課程設計：家用風扇控制器

1、一、設計任務及要求：設計任務： 設計直流穩(wěn)壓電源。 設計并制作一個能控制風速和風種的家用風扇控制器。要 求： 風扇控制器具有上電自動清零功能，能控制風速的強、中、弱三種轉速，風種的正常、自然風、睡眠風三種狀態(tài) ，并且風扇按開關鍵時可以開啟風扇初態(tài)為風速弱、風種正常，再按開關鍵時可停止。 畫出電路總圖。 組裝和調試。 指導教師簽名： 2021年6月21日二、指導教師評語： 指導教師簽名： 2021年 6 月 日 三、成績 驗收蓋章 2021 年 6 月 日 家用風扇控制器1 設計目的1進一步掌握各芯片的邏輯功能及使用方法。2實現(xiàn)對指示燈的控制來模擬風扇控制器。3進一步掌握數(shù)字系統(tǒng)的設計和數(shù)字系統(tǒng)

2、功能的測試方法。4進一步掌握數(shù)字系統(tǒng)的制作和布線方法。5了解直流穩(wěn)壓電源的結構。2 設計思路1設計直流穩(wěn)壓電源電路。2設計風種控制電路、風種處理電路。3設計風速控制電路、風速處理電路。3 設計過程 3.1、方案論證圖1家用風扇控制器總體結構框圖 1其中總控中心負責提供顯示電路的開關控制和狀態(tài)轉換電路的復位控制。2風速狀態(tài)轉換電路和風種狀態(tài)轉換電路分別由開關控制，負責提供風速、風種狀態(tài)轉換。風速、風種狀態(tài)控制過程都分為三個階段，對應的輸出有三種狀態(tài)，分別用和表示：00狀態(tài)：風速弱，LED燈1模擬以200HZ的頻率閃爍。01狀態(tài)：風速為中，LED燈2模擬以500HZ的頻率閃爍。10狀態(tài)：風速強，L

3、ED燈3模擬以1000HZ的頻率閃爍。00狀態(tài)：風種正常，LED燈4持續(xù)亮。01狀態(tài)：風種為自然風電扇模擬自然風，即轉2s，停2s；LED燈5模擬亮2秒滅2秒。10狀態(tài)：風速強風種睡眠電扇慢轉，產(chǎn)生輕柔的微風，轉4s，停4s， LED燈5模擬亮4秒滅4秒。初始狀態(tài)為：風速弱，風種正常；按“風速鍵，其狀態(tài)由“弱、中、強、弱、循環(huán)；按“風種鍵，其狀態(tài)由“正常、睡眠、自然、正常、循環(huán)。3譯碼電路負責將前一級的狀態(tài)編碼進行譯碼，用來驅動下一級的脈沖產(chǎn)生電路。4風速控制脈沖產(chǎn)生電路和風種控制脈沖產(chǎn)生電路，負責產(chǎn)生如2所述的脈沖波形用來驅動后一級的顯示電路。5顯示電路負責顯示和模擬風扇的控制結果。3.2、

4、芯片選取及芯片功能分析圖2 74LS74圖2所示為芯片74LS74，74LS74是一片具有雙D觸發(fā)器的功能比擬強大的芯片；其功能表如下：PRCLRDCLKQQ01xx1010xx0100xx11111101100174LS74功能表由功能表可知當74LS74的CLR端為0和PR端為1時Q端輸出恒為0；CLR端和PR端均為1時觸發(fā)器正常工作。本設計很大程度上便利用了在將觸發(fā)器Q端與D端相連產(chǎn)生的0與1轉換電路來產(chǎn)生脈沖波形。圖3 74HC192D_2V圖3所示為74HC192D_2V3是一款功能比擬強大的芯片，它具有清零和置數(shù)的功能，能夠實現(xiàn)加計數(shù)和減計數(shù)。我們在此處利用它的加計數(shù)功能實現(xiàn)00、

5、01、10三個狀態(tài)的連續(xù)轉換。圖4 74HC139DW_2V圖4所示為74HC139D_2V，74HC139是一片2線4線譯碼器，輸出端為低電平有效其功能表為：GBAY0Y1Y2Y31XX111100001110011011010110011111074HC139功能表本例選擇74HC139能很好地對00,01,10三種狀態(tài)進行譯碼，滿足要求。3.3、單元模塊設計及工作原理說明3.、總控中心電路的設計總控中心負責控制整個電路的復位和風扇的開關。在自動清零鍵J4合上的根底上，開關鍵J3第一次按下翻開風扇，風扇開始運轉處于初態(tài)：正常風、慢速；開關鍵第二次按下，停止風扇；再次按下時，風扇啟動且處于初

6、態(tài)；循環(huán)按鍵便可依次循環(huán)啟動、關閉。圖5總控中心電路圖5為總控中心電路圖，依據(jù)功能表，當CLR端為0，PR端為1是，觸發(fā)器輸出端Q清零，所以只要在電路上電時，保證開關J4翻開，即可到達上電自動清零的效果，有效防止了觸發(fā)器上電時輸出狀態(tài)隨機而造成的邏輯錯亂。整個電路核心局部為由觸發(fā)器組成的0與1轉換電路在時鐘脈沖的觸發(fā)下輸出端產(chǎn)生0和1的交替輸出，如下圖將輸入端D和輸出端Q相連，可得輸出端Q的狀態(tài)方程如下：由狀態(tài)方程可知，在輸出端Q為0的初始狀態(tài)下，按一下按鈕式開關即給觸發(fā)器一個上升沿，便可觸發(fā)觸發(fā)器使觸發(fā)器的輸出Q翻轉為1，因此依次循環(huán)按下開關J2可使輸出端Q產(chǎn)生1、0、1、0的循環(huán)輸出，輸出

7、端Q產(chǎn)生0、1、0、1的循環(huán)輸出；所以線9接Q在依次按下開關時可用來控制電扇電的通斷LED的亮滅，同時線7接Q在開關第二次按下時即關閉電扇時輸出高電平可用來控制其余電路的復位清零第一次按下時不影響其余的電路工作。3.3.2狀態(tài)轉換電路的設計對上述和的三種狀態(tài)按照二進制碼進行編碼分別為00、01、10。圖6 控制單元電路圖 圖6為控制單元的電路圖，鑒于按下“風速鍵，其狀態(tài)由“弱、中、強、弱、循環(huán)，按下“風種鍵，其狀態(tài)由“正常、睡眠、自然、正常、循環(huán)，我們可以用計數(shù)器的加計數(shù)功能來轉換00、01、10這三種狀態(tài).，為了使這三種狀態(tài)在按鈕式開關J1的的觸發(fā)下即給一個下降沿循環(huán)；從而從QA和QB端接出

8、線1和線2連至與門，然后反應回計數(shù)器的清零端74HC192為異步清零，當計數(shù)器QA和QB端翻轉到11時，又清零為00，以此來到達按下風速或風種鍵時可以循環(huán)轉換的目的。同時與門U4和來自總控中心的復位清零信號連至或門，再反應回清零端，因此U4產(chǎn)生的輸出和總控中心產(chǎn)生的清零信號互不干擾的控制著計數(shù)器芯片的清零。74HC139負責將產(chǎn)生的狀態(tài)進行譯碼，以驅動后級電路。3.3.3、脈沖產(chǎn)生電路的設計 據(jù)3.12所述，風速、風種三個狀態(tài)分別須產(chǎn)生不同頻率的脈沖波來驅動LED的顯示，以到達模擬風扇風速與風種的效果。圖7 風速控制脈沖產(chǎn)生電路圖7所示為風速控制脈沖產(chǎn)生電路，其核心電路也為3.1.1所述的0與

9、1轉換電路在時鐘脈沖的觸發(fā)下輸出端產(chǎn)生0和1的交替輸出。風速或風種狀態(tài)經(jīng)譯碼器譯碼之后，對應的譯碼輸出端輸出為0，其余為1。如在風速控制電路中狀態(tài)為00，便可得到Y0輸出端輸出為0，經(jīng)一反相器接至觸發(fā)器的CLR端，據(jù)3.2所述的74LS74的功能表，可知在PR恒為1時假設1CLR端輸入為1，觸發(fā)器便可正常工作，此時Q端與D相連，組成的0與1轉換電路在時鐘脈沖源的觸發(fā)下，Q端輸出一系列0與1交替的脈沖信號，然后接至顯示電路，對應LED應以一定的頻率閃爍；其頻率由觸發(fā)觸發(fā)器的脈沖源決定。而Y2、Y3(即2CLR )輸出為1，使得觸發(fā)器的輸出端恒為0，接至顯示電路時對應LED應不亮。3.、顯示單元電

10、路的設計圖8顯示單元電路圖6為顯示單元電路，由總控中心控制信號風扇開時輸出為1和各風速風種信號連至與門后驅動LED顯示。3.4、總體電路圖及工作原理圖9總體電路圖整個電路的核心局部為由觸發(fā)器組成的0與1轉換電路在時鐘脈沖的觸發(fā)下輸出端產(chǎn)生0和1的交替輸出和由計數(shù)器組成的狀態(tài)轉換電路。如圖7，整個電路由開關J3的觸發(fā)開始，對顯示模塊和狀態(tài)轉換模塊進行初始化。從而由開關J1和J2可觸發(fā)計數(shù)器進行狀態(tài)轉化，狀態(tài)轉換后的編碼值經(jīng)譯碼器譯碼后，驅動對應的由觸發(fā)器組成的0與1轉換電路產(chǎn)生相應的脈沖波形來驅動LED顯示單元電路。3.5、穩(wěn)壓電源的設計4、5設計原理：直流穩(wěn)壓電源由電源變壓器，整流，濾波和穩(wěn)壓

11、電路4局部組成。電源變壓器是將交流電網(wǎng)220V的電壓變?yōu)樗璧碾妷褐?，然后通過整流電路將交流電壓變成脈沖的直流電壓。經(jīng)過濾波電路加以濾除，得到平滑的直流電壓。穩(wěn)壓電路的作用是當電網(wǎng)電壓波動，負載和溫度變化時，維持輸出直流電壓穩(wěn)定。本例采用三端穩(wěn)壓器LM7812、 LM7912、LM7805、LM7905設計了一個可提供正負對稱電壓的可調穩(wěn)壓電路。此穩(wěn)壓電路可提供四路輸出，兩對正負對稱電壓。此處得到了和直流電源。設計圖如圖6 圖10 直流穩(wěn)壓電源電路4、仿真1根據(jù)電路設計圖在仿真軟件中進行仿真。2仿真結果仿真結果如圖5所示：下列圖所示為中風速睡眠風圖11 家用風扇控制器仿真圖5主要儀器與設備 軟

12、件Multisim 106設計體會與建議 通過這次課程設計，加強了我們動手、思考和解決問題的能力。在整個設計過程中，我們設計了一整套電路原理圖、仿真圖，受益頗深啊！此外，通過這次課程設計使我懂得了理論與實際相結合是很重要的，只有理論知識是遠遠不夠的，只有把所學的理論知識與實踐相結合起來，從理論中得出結論，才能真正為社會效勞，從而提高自己的實際動手能力和獨立思考的能力。在設計的過程中遇到問題，可以說得是困難重重，這畢竟第一次做的，難免會遇到過各種各樣的問題，同時在設計的過程中發(fā)現(xiàn)了自己的缺乏之處，對以前所學過的知識理解得不夠深刻，掌握得不夠牢固。這次課程設計終于順利完成了，在設計中遇到了很多專業(yè)知識問題，最后在老師的辛勤指導下，終于游逆而解。同時，在老師的身上我們學也到很多實用的知識，在次我們表示感謝！同時，對給過我?guī)椭乃型瑢W和各位指導老師再次表示忠心的感謝！我希望學校能對學校的實驗儀器以及科學文獻更加開放給學生，這樣學生才能更多地將理論用于實際，獲得最新最前沿的知識。參考文獻1.羅會昌.電工電子