家用電風(fēng)扇邏輯電路設(shè)計

1、成績課程設(shè)計說明書題目： 家用電風(fēng)扇控制邏輯電路設(shè)計 課程名稱： 數(shù)字電子技術(shù) 學(xué) 院： 電子信息與電氣工程學(xué)院 學(xué)生姓名： 學(xué) 號： 專業(yè)班級： 指導(dǎo)教師： 張 天 鵬 2014年6月6日課 程 設(shè) 計 任 務(wù) 書設(shè)計題目家用電風(fēng)扇控制邏輯電路設(shè)計學(xué)生姓名所在學(xué)院電子信息與電氣工程學(xué)院專業(yè)、年級、班設(shè)計要求： 1、設(shè)計制作一個家用電風(fēng)扇控制邏輯電路； 2、用一個按鍵實現(xiàn)風(fēng)速強(qiáng)、中、弱的循環(huán)控制； 3、用LED燈顯示風(fēng)速的狀態(tài)。學(xué)生應(yīng)完成的任務(wù)： 完成循家用電風(fēng)扇控制邏輯電路設(shè)計，利用Multisim軟件進(jìn)行電路功能仿真，利用Altium Designer軟件繪制電路原理圖，設(shè)計制作電路的PC

2、B板，對電路進(jìn)行安裝、調(diào)試，并提交課程設(shè)計報告。參考文獻(xiàn)：1 秦長海，張?zhí)禊i，翟亞芳.數(shù)字電子技術(shù)M.北京：北京大學(xué)出版社，2012.2 谷樹忠.Altium Designer教程-原理圖、PCB設(shè)計與仿真M.北京：電子工業(yè)出版社，2010. 3 邱關(guān)源，羅先覺.電路（第五版）M.北京：高等教育出版社，2006.工作計劃：5月26日5月27日，利用Multisim軟件完成電路功能仿真；5月28日5月30日利用Altium Designer軟件完成電路原理圖設(shè)計和PCB板設(shè)計；6月3日6月5日完成PCB板制作、電路安裝與調(diào)試工作；6月6日，提交課程設(shè)計報告。任務(wù)下達(dá)日期： 2014年 5月26

3、日任務(wù)完成日期： 2014年6 月 6日 指導(dǎo)教師（簽名）： 學(xué)生（簽名）：家用電風(fēng)扇控制邏輯電路設(shè)計摘 要：設(shè)計了一個家用電風(fēng)扇控制邏輯電路，該電路可以實現(xiàn)用一個開關(guān)控制風(fēng)速強(qiáng)、中、弱的功能。該電路是由觸發(fā)脈沖形成電路、控制電路、按鍵反饋電路構(gòu)成，電路由SN74LS175D、SN74LS00器件來實現(xiàn)。經(jīng)Multisim仿真測試，該電路可以實現(xiàn)用一個四角開關(guān)讓三個LED燈交換發(fā)亮的功能。利用Altium Designer軟件對電路圖進(jìn)行了原理圖設(shè)計和PCB設(shè)計，并對電路進(jìn)行了安裝和調(diào)試，并能正常工作。關(guān)鍵詞：電風(fēng)扇；SN74LS174D;SN74LS00;電路仿真；Altium Design

4、er目 錄1.設(shè)計背景11.1 社會發(fā)展11.2 設(shè)計背景12.設(shè)計方案12.1 狀態(tài)鎖存器22.2 觸發(fā)脈沖的形成23. 實施方案23.1 家用電風(fēng)扇控制邏輯電路功能仿真3 3.2 Altium Designer原理圖設(shè)計53.3 PCB板電路圖設(shè)計63.4 安裝和調(diào)試74.結(jié)果與結(jié)論74.1 結(jié)果74.2 結(jié)論75.收獲與致謝86.參考文獻(xiàn)8 7.附錄8 7.1 元器件清單87.2 實驗電路圖9 1. 設(shè)計背景1.1 社會發(fā)展 目前，人們長期使用的電風(fēng)扇是采用機(jī)械控制，功能少，一個按鍵智能控制一種風(fēng)速。另外，功耗大，易發(fā)熱，體型笨重。隨著經(jīng)濟(jì)水平的提高，家用電風(fēng)扇在各個家庭里已經(jīng)普遍存在。

5、生活水平的提高讓人們對家用電器的要求越來越高，人們想要家用電器智能化以及人性化。作為家里普遍存在電器，電風(fēng)扇的智能化以及人性化尤為重要。雖然在國內(nèi)外，有關(guān)家用電風(fēng)扇控制邏輯電路設(shè)計技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，但并不妨礙我們的設(shè)計，而本次家用電風(fēng)扇控制邏輯電路設(shè)計就是為了解決電風(fēng)扇智能化、人性化這一問題。1.2 設(shè)計背景 D1:弱 D2：中 D3：強(qiáng) S1：風(fēng)速 本次實驗設(shè)計的家用電風(fēng)扇控制邏輯電路中包括了脈沖觸發(fā)電路、控制邏輯電路、按鍵反饋電路，實驗用一個開關(guān)控制風(fēng)速的弱、中、強(qiáng)，從而實現(xiàn)狀態(tài)循環(huán)。一經(jīng)啟動后，再按動“風(fēng)速”開關(guān)，開始循環(huán)在弱、中、強(qiáng)三種狀態(tài)中的一種；設(shè)計中風(fēng)速的弱、中、強(qiáng)對應(yīng)電風(fēng)扇轉(zhuǎn)的

6、慢、中、快。弱 中 強(qiáng)其中所用元件作用。1、 電阻、電容：消抖 2、 四角開關(guān)：與CLK相連形成脈沖3、 二極管：顯示風(fēng)速大小4、 SN74LS175D:定時器狀態(tài)所存電路5、 SN74LS00D：使單次脈沖更加穩(wěn)定2.設(shè)計方案2.1 狀態(tài)鎖存器 “風(fēng)速”操作產(chǎn)生三種工作狀態(tài)和一種停止工作狀態(tài)需要保存和指示，因而，對于此操作采用三個觸發(fā)器來鎖存狀態(tài)，觸發(fā)器輸出狀態(tài)為1，則為有效狀態(tài)，輸出為0，則為無效狀態(tài)，如果三個輸出全為0，則為停止?fàn)顟B(tài)。 為了簡化設(shè)計，用帶有直接清零端的觸發(fā)器。所得圖如圖1所示。 停止 弱 中 強(qiáng) 弱 000 001 010 100 001 圖1 工作原理圖 根據(jù)圖1的轉(zhuǎn)換

7、圖，可得到Q3n+1,Q2n+1,Q1n+1的狀態(tài)表，如表1所示。表1 Q0n+1,Q1n+1,Q2n+1的狀態(tài)表Q3nQ2nQ1nQ3n+1Q2n+1 Q1n+1001010010100100001 根據(jù)表1，可得到Q3n+1,Q2n+1,Q1n+1的輸出邏輯表達(dá)式： = = =2.2 觸發(fā)脈沖的形成根據(jù)前面的邏輯表達(dá)式，我們用D觸發(fā)器建立起“風(fēng)速”鎖存電路。利用“風(fēng)速”按鍵（S1）所產(chǎn)生的脈沖信號作為D觸發(fā)器的觸發(fā)脈沖。設(shè)ST為電扇的工作狀態(tài)，ST=0停止工作；ST=1正常工作。得到表，如表2所示。表2 ST的信號狀態(tài)表強(qiáng)（Q2n）中(Q1n)弱（Q0n）ST000000110101100

8、13. 方案實施3.1 家用電風(fēng)扇控制邏輯電路功能仿真 根據(jù)所學(xué)，畫出原始狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖，如圖2所示.001100010001 000圖2原始狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖根據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖畫出狀態(tài)轉(zhuǎn)換表，如表3所示。表3 狀態(tài)轉(zhuǎn)換表 轉(zhuǎn)換次序 原始狀態(tài)狀態(tài)分配輸出狀態(tài)CLKS Q3n Q2n Q1n Q3n+1 Q2n+1 Q1n+10S0 0 0 0 0 0 11S1 0 0 1 0 1 02S2 0 1 0 1 0 03S3 1 0 0 0 0 1 根據(jù)狀態(tài)轉(zhuǎn)換表畫次態(tài)卡諾圖，如圖3所示。Q3n+1Q2n+1Q1n+1 Q2nQ1n 00 01 11 10 001010100001Q3n 0 1 圖3次態(tài)卡諾圖 卡

9、諾圖分解圖，如圖4、圖5、圖6所示。Q1n+1 Q2nQ1n 00 01 11 101001Q3n 0 1圖4卡諾圖的分解Q2n+1 Q2nQ1n 00 01 11 100100Q3n 0 1 Q3n+1圖5卡諾圖的分解 Q2nQ1n 00 01 11 100010Q3n 0 1圖6卡諾圖的分解 從卡諾圖中得到電路的狀態(tài)方程： = = = D觸發(fā)器特性方程： = 由此可得： = = = “風(fēng)速”狀態(tài)鎖存器電路采用一片4D觸發(fā)器74LS175構(gòu)成，然后在4D觸發(fā)器上的兩只D觸發(fā)器輸出端與三個LED燈相連，用LED燈的亮或滅表示“風(fēng)速”的弱、中、強(qiáng)。 鍵J2按動后形成的觸發(fā)信號作為“風(fēng)速”狀態(tài)鎖存

10、電路的觸發(fā)信號。 從而得到仿真電路圖，如圖7所示。圖7 Multisim仿真電路3.2 Altium Designer原理圖設(shè)計 根據(jù)Multisim仿真電路，用Altium Designer進(jìn)行原理圖設(shè)計，SN74LS175屬于一個4D觸發(fā)器，輸出信號與相應(yīng)的輸入信號相同。得到 Altium Designer原理圖，如圖8所示。圖8 電風(fēng)扇原理圖設(shè)計3.3 PCB板電路圖設(shè)計 根據(jù)Altium Designer原理圖設(shè)計，在確認(rèn)設(shè)計完全正確后，利用PCB向?qū)ё龀鯬CB原理圖，其中板子大小采用50mm60mm的規(guī)格，以及SN74LS175、SN74LS00采用雙面直插包裝，另外我們使用單面板及

11、單層布線，從而達(dá)到用最少的材料制成同種功能的板子。PCB原理圖如圖9所示。圖9 PCB布線圖3.4 安裝和調(diào)試 在板子上插入各元器件，分別焊接，焊接完成后用直流電源檢測其功能，發(fā)現(xiàn)三個燈常亮，不能完全按要求工作。通過檢查原理圖發(fā)現(xiàn)兩個電源所標(biāo)不同，導(dǎo)致不能正常工作，改正原理圖，可以正常工作。 4. 結(jié)果與結(jié)論4.1 結(jié)果 通過兩個星期的從Multisim仿真到Altium Designer原理圖設(shè)計再到 PCB板電路圖設(shè)計，最后得到如下所示的電風(fēng)扇設(shè)計的板子。實物圖如圖10所示。 圖10 電風(fēng)扇實物圖4.2 結(jié)論 設(shè)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(shè)計所需達(dá)到的功能要求。用了一個

12、四角開關(guān)與CLK相連形成脈沖，經(jīng)過一個簡單的開關(guān)控制，用發(fā)光二極管顯示風(fēng)速大小，最后得到控制“風(fēng)速”弱、中、強(qiáng)的效果。通過上文所述，可以看出本次設(shè)計所采用的元器件數(shù)量最少，功能相同，經(jīng)濟(jì)實惠，所實現(xiàn)功能效果良好。5. 收獲與致謝 這是一次比較系統(tǒng)的電路設(shè)計，是一次將理論與實際相結(jié)合的實踐。其中包括了資料的查找問題，問題的分析問題，解決問題的能力，以及電路的設(shè)計問題，還有可能會使設(shè)計時排版美觀的問題。 通過本次課程設(shè)計，我學(xué)到了很多，其一就是讓我懂得了理論與實際相結(jié)合的重要性。另外讓我更深層次的接觸到了專業(yè)課程，不僅掌握PCB設(shè)計軟件的應(yīng)用，還掌握multisim、proteus等電路仿真軟件的

13、應(yīng)用，同時還掌握了電路的安裝與調(diào)試的一般方法以及設(shè)計說明書的撰寫方法，為專業(yè)課學(xué)習(xí)和從事科學(xué)研究打下了良好的基礎(chǔ)。這都要謝謝我的指導(dǎo)老師張?zhí)禊i老師，以及我的兩個合作伙伴和我的朋友們，正是有了他們的指導(dǎo)，我才能夠在本次設(shè)計中圓滿完成。6. 參考文獻(xiàn)1 童詩白.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)M.北京：高等教育出版社，2005. 2 臧春華.電子線路設(shè)計與應(yīng)用M.北京:高等教育出版社，2005.3 邱關(guān)源，羅先覺.電路（第五版）M.北京：高等教育出版社，2006.4 秦長海，張?zhí)禊i，翟亞芳.數(shù)字電子技術(shù)M.北京：北京大學(xué)出版社，2012.5 谷樹忠.Altium Designer教程-原理圖、PCB設(shè)計與仿真M.北京：電子工業(yè)出版社，2010.7. 附件7.1 元器件清單元器件清單，如表4所示。表4 元器件清單序號類型型號數(shù)量1SN74LS175Ddip161個2SN74LS00Ddip141個3發(fā)光二級管3個4電阻1002個5電容0.1F1個6四角開關(guān)1個7電源7.2 實驗電路圖仿真電路圖，如圖11所示。圖11 Multisim仿真電路 電風(fēng)扇原理圖