定時排氣扇課程設(shè)計報告

1、.前言電子課程設(shè)計是電子技術(shù)學習中非常重要的一個環(huán)節(jié)，是將理論知識和實踐能力相統(tǒng)一的一個環(huán)節(jié)，是真正鍛煉學生能力的一個環(huán)節(jié)。很多電路要使用555來產(chǎn)生一個脈沖，555定時器是一種模擬和數(shù)字功能相結(jié)合的中規(guī)模集成器件，在電路應(yīng)用中主要用來做定時器,可構(gòu)成施密特觸發(fā)器、多諧振蕩器和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。本次課設(shè)的要求就是利用555和一些輔助器件來完成簡易的定時排氣扇。在許多領(lǐng)域中計時器均得到普遍應(yīng)用，諸如在體育比賽，定時報警器、游戲中的倒時器，交通信號燈、紅綠燈、行人燈、交通纖毫控制機、還可以用來做為各種藥丸，藥片，膠囊在指定時間提醒用藥等等，由此可見計時器在現(xiàn)代社會是何其重要的。本次設(shè)計就用到了計時器功

2、能。室長期不通風對人的身體有害，但若是一直開著排氣扇，不能節(jié)約電能，也是不合理的。因此，應(yīng)做到定式排氣，并自動切斷電源。做為電子系的大學生不僅要學習理論，更要將理論所學運用到實際。自動定時循環(huán)排氣扇控制器，可用來對家庭居室的排氣扇進行定時循環(huán)控制，它既可對室空氣進行定時清潔凈化，又省去人工控制。只要按照實際需要設(shè)定好排氣時間和間歇時間，排氣扇就會按照設(shè)定好的程序和時間，自動循環(huán)地工作下去。同時該控制器還可根據(jù)設(shè)定好的定時程序和時間，自動切斷工作電源，這樣既能實現(xiàn)控制目的，又不浪費電能。此控制器不僅可以用在排氣扇上,只要實現(xiàn)類似功能的電路都可使用.且成本低廉,制作簡單,操作方便，非常具有實用價值

3、！第一章電路設(shè)計1.1電路設(shè)計方案方案一：本方案由排氣扇、定時控制電路和間歇控制電路組成。首先由定時控制電路控制總定時即排氣扇總工作時間，可以通過調(diào)節(jié)滑動變阻器來改變定時時間。間歇控制電路控制排氣的工作和間歇時間，也可以通過調(diào)節(jié)滑動變阻器來改變其時間。本設(shè)計排氣扇的效果用發(fā)光二極管來顯示，二極管亮表示排氣扇工作，滅則表示不工作。其電路圖如圖1-1。圖1.1 方案一實驗電路圖但此電路時由兩個多諧振蕩器串聯(lián)而成，由實驗結(jié)果分析其信號不穩(wěn)定，致使時間也不穩(wěn)定，所以我放棄了這個方案。方案二：本方案除了工作電源外由兩部分組成，一部分是對排氣扇進行自動開停控制的自動循環(huán)控制器，另一部分是對開停次數(shù)進行計數(shù)

4、的電子計數(shù)器。定時循環(huán)開停時間控制器由555時基集成電路組成，在電路中，555時基集成電路被連接成脈沖占空比可調(diào)的超低頻多諧振蕩器。其電路圖如圖1-2所示：圖1.2 方案二實驗電路圖1.2工作原理我選擇方案二，該方案中555時基集成電路能夠?qū)崿F(xiàn)電路振蕩的主要原理是，由電源通過接在電路的7、6、2腳間的電阻器R1,R2對接至地端的電容器C1的充、放電過程，與3個引腳各自功能相配合來完成的。在前面已介紹過的振蕩電路中，電容器C1的充電是通過R1、R2與C1的接地端形成回路的；而電容器的放電則是C1的正極通過R2到7腳完成的。只要將電路中R1、R2與C1的數(shù)值設(shè)定好，則振蕩電路的振蕩頻率和脈沖占空比

5、就是固定不可變的。而在本電路中則不同，由于在電路中加人了二極管VDl、VD2和可調(diào)電位器RP，情況就改變了。在這個振蕩電路中雖然它的振蕩頻率是不可變的，但其脈沖的占空比是可以通過RP進行調(diào)節(jié)而改變的。這是由于加人了二極管后，電容器C1的充、放電回路與前不同了。其中充電回路變?yōu)橛呻娫赐ㄟ^Rl, RP的上半段、VD2到電容器Cl。而電容器的放電回路則由電容的正極通過VD1, R2和RP的下半段到7腳。電路中的電容器C1為固定不變的，但它的充、放電電阻值是可以通過調(diào)節(jié)RP的位置來改變的。由于振蕩脈沖的占幸比是由電容器充、放電時間的差異形成的，當RP的動臂移向下方時，使充電電阻的阻值增大，同時使放電電

6、阻器一的阻值減小同一數(shù)值。其結(jié)果是電容器充電的時間延長；而放電時間縮短，振蕩脈沖的占空比變大了。反之，當RP的動臂向上調(diào)節(jié)時，電容器的充電時間縮短；而放電時間被延，長，振蕩脈沖的占空比變小。在本電路中，在接通電源之初，由于C1剛開始充電，其上端的電壓小于Vp/3，ICl的3腳輸出高電平。這時VL2發(fā)光指示，繼電器K2線圈不通電，所以KZ保持靜態(tài)。但這一高電平在形成之初便通過C3向IC2的CP端輸人一個計數(shù)脈沖，使IC2的輸出端前移一位。隨后電容器C1進人充電狀態(tài)，而輸出端3則保持高電平。直到C1充電使其正端電壓達到2 VDD /3時，電路翻轉(zhuǎn)，輸出端3變?yōu)榈碗娖健＿@時繼電器K2通電吸合，將排氣

7、扇的工作電源接通，排氣扇開始運轉(zhuǎn)。工作狀態(tài)指示燈VL1發(fā)光指示。隨后C1立即轉(zhuǎn)人放電過程，經(jīng)過一段時間，當C1正端電壓下降到Vm /3時，電路翻轉(zhuǎn)，輸出端3又恢復(fù)高電平，繼電器K2斷電釋放，排氣扇停止運轉(zhuǎn)，電路進入下一個循環(huán)期。雖然R1的電阻值遠大于R2的電阻值，但因RP為共用元件，當RP的動臂旋至R2一端時，R1RP的電阻值遠大于R2的電阻值。這時C1的充電時間遠大于放電時間，輸出脈沖的占空比最大，排氣扇的運轉(zhuǎn)時間小于停歇時間。當RP的動臂旋至R1端時，R1的電阻值又小于R2RP的電阻值。這時電容器C1的充電時間略小于放電時間，輸出脈沖的占空比為最小。排氣扇的運轉(zhuǎn)時間大于停歇時間。工作電源控

8、制器由IC2和繼電器K1組成，它通過對排氣扇運轉(zhuǎn)周期的計數(shù)，確定和控制排氣扇的工作次數(shù)。當?shù)竭_預(yù)定的工作次數(shù)后，通過繼電器K1切斷排氣扇并包括整個控制電路的工作電源。該電路由ICZ、繼電器K1、SB2和SBI組成。IC2為CD4017十進制計數(shù)器，電路中用它的輸出端Q0一Q7來控制繼電器KI的吸合與斷開。當Q0一Q7中只要有一個輸出高電平，繼電器K1就不會斷開。當電路被接通電源后，Q0就輸出高電平使VT導(dǎo)通，繼電器K1吸合。在隨后的工作過程中，雖然輸出端會由Q0, Q1、Q2.、Q7變化，但VT的導(dǎo)通狀態(tài)不會變化，直到Q8輸出高電平使計數(shù)器復(fù)位。IC2的計數(shù)脈沖取自ICI的輸出，每當ICI輸出

9、一個脈沖周期，IC2便計數(shù)一次，其輸出端即前移一位。如果未加預(yù)置，則當排氣扇運轉(zhuǎn)七個周期后就會被切斷工作電源而停止工作。SB2為預(yù)置按鈕，每按動一次按鈕便向IC2輸人一個計數(shù)脈沖，輸出端即前移一位，余下的工作周期就會減少一次。所謂預(yù)置便是通過預(yù)置減少排氣扇的工作循環(huán)次數(shù)。該電路在使用時，首先按下起動按鈕SB1接通控制電路的工作電源，這時IC2的偽輸出高電平使VT導(dǎo)通，繼電器K1通電吸合后通過K1將電源開關(guān)自鎖，使電路進人工作狀態(tài)并一直保持。本電路中IC1輸出脈沖的周期為1h，可通過RP的調(diào)節(jié)改變脈沖的占空比，從而改變排氣扇的開停時間。第二章定時排氣扇功能及元器件介紹2.1.1基本功能實現(xiàn)總定時

10、時間8小時（可以調(diào)節(jié)，用發(fā)光二極管顯示），占空比可調(diào)的間歇排氣。2.12電路組成框圖 555占空比可調(diào)電路，定時與控制排氣扇間歇工作計數(shù)電路排氣扇工作電路2.2元氣件介紹和元件清單2.2.1 555定時器電路結(jié)構(gòu)及工作原理。一、555定時器介紹。1、555 定時器是一個模擬與數(shù)字混合型的集成電路。按其工分雙:極型和CMOS 型兩類，其應(yīng)用非常廣泛。2、原理及結(jié)構(gòu)。 555定時器部電路由分壓器、電壓比較器C1和C2 簡單SR鎖存器、放電三極管T以及緩沖器G組成，其部結(jié)構(gòu)如圖3.1.2所示。三個5k串聯(lián)，作為分壓器為比較器C1，C2提供參考電壓。當控制電壓端5 懸空時，比較器C1和C2的基準電壓分

11、別為2VCC/3和VCC/3 VI1比較器C1信號輸入端，稱閾值輸入端：VI2比較器C2信號輸入端，稱觸發(fā)輸入端；當控制電壓端5 外接電壓VOC，比較器C1，C2的基準電壓變?yōu)閂OC和VOC/2 。比較器C1和C2的輸出控制SR鎖存器和放電三極管T的狀態(tài)。放電三極管T為外接電路提供放電通路，在使用定時器時，該三極管的集電極（7腳）一般都要外接上拉電阻。RD為直接復(fù)位輸入端，當RD為低電平時，不管其他輸入端的狀態(tài)如何，輸出端VO即為低電平。當VI1>2VCC3 VI2> VCC/3 時，比較器C1輸出低電平，比較器C2輸出高電平，簡單SR鎖存器Q端置0 ，放電三極管T導(dǎo)通，輸出端VO

12、為低電平。當VI1<2VCC3 ，VI2<VCC/3 時，比較器C1輸出高電平，比較器C2輸出低電平，簡單SR鎖存器Q端置1 ，放電三極管截止，輸出端VO即為高電平。當VI1<2VCC3 ，VI2>VCC/3 時，簡單SR鎖存器S=1,R=1,鎖存器狀態(tài)不變，電路保持原狀態(tài)不變。3.電路功能。綜合上述分析，可得555 定時器功能表：2.2.2由555定時器組成的多諧振蕩器電路結(jié)構(gòu)圖及工作原理1、占空比不可調(diào)的用555定時器組成的多諧振蕩器（如圖3.2.1），接通電源后，電容C1被充電，當VC 上升到2VCC3 時，使VO為低電平，同時放電三極管T導(dǎo)通，此時電容C1通過R

13、2 和 T放電，VC 下降。當VC下降到VCC/3 時，VO 翻轉(zhuǎn)為高電平。電容C1放電所需時間為： tpL= R2Cln20.7R2C1當放點結(jié)束時，T截止，VCC 將通過R1 、 R2 向電容C1充電，VC 由VCC/3上升到2VCC3 所需時間為：tpL=(R1 + R2)Cln20.7(R1 + R2)C1當VC 上升到2VCC3 時，電路又翻轉(zhuǎn)為低電平。如此周而復(fù)始，于是，在電路的輸出端就得到一個周期性的矩形波。電路的工作波形如圖3.2.1（b），其振蕩頻率為：=1/(tpL + tpH) 1.43/(R1 + 2R2)C12、占空比可調(diào)的要實現(xiàn)占空比可調(diào)，則采用圖 3.2.2所示電

14、路。因電路中二極管D1 、D2 的單向?qū)щ娞匦?，使電容器C1的充放電回路分開，調(diào)節(jié)電位器 R2 ，就可調(diào)節(jié)多諧振蕩器的占空比。圖中，VCC 通過RA 、D1 向電容C1 充電，充電時間為：tpH0.7 RAC電容器C1通過D2 、RB 及 555 中的三極管T放電，放電時間為：tpL0.7 RBC因而，振蕩頻率為：=1/(tpL + tpH) 1.43/(RA + RB)C電路輸出波形的占空比為：q(%)=RA * 100%/( RA + RB)2.2.3 CD4017 1、CD4017電路結(jié)構(gòu)及工作原理 CD4017實現(xiàn)的功能是對555定時器發(fā)來的信號采集，也即對高低電平的方波進行計數(shù)，然后

15、輸出計數(shù)結(jié)果。CD4017：十進制計數(shù)器脈沖分配器，CD4017 是5 位Johnson 計數(shù)器，具有10 個譯碼輸出端，CPCRINH 輸入端。時鐘輸入端的斯密特觸發(fā)器具有脈沖整形功能，對輸入時鐘脈沖上升和下降時間無限制。INH 為低電平時，計數(shù)器在時鐘上升沿計數(shù)；反之，計數(shù)功能無效。CR 為高電平時，計數(shù)器清零。引出端功能符號：CP：時鐘輸入端CR：清除端INH：禁止端Q0-Q9 計數(shù)脈沖輸出端VDD：正電源VSS：地下圖為CD4017接入電路的情況：如上圖所述，14腳接定時器的3腳，13腳接地，每當方波由低電平變?yōu)楦唠娖降纳仙厥怯嫊r器加1，Q0-Q9腳對應(yīng)計數(shù)的0、1、2、3、4、5、

16、6、7、8、9、CO腳是進位腳，當計數(shù)到10時就進位，例如計數(shù)2次，則Q2端口輸出高電平，計數(shù)4次則Q4端口輸出高電平，電壓在3.5V左右，發(fā)光二極管需接一電阻起限壓作用。這樣由555定時器發(fā)來的方波每個周期計數(shù)一次，就有一個燈被點亮，當方波持續(xù)則燈依次被點亮形成流水狀，實現(xiàn)流水燈的功能。2.2.4 繼電器1、原理：一般由鐵芯、線圈、銜鐵、觸點簧片等組成的。只要在線圈兩端加上一定的電壓，線圈中就會流過一定的電流，從而產(chǎn)生電磁效應(yīng)，銜鐵就會在電磁力吸引的作用下克服返回彈簧的拉力吸向鐵芯，從而帶動銜鐵的動觸點與靜觸點（常開觸點）吸合。當線圈斷電后，電磁的吸力也隨之消失，銜鐵就會在彈簧的反作用力返回

17、原來的位置，使動觸點與原來的靜觸點（常閉觸點）釋放。這樣吸合、釋放，從而達到了在電路中的導(dǎo)通、切斷的目的。對于繼電器的“常開、常閉”觸點，可以這樣來區(qū)分：繼電器線圈未通電時處于斷開狀態(tài)的靜觸點，稱為“常開觸點”；處于接通狀態(tài)的靜觸點稱為“常閉觸點”。繼電器一般有兩股電路，為低壓控制電路和高壓工作電路。 2.3 元件清單：NE555 1個CD4017 1個發(fā)光二極管 10個（紅色：9個綠色：1個）二極管1N4001 4個三極管3DG12 1個電容 2200uF 1個 0.1uF 2個 0.01uF 1個電阻 1.1M 1個 240k 1個 1k 3個 10k 1個 100k 1個滑動變阻器1M

18、1個電磁繼電器開關(guān) 2個第三章 PCB板的制作3.1.1 Protel原理圖3.1.2 PCB圖3.2 .1 手工焊接步驟（1）準備。將被焊件、電烙絲、焊錫絲、烙鐵架等準備好，并放置在便于操作的地方。焊接前要加熱到能熔錫的烙鐵頭放在松香或蘸水海棉上輕輕擦拭，以除去氧化物殘渣；然后把少量的焊料和助焊劑加到清潔的烙鐵頭上，讓烙鐵隨時處于可焊接狀態(tài)。（2）加熱被焊件。將烙鐵頭放置在被焊件的焊接點上，使接點上升溫。若烙鐵頭上帶有少量焊料（在準備階段時帶上），可使烙鐵頭的熱量較快地傳到焊點上。（3）熔化焊料。將焊接點加熱到一定溫度后，用焊錫絲觸到焊接處，熔化適量的焊料。焊錫絲應(yīng)從烙鐵頭的對稱側(cè)加入，而不

19、是直接加在烙鐵頭上。（4）移開焊錫絲。當焊錫絲適量熔化后，迅速移開焊錫絲。（5）移開烙鐵。當焊接點上的焊料流散接近飽滿，助焊劑尚未完全揮發(fā)，也就是焊接點上的溫度最適當、焊錫最光亮、流動性最強的時刻，迅速拿開烙鐵頭。移開烙鐵頭的時機、方向和速度，決定著焊接點的焊接質(zhì)量。正確的方法是先慢后快，烙鐵頭沿45°角方向移動，并在將要離開焊接點時快速往回一帶，然后迅速離開焊接點。注：對熱容量小的焊件，可以用三步焊接法，即焊接準備 加熱被焊部位并熔化焊料撤離烙鐵和焊料。3.3 注意事項1 電源、地線的處理既使在整個PCB板中的布線完成得都很好，但由于電源、地線的考慮不周到而引起的干擾，會使產(chǎn)品的性

20、能下降，有時甚至影響到產(chǎn)品的成功率。所以對電、地線的布線要認真對待，把電、地線所產(chǎn)生的噪音干擾降到最低限度，以保證產(chǎn)品的質(zhì)量。2、數(shù)字電路與模擬電路的共地處理數(shù)字電路的頻率高，模擬電路的敏感度強，對信號線來說，高頻的信號線盡可能遠離敏感的模擬電路器件，對地線來說，整人PCB對外界只有一個結(jié)點，所以必須在PCB部進行處理數(shù)、模共地的問題，而在板部數(shù)字地和模擬地實際上是分開的它們之間互不相連，只是在PCB與外界連接的接口處（如插頭等）。數(shù)字地與模擬地有一點短接，請注意，只有一個連接點。也有在PCB上不共地的，這由系統(tǒng)設(shè)計來決定。第四章電路板的調(diào)試4.1 555多諧振蕩器的調(diào)試吸取了以前做電子產(chǎn)品時的經(jīng)驗，在焊接時，每焊接一個元器件都用萬用表測試是否虛焊，在檢查確認整個電路焊接完整，沒有漏焊后，接通電源，進行調(diào)試。開始時的電壓選為12V，現(xiàn)象應(yīng)該為：排氣扇不工作時紅燈亮，而工作時綠燈亮。在接通電源后，卻發(fā)現(xiàn)兩盞燈都有亮，這和應(yīng)得到的現(xiàn)象相違背。于是用萬用表檢查電路