電工學(xué)課程設(shè)計(jì)-家用風(fēng)扇控制器

課程設(shè)計(jì)（任務(wù)書）設(shè)計(jì)題目：家用風(fēng)扇控制器同組人：院系專業(yè)年月日

目錄一、課程設(shè)計(jì)任務(wù)、要求 21、任務(wù) 22、要求 23、設(shè)計(jì)目標(biāo) 3二、設(shè)計(jì)總體思路、基本原理和框圖 31、設(shè)計(jì)總體思路 32、基本原理 33、系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖 4三、各部單元電路設(shè)計(jì) 51.狀態(tài)鎖存器電路 52.觸發(fā)脈沖電路（控制電路部分） 63.控制風(fēng)速部分 84.控制風(fēng)種部分 95．555多穩(wěn)態(tài)電路（周期為8秒的脈沖產(chǎn)生電路） 11四、總電路設(shè)計(jì) 12五、Multisim仿真分析 13六、安裝調(diào)試 14七、總結(jié)與體會(huì) 14八、元器件清單 18九、已實(shí)現(xiàn)的功能 19參考文獻(xiàn) 19一、課程設(shè)計(jì)任務(wù)、要求1、任務(wù)我們小組的任務(wù)是設(shè)計(jì)并制作一個(gè)家用風(fēng)扇控制器。1、根據(jù)要求設(shè)計(jì)電路；2、利用Multisim軟件對設(shè)計(jì)的電路進(jìn)行仿真功能驗(yàn)證；3、實(shí)際連電路，實(shí)現(xiàn)各功能。2、要求1、控制器面板為：按鈕三個(gè)，分別為風(fēng)速、風(fēng)種和停止。LED指示燈9個(gè)，指示風(fēng)速強(qiáng)、中、弱，風(fēng)種為睡眠、自然和正常，指示電機(jī)轉(zhuǎn)速強(qiáng)、中、弱。2、電扇處于停轉(zhuǎn)狀態(tài)時(shí)，所有指示燈不亮，只有按下“風(fēng)速”鍵時(shí)，才會(huì)響應(yīng)，進(jìn)入起始工作狀態(tài)；電扇在任何狀態(tài)，只要按停止鍵，則進(jìn)入停止?fàn)顟B(tài)。3、初始狀態(tài)為：風(fēng)速弱，風(fēng)種正常；4、按“風(fēng)速”鍵，其狀態(tài)由“弱、中、強(qiáng)、弱、……”循環(huán)；5、按“風(fēng)種”鍵，其狀態(tài)由“正常、睡眠、自然、正常、……”循環(huán)；6、當(dāng)風(fēng)種變?yōu)椤八摺睍r(shí)，風(fēng)速自動(dòng)變回狀態(tài)“弱”，此時(shí)，“風(fēng)速”鍵不起作用；7、風(fēng)速的弱、中、強(qiáng)對應(yīng)電扇的轉(zhuǎn)動(dòng)由慢到快；8、風(fēng)種要求：正常電扇連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)；自然－電扇模擬自然風(fēng)，即轉(zhuǎn)4s，停4s；睡眠—電扇慢轉(zhuǎn)，產(chǎn)生輕柔的微風(fēng)，轉(zhuǎn)8s，停8s；3、設(shè)計(jì)目標(biāo)1、根據(jù)需求分析設(shè)計(jì)所需電路。2、熟悉電路中用到的個(gè)集成芯片的管腳及其功能。3、進(jìn)行電路的裝接、調(diào)試，直到電路能達(dá)到規(guī)定的設(shè)計(jì)要求。4.寫出完整、詳細(xì)的課程設(shè)計(jì)報(bào)告二、設(shè)計(jì)總體思路、基本原理和框圖1、設(shè)計(jì)總體思路本次試驗(yàn)設(shè)計(jì)的家用電風(fēng)扇控制邏輯電路應(yīng)包含狀態(tài)鎖存電路、脈沖觸發(fā)電路、風(fēng)種控制電路。電路中有三個(gè)控制開關(guān)：第一個(gè)開關(guān)控制弱、中、強(qiáng)三種風(fēng)速，并且實(shí)現(xiàn)狀態(tài)循環(huán)；第二個(gè)開關(guān)控制風(fēng)種，風(fēng)種分為正常風(fēng)、自然風(fēng)、睡眠風(fēng)。其中正常風(fēng)時(shí)電機(jī)連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)，產(chǎn)生持久風(fēng)；自然風(fēng)時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)4秒、停止4秒，產(chǎn)生陣風(fēng)；睡眠風(fēng)時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)8秒、停止8秒，產(chǎn)生輕柔的微風(fēng)。開關(guān)也可以控制風(fēng)種狀態(tài)循環(huán)；第三個(gè)開關(guān)可以使風(fēng)扇停止工作。2、基本原理當(dāng)風(fēng)扇處于停止?fàn)顟B(tài)時(shí)，按下控制風(fēng)速的按鈕時(shí)使表示三種風(fēng)速的發(fā)光燈泡以顯示不同的風(fēng)速狀態(tài)，而按下控制風(fēng)種的按鈕時(shí)可以使表示三種風(fēng)種的發(fā)光二極管以顯示不同的風(fēng)種狀態(tài)。風(fēng)種分為正常風(fēng)、自然風(fēng)、睡眠風(fēng)。正常風(fēng)為持久風(fēng)；自然風(fēng)為轉(zhuǎn)動(dòng)4秒停止4秒的陣風(fēng)；睡眠風(fēng)為轉(zhuǎn)動(dòng)8秒、停止8秒輕柔的微風(fēng)。而風(fēng)種的輸出可以用數(shù)據(jù)選擇器選擇輸出，再使用555發(fā)生器產(chǎn)生方波脈沖實(shí)現(xiàn)自然風(fēng)與睡眠風(fēng)的狀態(tài)。3、系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖輸出電路風(fēng)速選擇電路風(fēng)速選擇按鈕輸出電路風(fēng)速選擇電路風(fēng)速選擇按鈕停機(jī)停機(jī)風(fēng)種形成電路風(fēng)種選擇電路風(fēng)種選擇按鈕風(fēng)種形成電路風(fēng)種選擇電路風(fēng)種選擇按鈕脈沖信號(hào)發(fā)生電脈沖信號(hào)發(fā)生電它的運(yùn)行狀態(tài)如下圖： 風(fēng)速強(qiáng)中弱風(fēng)風(fēng) 風(fēng)速 強(qiáng)中弱風(fēng)風(fēng) 停 停止 止 風(fēng)速 停止停止停止 風(fēng)速 停止停睡眠 止睡眠正常自然 風(fēng)種正常自然 風(fēng)種 風(fēng)種三、各部單元電路設(shè)計(jì)1.狀態(tài)鎖存器電路四D觸發(fā)器74LS175為狀態(tài)鎖存器?！帮L(fēng)速”、“風(fēng)種”兩種狀態(tài)鎖存器電路均采用二片4D觸發(fā)器74LS175構(gòu)成，每片三只D觸發(fā)器的輸出端分別與三個(gè)狀態(tài)指示燈相連。每片74LS175的清零端（R）均與停止鍵（K3）相連。CLK為時(shí)鐘輸入端，上升沿有效。CLR為清零端，低電平有效。它的主要特性為：當(dāng)清除端（CLR）為低電平時(shí)，輸出端Q為低電平，在時(shí)鐘（CLK）上升沿作用下，Q與輸入端D相一致，當(dāng)CLK為高電平或低電平時(shí)，D對Q沒有影響。它可以實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)風(fēng)速變化的功能。74LS175的功能表和管腳圖如下所示。輸入輸出CLRCLKDQ～Q0××011↑1101↑00110×Q0～Q074LS175的功能表74LS175的管腳圖2.觸發(fā)脈沖電路（控制電路部分）圖一圖一為電風(fēng)扇的控制電路部分，開關(guān)A為風(fēng)速控制開關(guān)，開關(guān)B為風(fēng)種控制開關(guān)，開關(guān)C為停止開關(guān)。風(fēng)扇不工作時(shí)，開關(guān)A、B、C均斷開，風(fēng)扇工作時(shí)，開關(guān)A和C為斷開狀態(tài)，開關(guān)B為閉合狀態(tài)。在風(fēng)扇不工作時(shí)，狀態(tài)鎖存器的輸出～Q1、～Q2、～Q3均為1，，當(dāng)ST=0時(shí)，表示電扇運(yùn)轉(zhuǎn)；當(dāng)ST=1時(shí)，表示電扇停轉(zhuǎn)。四個(gè)與非門的作用是實(shí)現(xiàn)“在風(fēng)扇停轉(zhuǎn)是，只有按下開關(guān)A，風(fēng)扇才會(huì)有響應(yīng)”的功能。CP為控制電路輸出給風(fēng)種部分的脈沖開關(guān)C控制的是風(fēng)速和風(fēng)種部分的清零端，清零端低電平有效，當(dāng)開關(guān)C斷開時(shí)，輸出高電平，風(fēng)扇正常運(yùn)轉(zhuǎn)；當(dāng)開關(guān)C閉合時(shí)，輸出低電平，實(shí)現(xiàn)清零功能，風(fēng)扇停轉(zhuǎn)。如下圖所示，當(dāng)電扇處于停轉(zhuǎn)狀態(tài)時(shí)，按K2電扇沒有響應(yīng)，只有按K1后電扇才開始運(yùn)轉(zhuǎn)。電扇正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，CP的脈沖跟K2一致。3.控制風(fēng)速部分圖二圖二所示為電風(fēng)扇的風(fēng)速部分，開關(guān)A為風(fēng)速控制開關(guān)，74LS175為四D觸發(fā)器，74LS08D為與門,7432N為或門。開關(guān)A閉合再打開為一個(gè)脈沖，每發(fā)出一個(gè)脈沖，風(fēng)速按照“弱風(fēng)→中風(fēng)→強(qiáng)風(fēng)→弱風(fēng)”的順序依次循環(huán)。CLK的順序Q1Q2Q3風(fēng)速0000停止1100弱風(fēng)2010中風(fēng)3001強(qiáng)風(fēng)表二4.控制風(fēng)種部分圖三74LS151為8選1數(shù)據(jù)選擇器，A、B、C為選擇輸入端，D0-D7為數(shù)據(jù)輸入端，Y為數(shù)據(jù)輸出端，W為反碼數(shù)據(jù)輸出端，功能表和管腳圖如下所示。當(dāng)CP輸入脈沖信號(hào)時(shí)，風(fēng)種按照“正?！匀弧摺！钡捻樞蜓h(huán)變換。當(dāng)電扇處于停機(jī)狀態(tài)是A=0,B=0,C=0，74LS151輸出D0，D0為低電平。當(dāng)電扇處于正常狀態(tài)是A=1,B=0,C=0，74LS151輸出D1，D1為高電平。當(dāng)電扇處于自然狀態(tài)是A=0,B=1,C=0，74LS151輸出D2，D2為周期為8秒的脈沖。當(dāng)電扇處于睡眠狀態(tài)是A=0,B=0,C=1，74LS151輸出D4，D4為周期16秒的脈沖。將C和Y引出到風(fēng)速部分，通過風(fēng)速部分的邏輯門控制風(fēng)扇運(yùn)轉(zhuǎn)5．555多穩(wěn)態(tài)電路（周期為8秒的脈沖產(chǎn)生電路）電容C的充電過程為Ucc——R1——D2——C——地，因而T1=0.7*R1*C電容C的放電過程為C——D1——R2——T——地，因而T2=0.7*R2*C振蕩器周期為：T=T1+T2=0.7*(R1+R2)*C占空比為：D=T1/T2=R1/(R1+R2)產(chǎn)生占空比為0.5，周期為8秒的時(shí)鐘信號(hào)。四、總電路設(shè)計(jì)操作步驟：首先給A一個(gè)脈沖（將開關(guān)A閉合再打開），而后閉合開關(guān)B，這時(shí)顯示弱風(fēng)和正常風(fēng)的燈亮，再給A一個(gè)脈沖，中風(fēng)和正常風(fēng)顯示的燈亮，再給A一個(gè)脈沖，強(qiáng)風(fēng)和正常風(fēng)顯示的燈亮。而后依次循環(huán)“弱--中--強(qiáng)”（改變的只是風(fēng)速）。如果給B一個(gè)脈沖，則風(fēng)種由正常風(fēng)變成自然風(fēng)，而且風(fēng)速部分每4秒變化一次，“亮--暗--亮--暗”，再給B一個(gè)脈沖，風(fēng)種變成了睡眠風(fēng)，此時(shí)風(fēng)速自動(dòng)變成弱風(fēng)，并且每8秒變化一次，“亮--暗--亮--暗”。若給C一個(gè)脈沖，則整個(gè)裝置就會(huì)停止運(yùn)行五、Multisim仿真分析1、控制開關(guān)K1和K2實(shí)現(xiàn)風(fēng)種、風(fēng)速的選擇，仿真結(jié)果如下圖一（圖中風(fēng)速為強(qiáng)風(fēng)，風(fēng)種為正常風(fēng)）圖二顯示的是自然狀態(tài)下，風(fēng)速自動(dòng)實(shí)現(xiàn)4秒一亮，4秒一暗圖三顯示的是睡眠狀態(tài)下，風(fēng)速自動(dòng)轉(zhuǎn)換到弱風(fēng)，并實(shí)現(xiàn)8秒一亮，8秒一暗在控制K1（風(fēng)速）過程中，每循環(huán)一次風(fēng)速，風(fēng)種不會(huì)改變，只是在弱中強(qiáng)三個(gè)狀態(tài)下變化，對其他的電路沒有影響。改變K2也只是改變正常風(fēng)、自然風(fēng)、睡眠風(fēng)三個(gè)狀況。2、控制開關(guān)K3，實(shí)現(xiàn)停機(jī)功能。仿真如下圖所示（圖中的顯示燈都為熄滅狀態(tài)）六、安裝調(diào)試在確定了電路、領(lǐng)好元器件之后，首先對電路進(jìn)行了布局。采取的方法是分塊連接電路，共分成了三部分。首先連接的是風(fēng)速控制電路部分，在連接完這部分電路之后，發(fā)現(xiàn)總是不亮燈。檢查后發(fā)現(xiàn)開關(guān)電路不穩(wěn)定，修改開關(guān)電路后實(shí)現(xiàn)了效果，電路基本能正常工作。接著連接風(fēng)種控制部分，發(fā)現(xiàn)電路雖然可以工作，但是并沒有得到預(yù)期的效果。按下控制風(fēng)速風(fēng)種的開關(guān)時(shí)，燈雖然能亮，但是并不能按照規(guī)律進(jìn)行變化。首先對照電路進(jìn)行了檢查，并將一些接觸不好的線換掉。在調(diào)試第一部分和第二部分連接后的電路時(shí)，發(fā)現(xiàn)燈都不亮了。仔細(xì)檢查電路后發(fā)現(xiàn)電路板的一個(gè)接地端斷了，補(bǔ)修電路后實(shí)現(xiàn)了所需效果。在調(diào)試第三部分電路時(shí)由于實(shí)驗(yàn)室沒有所需電阻和示波器的限制，一開始并沒有得到方波，經(jīng)過老師的調(diào)整能看到一個(gè)點(diǎn)在示波器的顯示屏上閃動(dòng)，但是通過觀察發(fā)現(xiàn)，這個(gè)點(diǎn)有高低電平的變化，并且高低電平都能持續(xù)一段時(shí)間，說明已經(jīng)得到了方波實(shí)現(xiàn)所需的效果。將電路整體調(diào)試時(shí)，電路調(diào)試成功得到了應(yīng)有的效果。在電路調(diào)試過程中，導(dǎo)線總是脫落電路板對電路調(diào)試造成困難，并且導(dǎo)線也有的已經(jīng)斷了，對調(diào)試帶來不必要的麻煩七、總結(jié)與體會(huì)八、元器件清單74ls08D與門10個(gè)74ls32N或門1個(gè)74ls74D2D觸發(fā)器6個(gè)74ls00D與非門5個(gè)74ls151D八選一數(shù)據(jù)選擇器1個(gè)電容4000pf10nf各一個(gè)電阻10kΩ50kΩ各一個(gè)二極管2個(gè)九、已實(shí)現(xiàn)的功能

根據(jù)設(shè)計(jì)要求，我們的“家用風(fēng)扇控制器”已實(shí)現(xiàn)以下功能：

1、處于工作狀態(tài)時(shí)，有：

○1初始狀態(tài)為：風(fēng)速弱，風(fēng)種正常；

○2按“風(fēng)速”鍵，其狀態(tài)由“弱、中、強(qiáng)、弱、……”循環(huán)；

○3按“風(fēng)種”鍵，其狀態(tài)由“正常、睡眠、自然、正常、……”循環(huán)；

2、風(fēng)速的弱、中、強(qiáng)對應(yīng)電扇的轉(zhuǎn)