家用电风扇控制逻辑电路设计.doc

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1、 课题名称 家用电风扇控制逻辑电路设计 目 录1目录.42 需求分析51.1 基本功能需求分析5 1.2 扩展功能需求分析53系统设计.6 2.1 系统逻辑结构设计7 2.2 风速状态锁存的设计7 2.3 风种状态锁存器设计8 2.4 时间状态锁存器的设计9 2.5 触发脉冲形成电路10 2.6 风速、定时电路的脉冲电路11 2.7 风种模式的实现114系统实现12 3.1系统测试12 3.2 系统最终电路图13设计内容：基本要求：1）实现风速的强、中、弱的控制（一个按钮控制，循环）；2）实现睡眠风、自然风、正常风三种风态（一个按钮控制，循环）；3）LED显示状态。 提高要求：1）按键提示音

2、2）定时关机功能（以小时为单位） 参考原理框图：电路分成下面三大部分 状态锁存器电路 触发器电路 风种控制电路主要参考元器件： 74LS00，74LS175，74LS151，74LS08二、设计要求：1思路清晰，给出整体设计框图和总电路图；2单元电路设计，给出具体设计思路和电路； 1 需求分析1.1 基本功能需求分析课程要求家用电风扇控制电路可实现“风速”，“风种”和“停机”三个由不同按键控制的功能。传统的电风扇采用机械控制的方式控制其转动方式，但随着电子技术和控制技术的发展，通过电子控制可实现家用电风扇更加快捷方便的控制，同时也有助于电风扇的多功能化。随着社会的发展，单一转速，单一风种的电风

3、扇已经不能满足各类用户的需求，这就要求要出现一种功能更全，操作更方便的电风扇来取代以前的老式机电风扇，本设计从电路硬件出发，用数字逻辑电路来完成设计，最终实现电风扇多风速、多风种的功能控制。最终我们可实现风速模式为“弱”“中”“强”，风种可选择“正常”“自然”“睡眠”的家用电风扇基本功能控制电路。1.2 扩展功能需求分析 在实际设计中，我们扩展了定时功能，以及按键反馈功能，既扩大了电风扇的使用功能，又使具备上述功能的电风扇更加方便使用。定时功能：实际生活中，很多情况下都要对电风扇进行定时设置，比如在炎热的夏季，晚上睡觉时可能会觉得闷热需要开风扇，但是如果一晚上都开着风扇可能会吹感冒，也浪费电力

4、资源，在这类情况下，实现定时就显得尤为重要了，并且，实现多时段的定时功能也是很重要的。按键反馈：一个高品质的系统，对输入它的控制信号需要进行提示响应，因为有很多信号输入后在短时间内很难表现出来，或者当一些状态指示灯损坏后，按动一次按键是否输入了信号是很难判断的，所以需要对有效地脉冲，控制信号进行提示与响应，即按键反馈。多种方式的按键反馈功能可以使用户更加方便的使用电风扇，同时也可满足特殊用户群体的需求。综上，我们最终将实现拓展功能定时和按键反馈。定时分为“不定时”“1小时”“2小时”“4小时”四个状态，按键反馈分为指示灯反馈，蜂鸣器反馈两种方式。 2 系统设计2.1 系统逻辑结构设计 本设计中

5、，家用电风扇控制逻辑电路在控制电风扇的工作方式时，主要依靠风速，风种，定时三个状态的改变来完成，而这三种状态均需要状态锁存器来保存其变化状态，再通过输入脉冲来改变它的状态。对于三个状态，各用一个状态锁存器来保存相应的变化状态，下面我们将系统的对三个状态进行逻辑设计。2.2 风速状态锁存的设计“风速”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表示工作状态无效，当三个输出全为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。 风速状态锁存器的设计步骤

6、如下： （1）、状态图见图2.1所示：（2） 用D触发器实现风速状态锁存器的原理性逻辑图如图2.3所示，电路采用同步时钟CP控制。2.3 风种状态锁存器设计“风种”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，当三个输出全为0，则表示停止状态。由此，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功能。 风种状态锁存器设计步骤与2.1.1一致：（1）、状态图见图2.4所示： (2)、用D触发器实现风种状态锁存器的原理性逻辑图如图2.6所示，电路采用同步时钟CP控制。2.4 时间

7、状态锁存器的设计定时器也有三个工作状态，分别是1小时、2小时、4小时，以及一种停止指示状态，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，当三个输出全为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。（1） 、定时器状态转换图如图2.7所示：2小时0101小时001非定时0004小时100（2） 、用D触发器实现风种状态锁存器的原理性逻辑图如图2.9所示，电路采用同步时钟CP控制。 图2.9 定时状态锁存器原理电路2.5 触发脉冲形成电路前述三部分锁存电路的输出信号状态的变化依赖于

8、各自的触发脉冲。设K按下为“1”，不按为“0”。在“风速”状态的锁存电路中，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。在“定时”状态的锁存电路中，可以利用“定时”按键K3所产生的脉冲信号做为D的触发脉冲。而“风种”状态锁存器的触发脉冲CP则应由“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。当电扇处于停止状态（ST=0）时，按键K2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，而由K2键来控制。 CP脉

9、冲电路见图：2.6 风速、定时电路的脉冲电路除风种状态电路的脉冲是靠K1，K2合成外，风速，定时部分均由单脉冲直接提供。2.7 风种模式的实现系统要求最后设计的电风扇具有“正常”“自然”“睡眠”三种风种，在“正常”状态下电风扇持续转动，在“自然”状态下，电风扇转4s停4s，在“睡眠”状态下，电风扇转8s停8s。 3系统实现3.1系统测试 在实验箱上实现各功能时，相应的LED指示灯会亮，小风扇也会随着不同的功能而有不同的转动状态。实验测试结果表明该系统能实现以下功能：1） 、用四个按键分别选择“风速”、“风种”、“定时”、“停止”四种操作功能。2） 、用九个发光二极管分别指示“风速”和“风种”的

10、六种状态以及三种定时状态。3）、电扇在停转状态时，只有按“风速”键才能启动电扇，按其余键无响应。4）、每按一次按键，都有指示灯亮和指示音响5）、在电扇开机状态下，可实现“风速”“风种”“定时”三种功能间的任意切换，但不影响电路工作。6）、按“停机”键，电风扇停止转动，各指示灯灭。3.2 系统最终电路图 经过2周的实验课程，我们最终完美的设计出了家用电风扇控制逻辑电路。最终设计的电路系统实现了要求的基本功能，并加上了一些扩展功能。用四个按键分别选择“风速”、“风速”、“定时”、“停止”四种操作功能。 电气与信息工程系课程设计评分表项 目评 价优良中及格差设计方案的合理性与创造性(10%)硬件设计或软件编程完成情况(10%)硬件测试或软件调试结果*(10%)设计说明书质量(10%)设计图纸质量(10%)答辩汇报的条理性和独特见解(10%)答辩中对所提问题的回答情况(10%)完成任务情况(10%)独立工作能力(10%)出勤情况（10%）综 合 评 分 指导教师签名：_ 日 期：_ 注：表中标*号项目是硬件制作或软件编程类课题必填内容； 此表装订在课程设计说明书的最后一页。课程设计说明书装订顺序：封面、任务书、目录、正文、评分表、附件（非16K大小的图纸及程序清单）。 11