn)風速、風種的選擇，并且可以用不同顏色的LED顯示風速、風種所處的狀態(tài)。</p><p><b>　　1.2 設計要求</b></p&g

12、t;<p><b>　　基本要求：</b></p><p>　　1、實現(xiàn)風速的強、中、弱控制(—個按鈕控制，循環(huán))：</p><p>　　使用一個“風速”按鈕作為控制風速的開關。當風扇處于停止狀態(tài)時，按下按鈕可以實現(xiàn)風速強、中、弱的變化。</p><p>　　2、實現(xiàn)睡眠風、自然風、正常風三種風態(tài)(—個按鈕控制，循環(huán))：</

13、p><p>　　使用一個“風種”按鈕作為控制種的開關。當風扇處于運作狀態(tài)時，按下按鈕可以實現(xiàn)睡眠風、自然風、正常風三種風態(tài)的變化。并且正常風時電機連續(xù)轉動，產生持久風； 自然風時電機轉動4s、停止4s，產生陣風；睡眠風時電機轉動 8s、停止8s，產生輕柔的微風。</p><p>　　3、LED顯示狀態(tài)：</p><p>　　使用六個發(fā)光二極管表示風扇的風速與風種的狀態(tài)。

14、</p><p><b>　　提高要求：</b></p><p><b>　　1、按鍵提示音。</b></p><p>　　2、定時關機功能(以小時為單位)。</p><p>　　設計目標： </p><p>　　1、根據

15、要求分析設計出所需的電路。 </p><p>　　2、 熟悉電路中所用到的各集成芯片的管腳及其功能。 </p><p>　　3、 進行電路的裝接、調試，直到電路能達到規(guī)定的設計要求。 </p><p>　　4、 寫出完整、詳細的課程設計報告。</p><p>　　1.3 主要參考器件</p><p>　　NE555

16、74ls175 74ls151 74ls08 74ls00</p><p>　　第二章 系統(tǒng)組成及工作原理</p><p><b>　　2.1 系統(tǒng)組成</b></p><p>　　家用電風扇的根據基本要求所設計的電路可以分成下面三大部分：</p><p><b>　　l、狀態(tài)鎖存器電路</b>

17、;</p><p><b>　　2、觸發(fā)脈沖電路</b></p><p><b>　　3、風種控制電路</b></p><p>　　2.2 系統(tǒng)工作原理</p><p>　　當風扇處于停止狀態(tài)時，按下控制“風速”的按鈕時使表示三種風速的發(fā)光二極管發(fā)光以顯示不同的風速狀態(tài)，而按下控制“風種”的按鈕時可

18、以使表示三種風種的發(fā)光二極管發(fā)光以顯示不同的風種狀態(tài)。風種分為睡眠風、自然風、正常風。正常風為持久的風；自然風為轉動4s停止4s的陣風；睡眠風為轉動8s停止8s的微風。而風種的輸出可以用數(shù)據選擇器選擇輸出，再使用555發(fā)生器產生方波脈沖實現(xiàn)自然風與睡眠風的狀態(tài)。</p><p>　　2.2.1 狀態(tài)鎖存電路</p><p>　　此部分可以用4D觸發(fā)器74ls175芯片構成“風速”、“風種”

19、兩種狀態(tài)的鎖存電路，然后兩片74ls175的三個狀態(tài)輸出端各連接三種顏色發(fā)光二極管，并且可以利用芯片的清零端使狀態(tài)清零。</p><p>　　2.2.2 觸發(fā)脈沖電路</p><p>　　此部分可以使用常開按鈕開關與高電平相連接，當按下按鈕時可產生脈沖使74ls175芯片工作，實現(xiàn)風種、風速狀態(tài)的變化。</p><p>　　2.2.3 風種控制電路</p>

20、;<p>　　在“風種”的三種選擇方式中，在“正常”位置時，風扇為連續(xù)運行方式，在“自然”和“睡眠”位置時，為間斷運行方式。電路中，可以采用74LS151 作為“風種”方式控制器，由74LS175 三個輸出端選中其中的一種方式。間斷工作時，在74LS175 的CP 端加入一個周期時鐘信號作為“自然”端的間斷控制，二分頻后再作為“睡眠”方式的控制輸入。</p><p>　　第三章 總體電路設計<

21、/p><p><b>　　3.1 系統(tǒng)設計</b></p><p>　　設計的家用電風扇具有控制風速選擇和運行模式選擇等功能，它的系統(tǒng)框圖：</p><p>　　圖3-1 電風扇系統(tǒng)框圖</p><p>　　它的運行狀態(tài)如下圖：</p><p>　　圖3-2 風扇狀態(tài)圖</p>&l

22、t;p><b>　　3.2 方案的修改</b></p><p><b>　　方案一：</b></p><p>　　根據基本要求設計出簡單的初步電路：電路中狀態(tài)鎖存電路由74ls175與74ls08芯片構成可以實現(xiàn)狀態(tài)的循環(huán);再用常開開關J1、J2控制風速、風種的狀態(tài)，開關與高電平相連，當連續(xù)按開關時可以為74ls175芯片提供CP脈沖；使用

23、74LS151 作為“風種”方式控制器，由74LS175 三個輸出端與74ls151的地址端連接后選中其中的一種方式輸出。間斷工作時，在74LS175 的CP 端加入一個周期時鐘信號作為“自然”端的間斷控制，二分頻后再作為“睡眠”方式的控制輸入。其中周期時鐘信號可以使用NE555發(fā)生器產生自然風的狀態(tài)。但電路中缺少了停機按鈕，不能清零風扇狀態(tài)，并且風速與風種缺少邏輯關系。而且開關的高低電平控制不穩(wěn)定。</p><p&

24、gt;<b>　　方案二：</b></p><p>　　在方案一的基礎上做了一些修改：增加了一個常閉開關按鈕與低電平相連控制74ls175芯片的清零端實現(xiàn)停機的功能；在風速、風種開關連接使用了與門與非門改進了風速和風種的邏輯關系；在所有開關后加了一電阻并與地相連確保了不加高電平時開關后是出于低電平的狀態(tài)。</p><p>　　3．3 電路工作原理</p>

25、<p>　　電扇處于停轉狀態(tài)時，所有指示燈不亮。此時只有按“風速”鍵電扇才會響應，其初始工作狀態(tài)為“風速”－弱，“風種”－正常位置，且相應的指示燈亮。</p><p>　　電扇一經啟動后，再按動“風速”鍵可循環(huán)選擇弱、中或強三種狀態(tài)中的一種狀態(tài)；同時，按動“風種”鍵可循環(huán)選擇正常、自然或睡眠三種狀態(tài)的某一種狀態(tài)。</p><p>　　在電扇任意工作狀態(tài)下，按“停止”鍵電扇停止工

26、作，所有指示燈熄滅。</p><p>　　“風速”的弱、中、強對應電扇的轉動由慢到快。“風種”在正常位置是指電扇連續(xù)運轉；在“自然”位置，是表示電扇模擬產生自然風，即運轉4秒，間斷4秒的方式；在“睡眠”位置，是產生輕柔的微風，電扇運轉8秒，間斷8秒的方式。</p><p>　　3.4 單元電路設計</p><p>　　3.4.1 狀態(tài)鎖存電路</p>

27、<p>　　可以使用三個D 觸發(fā)器來鎖存狀態(tài)，其中“風速”、“風種”這兩種操作各有三種工作狀態(tài)和一種停止狀態(tài)需要保存和指示。同時為了簡化電路，采用了帶有清零端的4D觸發(fā)器74ls175，可以使用開關控制清零端以便實現(xiàn)停機功能。設計原理為當觸發(fā)器輸出1 時表示工作狀態(tài)有效，0 表示無效，當三個輸出全為0 則表示停止狀態(tài)，風扇風速、風種的簡單狀態(tài)轉移如圖3-3所示。</p><p>　　圖3-3 風扇風速、

28、風種的簡單狀態(tài)轉移圖</p><p>　　根據圖3-3 狀態(tài)轉換圖，可得到的狀態(tài)表（表3-1）， “風速”及“風種”電路都滿足狀態(tài)表3-1所示</p><p><b>　　表3-1 的狀態(tài)表</b></p><p>　　由表3-1 可得的卡諾圖如圖3-4 所示</p><p>　　的卡諾圖的卡諾圖</p>

29、<p><b>　　的卡諾圖</b></p><p><b>　　圖3-4 的卡諾圖</b></p><p>　　由圖3-4 所示卡諾圖可得的表達式如下：</p><p>　　由上述表達式可得狀態(tài)所存電路中電風扇的工作狀態(tài)如表3-2所示。S 為電扇工作狀態(tài)（S=0 停，S=1 運轉）</p>&

30、lt;p>　　表3-2 電扇工作狀態(tài)表</p><p>　　根據表達式，使用兩片74LS175 芯片所設計狀態(tài)所存部分電路如圖3-5 所示。（因為風速與風種的狀態(tài)鎖存電路是同一種原理，因此只給出風速的鎖存電路）</p><p>　　圖3-5 風速狀態(tài)鎖存電路</p><p>　　3.4.2 脈沖觸發(fā)電路</p><p>　　鎖存電路中

31、74ls175為4個D觸發(fā)器構成，要使它能夠進行000—001—010—100—001狀態(tài)的變化，需要給它一定的脈沖信號。設計的電路中使用了J1、J2、J3三個開關，其中J1、J2為常開開關，而J3為常閉開關。J1、J2開關是控制兩個74ls175芯片的CP端得脈沖，而J3是控制兩個芯片的清零端。根據電路要求可以理解J1為控制風速的按鈕，J2為控制風種的按鈕，J3為停機按鈕。</p><p>　　家用電風扇電路中

32、控制風速的開關與控制風種的開關具有一定的邏輯關系，需要與門74ls08與非門74ls00構成。當按下風速開關J1時具有風速后，風種選擇電路才能進行工作，按下開關J2才能進行風種的變化。若風扇無風速，則風種電路不能工作，按下開J2時表示風種的發(fā)光二極管不亮。</p><p>　　設計中判斷電路是否有風速根據狀態(tài)鎖存電路中的風速鎖存電路的三個狀態(tài)來表示。當時表示無風速，時表示，再用一個非門輸出。將輸出與控制風種J2的

33、開關用與門連接后再連接到風種鎖存電路的74ls175芯片的CP端。因此，電路可以實現(xiàn)風速開關與風種開關的邏輯關系。</p><p>　　符合邏輯關系的脈沖觸發(fā)開關電路如圖3-6所示。</p><p>　　圖3-6 脈沖開關電路</p><p>　　電路中由于沒有常閉開關元器件，所以將常開開關與非門相連形成了常閉開關。</p><p>　　3.

34、4.3 風種控制電路</p><p><b>　　1、風種選擇電路</b></p><p>　　設計中風選擇電路與風速選擇電路使用相同的鎖存形式，也是使用74ls175芯片形成正常風、睡眠風、自然風的三種狀態(tài)的循環(huán)。當狀態(tài)為001時表示為正常風，狀態(tài)為010時表示為睡眠風，狀態(tài)為100是表示為自然風。因為只有一種風種輸出，需要使用一個數(shù)據選擇器選擇風種的輸出。設計中使

35、用的是一個8選1的74ls151芯片，將74ls175的三個狀態(tài)輸出端與芯片的地址端相連接可以選擇何種風種輸出。</p><p>　　2、風種脈沖信號輸出</p><p>　　電路中具有正常風、睡眠風、自然風三種風種。正常風時電機連續(xù)轉動，產生持久風； 自然風時電機轉動4s、停止4s，產生陣風；睡眠風時電機轉動 8s、停止8s，產生輕柔的微風。而要實現(xiàn)自然風和睡眠風，則要利用555定時器組

36、成一定周期的多諧振蕩器產生脈沖信號來控制自然風。并且通過二分頻電路產生脈沖信號來控制睡眠風。</p><p>　　有555定時器組成8s周期的多諧振蕩器的相關計算如下：</p><p><b>　?。?-4）</b></p><p><b>　　(4-5)</b></p><p>　　所以；

37、 (4-6)</p><p>　　由于； (4-7)</p><p>　　所以 (4-8)</p><p>　　根據設計所需參數(shù)得出： </p><p>　　3、總的風種控制電路</p><p>　　將風種選擇電路與風種脈沖電

38、路想連接構成風種電路，總電路圖如圖3-7所示。</p><p>　　圖3-7 風種電路</p><p>　　3.4.4 電路的輸出</p><p>　　將狀態(tài)鎖存電路、脈沖觸發(fā)電路和風種控制電路有效的相連接后，需要有一</p><p>　　個總的輸出端。輸出電路如圖3-8所示。</p><p><b>　　

39、圖3-8 輸出電路</b></p><p>　　風種信號和風速信號同時作用于與門，由風種信號來選擇輸出的風速信號并作用于電機。</p><p>　　第四章 仿真性能測試</p><p>　　4.1 風種、風速的選擇電路</p><p>　　控制J1、J2開關，實現(xiàn)風種、風速的選擇，仿真結果如下圖（圖中風速為弱風，風種為正常風）。&

40、lt;/p><p><b>　　圖4-1 工作狀態(tài)</b></p><p>　　控制J3開關，實現(xiàn)停機功能。仿真如下圖所示（圖中的顯示燈都為息滅狀態(tài)）。</p><p><b>　　圖4-2 停機狀態(tài)</b></p><p>　　4.2 脈沖觸發(fā)電路</p><p>　　根據設計

41、連接總的電路后，風種為正常風時，仿真輸出如下圖。</p><p><b>　　圖4-3 正常風</b></p><p>　　風種為自然風時周期為8s，仿真輸出如下圖。</p><p><b>　　圖4-4 自然風</b></p><p>　　風種為睡眠風時周期為16s，仿真輸出如下圖。</p&

42、gt;<p><b>　　圖4-5 睡眠風</b></p><p>　　根據所有的仿真結果可知設計的方案是可行的。</p><p>　　第五章 家用電風扇系統(tǒng)調式</p><p><b>　　5.1調試儀器</b></p><p>　　萬用表 一臺</

43、p><p>　　直流電源 一臺</p><p>　　示波器 一臺</p><p><b>　　5.2調試過程</b></p><p>　　調試時應小心謹慎，電路安裝完畢后，首先應用萬用表檢查電路的電源線和地線的走向，防止因為電源線或地線接錯而導致燒壞芯片或者是電源等現(xiàn)象。然

44、后分為三個部分焊接;第一部分為風速選擇電路；第二部分為風種電路；第三部分為時鐘脈沖電路。當在調試第一部分電路時，發(fā)現(xiàn)總是不亮燈。檢查后發(fā)現(xiàn)開關電路不穩(wěn)定，修改開關電路后實現(xiàn)效果。在調試第一部分與第二部分連接后的電路時，發(fā)現(xiàn)等都不亮了。仔細檢查電路后發(fā)現(xiàn)焊板的一個接地端斷了，修補電路后實現(xiàn)了所需效果。在調試第三部分電路時由于示波器的限制，并沒有得到方波，只看到一個點在示波器的顯示屏上閃動，但通過觀察發(fā)現(xiàn)，這個點有高低電平的變化，并且高低電

45、平都能持續(xù)一段時間，說明已經得到方波實現(xiàn)所需的效果。將電路整體調試時，電路調試成功得到了應有的效果。</p><p>　　在電路調試過程中，導線總是脫落電路板對電路調試造成困難，并且有時焊好的焊點會松動。</p><p><b>　　5.3 結果分析</b></p><p>　　整體調試后，電路實現(xiàn)風速弱、中、強的選擇和風種自然風、睡眠風、正常

46、風的選擇，并且都是一個按鈕控制并實現(xiàn)循環(huán)。實現(xiàn)了自然風、睡眠風、正常風的效果，電路中還可以有一個按鈕進行停機工作。</p><p><b>　　第六章 結論</b></p><p>　　設計主要通過數(shù)字電路知識并將電路模塊化，逐步實現(xiàn)設計所需達到的功能要求；</p><p>　　1.電扇處于停轉狀態(tài)時，所有指示燈不亮。此時只有按“風速”鍵電扇才

47、會響應，其初始工作狀態(tài)為“風速”－弱，“風種”－正常位置，且相應的指示燈亮。</p><p>　　2.電扇一經啟動后，再按動“風速”鍵可循環(huán)選擇弱、中或強三種狀態(tài)中的一種狀態(tài)；同時，按動“風種”鍵可循環(huán)選擇正常、自然或睡眠三種狀態(tài)的某一種狀態(tài)。</p><p>　　3.在電扇任意工作狀態(tài)下，按“停止”鍵電扇停止工作，所有指示燈熄滅。</p><p>　　4.“風速”

48、的弱、中、強對應電扇的轉動由慢到快?！帮L種”在正常位置是指電扇連續(xù)運轉；在“自然”位置，是表示電扇模擬產生自然風，即運轉4秒，間斷4秒的方式；在“睡眠”位置，是產生輕柔的微風，電扇運轉4秒，間斷8秒的方式。</p><p>　　以上為設計家用電風扇邏輯電路的總體功能。</p><p>　　綜合各種因素來看，該方案所設計的電路比較經濟實惠。雖然由于該電路中的元氣件價格低廉但電路的總體性能比較

49、穩(wěn)定，效果很好，由此可見該方案的性價比還是很高的，若把該方案所設計的電路做成實物圖完全可以應用到現(xiàn)實生活中。</p><p>　　但電路還是有一些不足。利用開關給芯片脈沖時，脈沖不穩(wěn)定使選擇的風速不穩(wěn)定，應加一個防抖電路使脈沖穩(wěn)定。并且當按下風速按鈕時風速的燈亮了，但由于使用風速與風種的與來控制輸出，風扇不能運轉。設計電路應再改進，當有風速時風扇即可以轉動并含有一種默認的風種。</p><p&

50、gt;　　在經過此次家用電風扇電路設計后，電了解到設計一定功能的電路需要全方面的考慮，才能使功能更加得完善。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]．謝自美.電子線路設計·實驗· 測試 (第三版)[M].湖北：華中科技大學出版社，2005年</p><p>　　[2]．童詩白、華成英主編者.

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