家用电风扇控制逻辑电路设计

课程设计说明书

课程设计名称： 数字逻辑课程设计

课程设计题目： 家用电风扇控制逻辑电路设计

学 院 名 称： 信息工程学院

专业：计算机科学与技术 班级：120452班

学号： 12045217 姓名：刘信

评分： 教师： 张华南 叶蓁

20 14 年 6 月 11 日

数字逻辑课程设计任务书

20 13 －20 14 学年 第 二 学期第 15 周－ 16 周

摘要

目前，电风扇已经成了普通百姓解暑必备家用电器。电风扇核心部分是控制部分，具有一个创新设计的控制电路可以提供更加优质服务，让用户使用更舒心，而本文所描述的家用电风扇控制逻辑设计不仅能提供更人性化服务，而且它取代了过去的机械控制，使用方便。它的设计理论可以针对不同需要就行修改，比如说家用电视机，但最典型的还是用于控制家用电风扇的工作状态。

本设计采用数字电子技术并用小规模集成电路实现，整个系统由脉冲触发电路、状态锁存电路、风态控制电路、定时电路等几大部分，用三个开关控制风速、风态及定时状态的循环，并分别用三个二极管作为状态指示灯，一个开关控制整个电路。其中脉冲触发电路用单稳态和组合逻辑电路实现，状态锁存电路、定时电路状态设计核心由4D 触发器74LS175实现。

本设计实现的控制电路能让电风扇在接通电源后按风速控制键是电路工作在“弱风”“正常风”状态，之后通过风速、风态和定时三个按键分别控制电风扇工作状态，并有相应指示灯亮，而且每次有效操作反馈电路都会有提示。本文仅从电路硬件出发，将系统地分析每一功能的实现过程，具有一定的应用参考价值，可以为其他控制电路的研究设计奠定基础。

关键词：风速控制、风态选择、定时控制、电风扇

目录

前言......................................................................................................4

第一章 设计内容及要求 …………………………………………5

第二章 设计方案分解

2.1状态锁存器…………………………………………………6 2.2触发脉冲的形成……………………………………………8 2.3电机转速控制端……………………………………………9 第三章 实验电路图………………………………………………10 第四章 实验、调试及测试结果与分析………….......................11

结论…………………………………………………………………12

参考文献……………………………………………………………………...13

附录…………………………………………………………………………..14

前言

家用电风扇已经变得极为普遍，成了人们生活中不可或缺的生活用品。而在现代，人们对家用电风扇的要求也随着社会的发展越来越高。人们希望家用电风扇能够实现智能化及人性化。家用电风扇控制逻辑电路设计就是针对这一问题而研究设计的。

以前的家用的电风扇一个按键只能控制一种风速，而且无法对其风种进行控制，无疑这样的电风扇存在一定的弊端，从而限制了电风扇的进一步普及。通过逻辑电路设计之后的电风扇。只需要三个按键就可以循环控制风速、风种及开关状态。实现了电风扇的人性化。

在国内外，家用电风扇的逻辑控制技术已经相当成熟。但是这一点并不能否认我们对其进行电子课设设计。因为其中对逻辑电路进行设计分析的思路仍然值得我们去学习和研究。又因为其简单、易做、易设计。对设计材料无特别要求的特点。所以家用电风扇控制逻辑电路设计这一课题广泛运用于电子课设中。

第一章 设计内容及要求

设计内容 ：

根据所学的数字电路知识，设计出家用电风扇控制逻辑电路。电路中可实现风速、风种的选择，并且可以用不同LED 显示风速、风种所处的状态。 基本要求：

1、实现风速的强、中、弱控制(—个按钮控制，循环) ：

使用一个“风速”按钮作为控制风速的开关。当风扇处于停止状态时，按下按钮可以实现风速强、中、弱的变化。

2、实现睡眠风、自然风、正常风三种风态(—个按钮控制，循环) ： 使用一个“风种”按钮作为控制种的开关。当风扇处于运作状态时，按下按钮可以

实现睡眠风、自然风、正常风三种风态的变化。并且正常风时电机连续转动，产生持久风； 自然风时电机转动4s 、停止4s ，产生阵风；睡眠风时电机转动 8s、停止8s ，产生轻柔的微风。 3、LED 显示状态：

使用5个发光二极管表示风扇的风速与风种的状态,3个发光二极管显示控制输出端的状态。 提高要求： 1、按键提示音。

2、定时关机功能(以小时为单位) 。

第二章 设计方案分解

1、状态锁存器

“风速”、“风种”这两种操作各有三种工作状态和一种停止状态需要保存和指示，因而对于每种操作都可以采用三个触发器来锁存状态，触发器输出1表示工作状态有效，0表示无效，当三个输出为全0则表示停止状态。 为了简化设计，可以考虑采用带有直接清零端的触发器，这样将停止键与清零端相连就可以实现停止的功能，简化后的状态转化图如图1.3所示。

图1.3

图中横线下数字×××为Q2、Q1、Q0的输出信号。

根据图2.1状态转化图，利用卡诺图化简后，可得到Q0、Q1、Q2的输出信号逻辑表达式（它们可适用于“风速”及“风种”电路）：

n Q 0n +1=Q 1n ∙Q 0

Q 1n +1=Q 0n

n +1Q 2=Q 1n

可选用4D 上升沿触发器74LS175构成。

（a ）风速

（b ）风种

图2.1 电扇简化操作状态转换图

2、触发脉冲的形成

根据前面的逻辑表达式，我们可以利用D 触发器建立起“风速”及“风种”锁存状态电路，但这两部分电路的输出信号状态的变化还有赖于各自的触发脉冲。在“风速”部分的电路中，可以利用“风速”按键（K1）所产生的脉冲信号作为D 触发器的触发脉冲。而“风种”部分电路的触发脉冲CP 则是由“风速”（K1）、“风种”（K2）按键的信号和电扇工作状态信号（设ST 为电扇工作状态，ST=0停，ST=1运转）三者组合而成的。当电扇处于停止状态（ST=0）时，按K2键无效，CP 信号将保持低电平；只有按K1键后，CP 信号才会变成高电平，电扇也 同时进入运转状态（ST=1）。进入运转状态后，CP 信号不再受K1键的控制，而是由K2键所控制。由此，我们可列出如表4.2所示的CP 信号状态表，并可得到其输出逻辑表达式：

CP =K 1ST +K 2ST

（式中K1为风速键的状态，K2为风种键的状态）

由于ST 信号可由“风速”电路输出的三个信号组合而成。因而从表4.3所式的ST 信号状态表可得 S T =Q 0Q 1Q 2 当ST=0时，表示电扇停转。 当ST=1时，表示电扇运转。

+ 最终，可以得到CP 的逻辑表达式 C P =K 1Q 0Q 1Q 2

K 2Q 0Q 1

Q 2

表2.2 CP信号状态表

表2.3ST 信号状态表 3、电机转速控制端

由于电扇电机的转速通常是通过电压来控制的而我们要求有弱、中、强三种转速，因而在电路中需要考虑三个控制输出端（弱、中、强），以控制外部强电线路（如可控硅触发电路）。

这三个输出端与指示电扇转速状态的三个端子不同，还需要考虑“风种”的不同选择方式。如果用1表示某挡速度的选通，用0表示某挡速度的关断，那么“风种”信号的输入就使得某挡电机速度被连续或间断地选中，例如风种选择“自然”风，风速选择“中”时，电机将运行在中速并开“4秒”停“4秒”，反映到面板上为L2和L5灯亮。表现在转速控制端“中”上就是出现连续的1状态或间断的1和0状态。

第三章 实验电路图

第四章 实验、调试及测试结果与分析

4.1调试仪器

万用表 一台

直流电源 一台

示波器 一台

4.2调试过程

调试时应小心谨慎，电路连接完毕后，首先应用万用表检查电路的电源线和地线的走向，防止因为电源线或地线接错而导致烧坏芯片或者是电源等现象。然后分为三个部分调试; 第一部分为风速选择电路；第二部分为风种电路；第三部分为时钟脉冲电路。当在调试第一部分电路时，发现总是不亮灯。检查后发现开关电路不稳定，修改开关电路后实现效果。在调试第一部分与第二部分连接后的电路时，发现灯都不亮了。仔细检查电路后发现接地端断了，重新练好电路后实现了所需效果。在调试第三部分电路时由于示波器的限制，并没有得到方波，只看到一个点在示波器的显示屏上闪动，但通过观察发现，这个点有高低电平的变化，并且高低电平都能持续一段时间，说明已经得到方波实现所需的效果。将电路整体调试时，电路调试成功得到了应有的效果。

4.3 结果分析

整体调试后，电路实现风速弱、中、强的选择和风种自然风、睡眠风、正常风的选择，并且都是一个按钮控制并实现循环。实现了自然风、睡眠风、正常风的效果，电路中还可以有一个按钮进行停机工作。

结论

设计主要通过数字电路知识并将电路模块化，逐步实现设计所需达到的功能要求；

1. 电扇处于停转状态时，所有指示灯不亮。此时只有按“风速”键电扇才会响应，其初始工作状态为“风速”－弱，“风种”－正常位置，且相应的指示灯亮。

2. 电扇一经启动后，再按动“风速”键可循环选择弱、中或强三种状态中的一种状态；同时，按动“风种”键可循环选择正常、自然或睡眠三种状态的某一种状态。

3. 在电扇任意工作状态下，按“停止”键电扇停止工作，所有指示灯熄灭。

4.“风速”的弱、中、强对应电扇的转动由慢到快。“风种”在正常位置是指电扇连续运转；在“自然”位置，是表示电扇模拟产生自然风，即运转4秒，间断4秒的方式；在“睡眠”位置，是产生轻柔的微风，电扇运转4秒，间断8秒的方式。

以上为设计家用电风扇逻辑电路的总体功能。

综合各种因素来看，该方案所设计的电路比较经济实惠。虽然由于该电路中的元气件价格低廉但电路的总体性能比较稳定，效果很好，由此可见该方案的性价比还是很高的，若把该方案所设计的电路做成实物图完全可以应用到现实生活中。

但电路还是有一些不足。利用开关给芯片脉冲时，脉冲不稳定使选择的风速不稳定，应加一个防抖电路使脉冲稳定。并且当按下风速按钮时风速的灯亮了，但由于使用风速与风种的与来控制输出，风扇不能运转。设计电路应再改进，当有风速时风扇即可以转动并含有一种默认的风种。

在经过此次家用电风扇电路设计后，电了解到设计一定功能的电路需要全方面的考虑，才能使功能更加得完善。

参考文献

[1]．谢自美. 电子线路设计·实验· 测试 (第三版)[M].湖北：华中科技大学出版社，2005年

[2]．童诗白、华成英主编者. 模拟电子技术基础[M].北京：高等教育出版社，2006年

[3]．阎石主编. 数字电子技术基础[M].北京：高等教育出版社，2002年

附录

器材清单

仿真图