課程設(shè)計(jì)-定時(shí)排氣扇設(shè)計(jì)

1、前電子課程設(shè)計(jì)是電子技術(shù)學(xué)習(xí)中非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，是將理論知識(shí)和實(shí)踐 能力相統(tǒng)一的一個(gè)環(huán)節(jié)，是真正鍛煉學(xué)生能力的一個(gè)環(huán)節(jié)。很多電路要使用555來(lái)產(chǎn)生一個(gè)脈沖，555定吋器是-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(lái)做定時(shí)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)的耍求就是利用555和一些輔助器件 來(lái)完成簡(jiǎn)易的定時(shí)排氣扇。在許多領(lǐng)域中計(jì)時(shí)器均得到普遍應(yīng)用，諸如在體育比賽，定時(shí)報(bào)警器、游 戲中的倒時(shí)器，交通信號(hào)燈、紅綠燈、行人燈、交通纖毫控制機(jī)、還可以用來(lái)做 為各種藥丸，藥片，膠囊在指定時(shí)間提醒用藥等等，由此可見計(jì)時(shí)器在現(xiàn)代社會(huì) 是何其重要的。木次設(shè)計(jì)就用到

2、了計(jì)時(shí)器功能。室內(nèi)長(zhǎng)期不通風(fēng)對(duì)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(dòng)切斷電源。做為電子系的大學(xué)生 不僅要學(xué)習(xí)理論，更要將理論所學(xué)運(yùn)用到實(shí)際。自動(dòng)定時(shí)循環(huán)排氣扇控制器，可用來(lái)對(duì)家庭居室的排氣扇進(jìn)行定時(shí)循環(huán)控 制，它既可對(duì)室內(nèi)空氣進(jìn)行定時(shí)清潔凈化，乂省去人工控制。只要按照實(shí)際需要 設(shè)定好排氣時(shí)間和間歇時(shí)間，排氣扇就會(huì)按照設(shè)定好的程序和時(shí)間，自動(dòng)循環(huán)地 工作下去。同時(shí)該控制器還可根據(jù)設(shè)定好的定時(shí)程序和時(shí)間，自動(dòng)切斷工作電源, 這樣既能實(shí)現(xiàn)控制目的，又不浪費(fèi)電能。此控制器不僅可以用在排氣扇上，只要 實(shí)現(xiàn)類似功能的電路都可使用且成本低廉，制作簡(jiǎn)單，

3、操作方便，非常具有實(shí)用 價(jià)值！第一章設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求k設(shè)計(jì)內(nèi)容：定時(shí)排氣扇2、設(shè)計(jì)要求：實(shí)現(xiàn)總定時(shí)時(shí)間8小時(shí)（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。3.電路組成框圖555占空比可調(diào)電路，定 時(shí)與控制排氣扇間歇工作計(jì)數(shù)電路排氣扇工作電路第二章系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案選擇方案一：本方案由排氣扇、定時(shí)控制電路和冋歇控制電路組成。首先 由定吋控制電路控制總定吋即排氣扇總工作時(shí)間，可以通過(guò)調(diào)節(jié)滑動(dòng) 變阻器來(lái)改變定時(shí)時(shí)間。間歇控制電路控制排氣的工作和間歇時(shí)間， 也可以通過(guò)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器來(lái)改變其時(shí)間。本設(shè)計(jì)排氣扇的效果用發(fā) 光二極管來(lái)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2-1 o

4、vcc圖2. 1方案一實(shí)驗(yàn)電路圖但此電路時(shí)由兩個(gè)多諧振蕩器串聯(lián)而成，由實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析其信號(hào)不穩(wěn) 定，致使時(shí)間也不穩(wěn)定，所以我放棄了這個(gè)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(duì)排氣扇進(jìn) 行自動(dòng)開?？刂频淖詣?dòng)循環(huán)控制器，另一部分是對(duì)開停次數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù) 的電子計(jì)數(shù)器。定時(shí)循環(huán)開停時(shí)間控制器由555時(shí)基集成電路組成， 在電路中，555時(shí)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2-2所示：gcrajitllggrcuri 彳圖2.2 方案二實(shí)驗(yàn)電路圖第三章系統(tǒng)的組成及工作原理作者選擇的是方案二，該方案中555時(shí)基集成電路能夠?qū)崿F(xiàn)電路振蕩的主耍 原理是，由電源通過(guò)接

5、在電路的7、6、2腳間的電阻器r1,r2對(duì)接至地端的電容 器c1的充、放電過(guò)程，與3個(gè)引腳各自功能相配合來(lái)完成的。在前面已介紹過(guò) 的振蕩電路中，電容器c1的充電是通過(guò)rl、r2與c1的接地端形成冋路的；而電容器的放電則是c1的正極通過(guò)r2到7腳完成的。只要將電路中rl、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vd1、vd2和可調(diào)電位器 rp,情況就改變了。在這個(gè)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(guò)rp進(jìn)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

6、電回路變?yōu)橛呻娫赐ㄟ^(guò)rl, rp的上半段、 vd2到電容器c1。而電容器的放電回路則由電容的正極通過(guò)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(guò)調(diào)節(jié)rp的位置來(lái)改變的。由于振蕩脈沖的占幸比是由電容器充、放電時(shí)間的差異形成的，當(dāng)rp的動(dòng) 臂移向下方時(shí)，使充電電阻的阻值增大，同時(shí)使放電電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(shí)間延長(zhǎng)；而放電時(shí)間縮短，振蕩脈沖的占空比變大 了。反之，當(dāng)rp的動(dòng)臂向上調(diào)節(jié)時(shí)，電容器的充電時(shí)間縮短；而放電吋間被延, 長(zhǎng)，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

7、于vp /3, ic1的3腳輸出高電平。這時(shí)vl2發(fā)光指示，繼電器k2線圈不通電，所以k z保持靜態(tài)。但這一高電平在形成z初便通過(guò)c3向ic2的cp端輸人一個(gè)計(jì)數(shù)脈 沖，使ic2的輸岀端前移一位。隨后電容器c1進(jìn)人充電狀態(tài)，而輸岀端3則保 持高電平。直到c1充電使其正端電壓達(dá)到2 vdd /3時(shí)，電路翻轉(zhuǎn)，輸出端3 變?yōu)榈碗娖健＿@時(shí)繼電器k2通電吸合，將排氣扇的工作電源接通，排氣扇開始 運(yùn)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(guò)程，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間，當(dāng)c1正端電壓下降到vm /3 時(shí)，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(yùn)轉(zhuǎn), 電路進(jìn)入下一個(gè)循環(huán)期。雖然r

8、1的電阻值遠(yuǎn)大于r2的電阻值，但因rp為共用元件，當(dāng)rp的動(dòng)臂旋 至r2 一端時(shí)，r1+rp的電阻值遠(yuǎn)大于r2的電阻值。這時(shí)c1的充電時(shí)間遠(yuǎn)大于 放電時(shí)間，輸出脈沖的占空比最大，排氣扇的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間小于停歇時(shí)間。當(dāng)rp的 動(dòng)臂旋至r1端時(shí)，r1的電阻值又小于r2+rp的電阻值。這時(shí)電容器c1的充電 時(shí)間略小于放電時(shí)間，輸出脈沖的占空比為最小。排氣扇的運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間大于停歇時(shí) 間。工作電源控制器由ic2和繼電器k1組成，它通過(guò)對(duì)排氣扇運(yùn)轉(zhuǎn)周期的計(jì)數(shù), 確定和控制排氣扇的工作次數(shù)。當(dāng)?shù)竭_(dá)預(yù)定的工作次數(shù)后，通過(guò)繼電器k1切斷 排氣扇并包括整個(gè)控制電路的工作電源。該電路由icz、繼電器ki、sb2和sbi 組成

9、。tc2為cd4017十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，電路中用它的輸出端q0 一 q7來(lái)控制繼電器k i的吸合與斷開。當(dāng)q0-q7中只要有一個(gè)輸出高電平，繼電器k1就不會(huì)斷開。 當(dāng)電路被接通電源后，q0就輸岀高電平使vt導(dǎo)通，繼電器k1吸合。在隨后的 工作過(guò)程中，雖然輸出端會(huì)由qo, qi、q2、q7變化，但vt的導(dǎo)通狀態(tài)不會(huì) 變化，直到q8輸出高電平使計(jì)數(shù)器復(fù)位。tc2的計(jì)數(shù)脈沖取自ici的輸出，每當(dāng)ici輸出一個(gè)脈沖周期，ic2便計(jì)數(shù) 一次，其輸出端即前移一位。如果未加預(yù)置，則當(dāng)排氣扇運(yùn)轉(zhuǎn)七個(gè)周期后就會(huì)被 切斷工作電源而停止工作。sb2為預(yù)置按鈕，每按動(dòng)一次按鈕便向ic2輸人一個(gè) 計(jì)數(shù)脈沖，輸出端即前移一位

10、，余下的工作周期就會(huì)減少一次。所謂預(yù)置便是通 過(guò)預(yù)置減少排氣扇的工作循環(huán)次數(shù)。該電路在使用時(shí)，首先按下起動(dòng)按鈕sb1接通控制電路的工作電源，這吋 c2的偽輸出高電平使vt導(dǎo)通，繼電器k1通電吸合后通過(guò)k1將電源開關(guān)自鎖， 使電路進(jìn)人工作狀態(tài)并一直保持。本電路中ic1輸出脈沖的周期為lh,可通過(guò)r p的調(diào)節(jié)改變脈沖的占空比，從而改變排氣扇的開停時(shí)間。第四章單元電路設(shè)計(jì)、參數(shù)計(jì)算、器件選擇器件選擇：ne555cd4017發(fā)光二極管 二極管 1n4001 三極管3dg12 電容2200uf0. luf0. oluf電阻1. im240klk10k圖4.1單元電路設(shè)計(jì)圖參數(shù)計(jì)算：t (總)=ln2 (

11、r1+r2+r3) 01.69. 1 x "+1 x "+0. 24x ")x2. 2xiq 3«3600s1個(gè)1個(gè)10個(gè)（紅色：9個(gè)綠色：1個(gè)）4個(gè)1個(gè)1個(gè)2個(gè)1個(gè)1個(gè)1個(gè)3個(gè)1個(gè)100k1 個(gè)滑動(dòng)變阻器1m 1個(gè)電磁繼電器開關(guān)2個(gè)由555多諧振蕩器輸出的方波如下圖:第五章實(shí)驗(yàn)、調(diào)試及測(cè)試結(jié)果與分析吸取了以前只做電子產(chǎn)品吋的經(jīng)驗(yàn)，在焊接時(shí)，每焊接一個(gè)元器件都用萬(wàn) 用表測(cè)試是否虛焊，在檢查確認(rèn)整個(gè)電路焊接完整，沒有漏焊后，接通電源，進(jìn) 行調(diào)試。調(diào)試：?jiǎn)栴}一：開始時(shí)的電壓選為12v,現(xiàn)象應(yīng)該為：排氣扇不工作時(shí)紅燈亮，而 工作吋綠燈亮。在接通電源后，卻發(fā)現(xiàn)兩

12、盞燈都有亮，這和應(yīng)得到的現(xiàn)象相違背。 于是用萬(wàn)用表檢查電路時(shí)哪里出現(xiàn)了問(wèn)題。反復(fù)檢查電路，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，學(xué)校發(fā)的 穩(wěn)壓二極管燒壞了，發(fā)現(xiàn)555芯片的3腳在低電平時(shí)電壓就己經(jīng)達(dá)到了 3v多， 而電磁繼電器的電壓只有9v。最后把電源電壓改成了 9v,同時(shí)更換了二極管并 接通了電源，兩盞燈交替亮起來(lái)，這和設(shè)計(jì)結(jié)果相符。問(wèn)題二：在做仿真的時(shí)候，只需將cd4017芯片的時(shí)鐘使能端架空，工作一 周后它就不再計(jì)數(shù)了。但是當(dāng)接通電源查看后，卻發(fā)現(xiàn)結(jié)果與仿真的不同，它一 直循環(huán)工作。經(jīng)過(guò)查找資料等，作者將芯片的q8端直接接到了使能端，再次接 通電源進(jìn)行測(cè)試，達(dá)到了預(yù)想的效果。第六章收獲與體會(huì)本次課程設(shè)計(jì)的課題為定時(shí)

13、排氣扇，既然要求只是定時(shí)和間歇功能，腦海 里第一個(gè)想到的就是555電路?；谡n題要求的定時(shí)時(shí)間長(zhǎng)短，通過(guò)公式計(jì)算確 立了電路圖中的參數(shù)，并借助mutisim仿真軟件進(jìn)行理論測(cè)驗(yàn)，基本得到初步效 果剛開始所設(shè)計(jì)的電路圖仿真結(jié)果可以得出效果。在開始做這個(gè)課設(shè)的時(shí)候?qū)嶒?yàn)后不會(huì)來(lái)事，想想自己出來(lái)問(wèn)題，并且是很 大的問(wèn)題,首先的實(shí)驗(yàn)開始就沒有設(shè)計(jì)好每一步該怎么做！后來(lái)想想自己沒有用 mutisim仿真軟件來(lái)仿真，其次沒有把電力路線布置的美觀，沒有把實(shí)驗(yàn)的草圖 畫的很清楚！焊接也不美觀！這個(gè)嚴(yán)重的問(wèn)題發(fā)生了！而把電路板上得器件拆下 卻是很糾結(jié)的！和同組人商量下，下決心去找找看有沒有剩余的器件！在同學(xué)的 幫

14、助下，找完所需的器件！重新開始第二次實(shí)驗(yàn)，用了一個(gè)上午，試了下， 成功了，搞定了！還有，焊接時(shí)要確保焊接質(zhì)量，不然產(chǎn)品很容易出問(wèn)題。虛焊、漏焊都會(huì)使 得產(chǎn)品無(wú)法正常工作，再進(jìn)行檢修將花費(fèi)大量時(shí)間。此次課設(shè)是兩人一組完成的, 那就必須有良好的合作精神。因?yàn)橐呀?jīng)搭檔過(guò)很多次，與同組人己有很好的默契, 制作產(chǎn)品過(guò)程還是比較順利的。在遇到問(wèn)題時(shí)更加需要合作，因?yàn)閮蓚€(gè)人的是視 角不一樣的，檢查到的方面更加廣。任何問(wèn)題總有解決的辦法，在遇到問(wèn)題時(shí)必須沉住氣，冷靜思考問(wèn)題所在, 該重來(lái)也不要怕，失敗乃成功之母，盡量解決問(wèn)題才是真。經(jīng)過(guò)查閱資料和老 師的幫助，電路基木圓滿的完成了；但還是發(fā)現(xiàn)了一些問(wèn)題，比如對(duì)

15、電路整體的 布局不夠好，著在以后還有待提高。參考文獻(xiàn)1. 中國(guó)集成電路大全編寫委員會(huì)，中國(guó)集成電路大全ttl集成電路，北京國(guó) 防工業(yè)出版社，19852. 孫人杰.電路數(shù)據(jù)手冊(cè)ttl電路電子工業(yè)出版社，19893. 王毓銀.數(shù)字電路邏輯設(shè)計(jì)（第三版）北京：高等教育岀版社，19994楊志忠.數(shù)字電子技術(shù)（第二版）北京：高等教育出版社，20005胡宴如.高頻電子線路（第三版）北京：高等教育出版社，20056. 鄧云祥.孟勁松蘇燕辰.數(shù)字電路的設(shè)計(jì)中國(guó)測(cè)試技術(shù)，2005年03期7. 魯欣，趙亦工，徐秀紅.數(shù)字電路設(shè)計(jì)方案的比較與選擇北京：信息產(chǎn)業(yè)部 電子第六研究所，2002附錄一:pin assign

16、ments for dip, cd4017bdecoded output fdecoded output v*oecodeo output ifdecoded output “fdecodtd output tdecoded output 叩decoded output 丁v$5top viewlogic diagramssoic and sop161514n>iie9vddreshclockclock enablecarry outdecode。 owtfut 歲oecooeo output wdfcodeo output cd4017bternmrwl no &«gmdterminal mo 16* vqqflf>hy?hyor附錄圖l 芯片cd4017btiming diagramscd4017bclockresetcluckenabler 0 ro/ or/ a2-rrf 2k-廠rr%n6n