1、目录目录摘要ABSTRACT第1章绪论111课题背景研究的意义及目的112课题研究的内容1第2章设计任务及要求221基本功能222拓展功能2第3章家用风扇控制器方案设计331家用风扇控制器的设计方案3311采用AT98C51系列单片机设计3312运用中小规模数字集成电路实现332方案讨论4第4章家用风扇控制器单元电路设计5415V线性直流稳压电源542状态锁存电路643脉冲触发电路844风种控制电路9441风种选择电路9442风种脉冲信号输出10443风种控制电路10444输出电路12第5章家用风扇控制器电路仿真分析13515V线性直流稳压电源1352风种、风速选择电路1353脉冲触发电路14
2、设计心得及总结17参考文献18致谢19附录1家用风扇控制器电路总图20附录2家用风扇控制器元件明细表21摘要摘要家用电风扇控制逻辑电路，由三个按键分别控制风速、风种以及开关，并分别用发光二极管显示状态。为实现风速的循环控制，循环部分有74LS08、74LS175组成了移位计数器。风种循环控制部分主要是通过74LS00、74LS08芯片构成触发脉冲信号。由555组成单稳态电路8秒脉冲，经过74LS175二分频，再由74LS151八选一数据选择器进行选择使之产生周期为8秒和16秒的方波信号从而实现不同的风种。关键词电风扇555定时器循环控制ABSTRACTABSTRACTTHELOGICCIRCU
3、ITTOCONTROLHOUSEHOLDFAN,WHICHCONSISTSOFTHREEBUTTON,TOCONTROLWINDSPEED,WINDTYPESANDSWITCHINGCIRCUIT,ANDBYUSINGLEDTODISPLAYTHESTATUSINORDERTOACHIEVETHEWINDSPEEDSLOOPCONTROL,THELOOPPARTCOMPRISES74LS08AND74LS175,WHICHMAKEUPASHIFTCOUNTERTHELOOPCONTROLOFWINDTYPESMAINLYTHROUGHTHECHIP74LS00AND74LS08,TOCONST
4、ITUTESATRIGGERPULSESIGNALFORMEDBYTHE555PULSEMONOSTABLECIRCUIT8SECONDS,AFTER74LS175BINARYFREQUENCY,ANDTHENBYUSING74LS151EIGHTTOCHOOSEONEDATASELECTORTOCHOOSE,BRINGSQUAREWAVESIGNAL,WHICHTHEPERIODOF8SECONDSAND16SECONDSFINALLYACHIEVETHEDIFFERENTWINDTYPESKEYWORDSHOUSEHOLDFAN555TIMERCYCLECONTROL第1章绪论1第1章绪论
5、11课题背景研究的意义及目的风扇是由电动机驱动扇叶，加速室内空气流动与循环，在夏季作为通风、散热和防暑降温，在冬季可作为加强室内空气循环的设备。它结构简单，制造容易，成本低、使用方便，在我国目前的生活水平下，特别是广大农村及中小城市中，它是一种最经济、最实惠的防暑降温设备。如今的电风扇已一改人们印象中的传统形象，在外观和功能上都更追求个性化，塔式气流扇尊贵典雅，卡通台扇娇巧可爱，而电脑控制、自然风、睡眠风、负离子功能等这些本属于空调器的功能，也被众多的电风扇厂家拿来做文章，并在此基础上增加了照明、驱蚊等更多的实用功能。这些外观不拘一格并且功能多样的产品已经成为今年电风扇市场中的一大亮点，而这种
6、差异化卖点也正预示了整个电风扇行业未来的发展趋势和走向。风扇各项功能的实现都依赖于其内部的控制器，它是风扇中的核心部件。因而设计一款低成本、高性能的风扇控制器，不但对较好的掌握控制系统及其应用方面的知识，并具备系统设计个应用设计的能力有很大的帮助，而且具有广阔的市场前景。12课题研究的内容本课题主要研究的内容是设计一款简单的家用风扇控制器。研究风扇的基本功能，通过数字逻辑电路予以实现风种、风速之间的转换。利用MULTISIM仿真软件来实现硬件的调试和仿真。第2章设计任务及要求2第2章设计任务及要求21基本功能1设计并制作一个家用风扇控制器。控制面板为按钮三个，分别为风速、风种和停止，LED指示
7、灯六个，指示风速强、中、弱，风种为睡眠、自然和正常。2电扇处于停转状态时，所有指示灯不亮，只有按下“风速”键时，才会响应，进入起始工作状态；电扇在任何状态，只要按停止键，则进入停转状态。3处于工作状态时，有（1）初始状态为风速“弱”，风种“正常”；（2）按“风速”键，其状态由“弱”“中”“强”“弱”往复循环改变，每按一下按键改变一次；（3）按“风种”键，其状态由“正常”“睡眠”“自然”“正常”往复循环改变，每按一下按键改变一次；4风速的弱、中、强对应于电扇的转动由慢到快。5风种的不同选择，分别为（1）正常电扇连续运转；（2）自然电扇模拟自然风，即转4S，停4S；（3）睡眠风扇慢转，产生轻柔的微
8、风，运转8S，停转8S；6按照风速与风种的设置输出相应的控制信号。7供电直接用供风扇的电源。8按键用“轻触”键。22拓展功能1按键提示音。2红外遥控，可通过无线遥控进行控制。3模糊智能，当深夜分贝低于25DB时，自动切换为睡眠模式，即风扇慢转，产生轻柔的微风，运转8S，停转8S。第3章家用风扇控制器方案设计3第3章家用风扇控制器方案设计31家用风扇控制器的设计方案本课题主要研究风扇的基本功能，通过数字逻辑电路予以实现风种、风速之间的转换。为满足课题所提出的几点实现功能，现有如下两种设计方案，现简述如下。311采用AT98C51系列单片机设计采用单片机AT89C51为核心的智能控制系统，实现电风
9、扇的基本控制功能，系统的硬件部分包括遥控发射电路，键盘输入电路，显示报警电路，外界声/光检测电路及电机控制电路等。其框图如图31所示。图31采用AT89C51系列单片机设计总体框图312运用中小规模数字集成电路实现本设计由总控中心、开关电路、译码电路、风速控制脉冲产生电路、显示电路五部分组成其中总控中心负责提供显示电路的开关控制和状态转换电路的复位控制；风速状态转换电路和风种状态转换电路分别由开关控制，负责提供风速、风种状态转换。风速、风种状态控制过程都分为三个阶段，对应的输出有三种状态，分别用012AAA和012BBB表示012AAA（000）状态停机。012AAA（001）状态风速弱，LE
10、D灯1模拟以200HZ的频率闪烁。012AAA（010）状态风速为中，LED灯2模拟以500HZ的频率闪烁。012AAA（100）状态风速强，LED灯3模拟以1000HZ的频率闪烁。键盘功能输入遥控功能输入外界检测AT89C51显示报警控制输出电机调速第3章家用风扇控制器方案设计4012BBB（000）状态停机。012BBB（001）状态风种正常，LED灯4持续亮。012BBB（010）状态风种为自然风电扇模拟自然风，即转2S，停2S；LED灯5模拟亮2秒灭2秒。012BBB（100）状态风速强风种睡眠电扇慢转，产生轻柔的微风，转4S，停4S，LED灯5模拟亮4秒灭4秒。初始状态为风速弱，风种
11、正常；按“风速”键，其状态由“弱、中、强、弱、”循环；按“风种”键，其状态由“正常、睡眠、自然、正常、”循环；译码电路负责将前一级的状态编码进行译码，用来驱动下一级的脉冲产生电路；风速控制脉冲产生电路和风种控制脉冲产生电路，负责产生脉冲波形用来驱动后一级的显示电路；显示电路负责显示和模拟风扇的控制结果。其原理图如图32所示图32运用中小规模数字集成电路实现总体框图32方案讨论以上两种方案都可以实现课题中所提要求，采用单片机AT89C51为核心的智能控制系统设计相对简便，且可以拓展更多模块使家用风扇控制器更加人性化、智能化；相比而言，运用中小规模数字集成电路实现较之复杂。但由于如今所学知识有限，
12、故在本次课程设计中采用第二种（运用中小规模数字集成电路实现）方案予以实现。以后学习完单片机相关知识后，再采取第一种方案设计，此次设计中不再做过多赘述。总控中心风速状态转换电路风种状态转换电路译码器译码器风速控制脉冲产生电路风速控制脉冲产生电路风速显示风速显示复位控制电路控制电路复位第4章家用风扇控制器方案设计5第4章家用风扇控制器单元电路设计单元电路设计包括电路结构以及元器件的选择。元器件选择一般遵循的原则是先“性能”、次“货源”、再“价格”、后“体积”。设计中，多查阅器件手册和有关的科技资料，熟悉常用的元器件的型号、性能及价格。关于集成电路与分立元件电路的选择问题，一般优选集成电路。设计中，
13、需要对各组元件性能参数进行综合性分析，具体包括考虑到环境温度的变化和交流电网电压的波动等工作条件的影响时，计算参数时应按最不利的情形考虑；各元器件的实际工作电压、电流、频率、功耗等应在参数允许的范围内，并留有一定的裕量，一般可按15倍左右的裕量来考虑，电阻值应尽可能选在M1范围以内，最大不应超过M10。415V线性直流稳压电源5V直流稳压电源的主要功能为把输入的220V交流电压通过变压器的降压，滤波，整流和稳压等转化为所需要的5V直流低压输出，为数字集成电路提供电源支持。使用时只需插上插座，将用电器直接与该器件的输出端相连接即可。该系统由变压器、整流电路、滤波电路、稳压电路四部分组成，最后输出
14、5V直流低压，为集成电路提供电源，图41为双电源可调直流输出图415V线性直流稳压电源电路图（1）双电源可调直流电压输出T2C11000FC21000FU1LM7805CTLINEVREGCOMMONVOLTAGEU2LM7905CTLINEVREGCOMMONVOLTAGEC310FC410FR31KKEYB41R41KKEYA41R1560R2560变压整流滤波滤波正负伏稳压模块第4章家用风扇控制器单元电路设计6其中（1）电源变压器是降压变压器，它将电网220V交流电压变换成9V的交流电压，并传送给整流电路，变压器的变化由变压器的副边电压决定。（2）整流电路利用单向导电元件，把50HZ的正
15、弦交流电变换成脉动的直流电。（3）滤波电路可以将整流电路输出电压中的交流成分大部分加以消除，从而得到比较平滑的直流电压。（4）稳压电路芯片7905稳压电路的功能是使输出的直流电压稳定，不随交流电网电压和负载的变化而变化。此外，使用图42所示电路，也可以实现5V直流稳压电源。42状态锁存电路可以使用三个D触发器来锁存状态，其中“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。同时为了简化电路，采用了带有清零端的4D触发器74LS175，可以使用开关控制清零端以便实现停机功能。设计原理为当触发器输出1时表示工作状态有效，0表示无效，当三个输出全为0则表示停止状态，风扇风速、
16、风种的简单状态转移如图43所示。图4风扇风速、风种的简单状态转移图弱001中010停机000强100正常001自然010停机000睡眠100（A）风速（B）风速图425V线性直流稳压电源电路图（2）T2D2MZPY51R1500R21KC1100F第4章家用风扇控制器方案设计7根据图43状态转换图，可得到12NQ、11NQ、10NQ的状态表（表41），“风速”及“风种”电路都满足状态表41所示表4112NQ、11NQ、10NQ的状态表由表41可得12NQ、11NQ、10NQ的卡诺图如图44所示图4412NQ、11NQ、10NQ的卡诺图由图44所示卡诺图可得12NQ、11NQ、10NQ的表达式如
17、下12NQNQ111NQNQ010NQNQ1NQ0由上述表达式可得状态所存电路中电风扇的工作状态如表42所示。S为电扇工作状态（S0停，S1运转）。NQ2NQ1NQ012NQ11NQ10NQ001010010100100001010001100000111100100011110010001111001NNQQ12NQ0NNQQ12NQ0NNQQ12NQ010NQ的卡诺图11NQ的卡诺图12NQ的卡诺图第4章家用风扇控制器单元电路设计8表42电扇工作状态表强（Q2）中（Q1）弱（Q0）S强（Q2）中（Q1）弱（Q0）S0000010100111001根据12NQ、11NQ、10NQ表达式，使用
18、两片4D74LS175芯片所设计状态所存部分电路如图45所示。（因为风速与风种的状态锁存电路是同一种原理，因此只给出风速的锁存电路）。43脉冲触发电路锁存电路中74LS175为4个D触发器构成，要使它能够进行000001010100001状态的变化，需要给它一定的脉冲信号。设计的电路中使用了J1、J2、J3三个开关，其中J1、J2为常开开关，而J3为常闭开关。J1、J2开关是控制两个74LS175芯片的CP端得脉冲，而J3是控制两个芯片的清零端。根据电路要求可以理解J1为控制风速的按钮，J2为控制风种的按钮，J3为停机按钮。家用电风扇电路中控制风速的开关与控制风种的开关具有一定的逻辑关系，需要
19、与门74LLS08与非门74LS00构成。当按下风速开关J1时具有风速后，风种选择电路才能进行工作，按下开关J2才能进行风种的变化。若风扇无风速，则风种电路不能工作，按下开J2时表示风种的发光二极管不亮。图45风速状态锁存电路U174LS175N1D4CLK91Q2CLR12D53D124D131Q32Q63Q103Q112Q74Q154Q14U2A74LS08NR1500R2500R3500LED1LED2LED3弱中强停机信号脉冲信号第4章家用风扇控制器方案设计9设计中判断电路是否有风速根据状态锁存电路中的风速锁存电路的三个状态12NQ、11NQ、10NQ来表示。当1121110NNNQQ
20、Q时表示无风速，0121110NNNQQQ时表示，再用一个非门输出。将输出与控制风种J2的开关用与门连接后再连接到风种锁存电路的74LS175芯片的CP端。因此，电路可以实现风速开关与风种开关的逻辑关系。符合逻辑关系的脉冲触发开关电路如图46所示。图46脉冲开关电路电路中由于没有常闭开关元器件，所以将常开开关与非门相连使得输出信号为高电平，从而形成了常闭开关。44风种控制电路441风种选择电路设计中风选择电路与风速选择电路使用相同的锁存形式，也是使用74LS175芯片形成正常风、睡眠风、自然风的三种状态的循环。当状态为001时表示为正常风，状态为010时表示为睡眠风，状态为100是表示为自然风
21、。因为只有一种风种输出，需要使用一个数据选择器选择风种的输出。设计中使用的是一个8选1的74LS151芯片，将74LS175的三个状态输出端与芯片的地址端相连接可以选择何种风种输出。J1KEY1J2KEY2J3KEY3R1100R2100R3100VDD5VU1A74LS08NU1B74LS08NU2A74LS04NU2B74LS04N风速的CP脉冲风种的CP脉冲停机脉冲第4章家用风扇控制器单元电路设计10442风种脉冲信号输出电路中具有正常风、睡眠风、自然风三种风种。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。而
22、要实现自然风和睡眠风，则要利用555定时器组成一定周期的多谐振荡器产生脉冲信号来控制自然风。并且通过二分频电路产生脉冲信号来控制睡眠风。由555定时器组成8S周期的多谐振荡器的相关计算如下121170CRRT12270CRT所以211TTT由于21TT所以12RR根据设计所需参数得出KR102KR5603FC103443风种控制电路将风种选择电路与风种脉冲电路相连接，构成风种电路，总电路图如下图（图47）所示。第4章家用风扇控制器方案设计11图47风种控制电路第4章家用风扇控制器单元电路设计12444输出电路将状态锁存电路、脉冲触发电路和风种控制电路有效的相连接后，需要有一个总的输出端。输出电
23、路如图48所示。图48输出电路风种信号和风速信号同时作用于与门，由风种信号来选择输出的风速信号并共同作用于电机，实现风扇的控制。U1A74LS08NU1B74LS08NU1C74LS08N风种信号输入弱信号输入至电机强速控制端中信号输入强信号输入至电机中速控制端至电机弱速控制端第章家用风扇控制器电路仿真分析13第5章家用风扇控制器电路仿真分析515V线性直流稳压电源5V线性直流稳压电源将电网220V交流电压转化为所需要的5V直流低压输出，为数字集成电路提供电源支持。仿真结果如图51。图515V直流电源电路（1）和电路（2）仿真结果52风种、风速选择电路控制J1、J2开关，实现风种、风速的选择，
24、仿真结果如图52（图中风速为弱风，风种为正常风）。图52风速风种选择电路仿真结果（工作状态）第章家用风扇控制器电路仿真分析14控制J3开关，实现停机功能。仿真结果如图53所示（图中的显示灯都为熄灭状态）。图52风速风种选择电路仿真结果（工作状态）53脉冲触发电路根据设计连接总的电路后，风种为正常风时，仿真输出如下图53所示。图53正常风输出第章家用风扇控制器电路仿真分析15风种为自然风（即运转4S，停转4S）时，仿真输出如下图54所示。图54自然风输出第章家用风扇控制器电路仿真分析16风种为睡眠风（即运转8S，停转8S）时，仿真输出如下图55所示。图55睡眠风输出根据所有的仿真结果可知，本套设
25、计方案是可行的。说明1、BUZZER在MULTISIM中仿真无声音效果，故在此次设计中用LED7代替。2、由于时间和所学知识有限，拓展功能中“第二条”、“第三条”在此次设计中未能实现，我将会利用其他课余时间完成此项工作。设计心得及总结17设计心得及总结经过近两个星期的努力，通过自己的努力，顺利的完成了本次课程设计的选题。刚开始拿到这个课题，有点不知所措，因为这种课程设计还是我们第一次做，而且对家用电风扇的设计也不太了解。我首先通过上CNKI查找相关资料，来了解这个设计。后来在图书馆查找相关书籍，在网上收集一些资料和在指导老师的帮助下，才慢慢对家用电风扇的设计有了初步的了解最终，通过验证证明，该
26、设计方案是成功的。其中难免存在一些错误和缺陷，请老师能给予批评和指证，使该设计更加准确。同时，在此次设计中，有些提出的改进由于时间和知识有限，也没有顺利的予以实现。此次课程设计让我亲身参予电子产品的设计，使我更加深深地体会到现代社会是灵活多变的社会，是信息的社会，很多与人们生活紧密相关的产品都是电子产品。比如决定现代社会发展方向的电脑以及几乎每个同学都拥有的收音机等等，无不说明电子产品的重要性。作为一名自动化专业的且即将大三的我，深深的认识到我不仅要学好课本上的知识，还要学会将所学到的知识联系并应用到现实生活中，做到理论联系实际。通过上学期2周紧张而充实的课程设计，我学到了很多东西，并对我以后
27、所要做的毕业设计有了一个初步的了解。做好一个课程设计或毕业设计不仅要具备扎实的书本知识并会善于应用，还要学会查阅资料，对以前学过的知识不清楚的地方还要进行复习，实在搞不明白的地方要向老师或同学请教，这样才可能做出一个比较不错的课程设计。通过此次设计过程，使我学会了一些作为一个自动化专业的学生所应学会的软件如MULTISIM、PROTEL99SE等，并对可编程逻辑器件的应用和开发的设计思想有了更进一步的了解和掌握。在今后的学习中，我会更加用心关注前沿科技，把理论与实际相结合，这样才能激发自己对本专业的学习兴趣。同时，在以后的学习生活中，我会更加多的与专业老师和其他同学交流、讨论，在互相勉励中共同
28、进步、互相学习，良师益友是人生道路上不可缺少的一部分。这一次的课程设计为以后的设计课程乃至大四的毕业设计打下了坚实基础，我一定会在今后的学习中取得更大的进步参考文献18参考文献1康光华电子技术基础模拟部分（第五版）M北京高等教育出版社，20062康光华电子技术基础数字部分（第五版）M北京高等教育出版社，20063陈有卿实用555时基电路300例M北京中国电力出版社，20054李响初，阙爱仁，李喜初实用电子控制线路200例M北京中国电力出版社，20095陈永甫电子电路智能化设计实例与应用第二集M北京电子工业出版社，20026赵健实用声光及无线电遥控电路300例M北京中国电力出版社，20057李庆
29、梅基于AT89C51的智能电风扇调速器的设计J自动化技术与应用2008，27（1）98，117118致谢19致谢为期两周的课程设计已经告一段落，我也在规定的时间里按时按量的完成了此次选题的设计。刚拿到选题时，我完全无从下手，王文虎老师组织了一次以“课程设计”为主题的专题讲座，让我很快找到了眉目，之后通过查找相关文献、询问老师同学请求帮助，最终顺利的完成了此次课题。在此，我要怀着一颗感恩的心感谢那些在此次课程设计中给予我帮助的人们。首先，我要感谢我的父母，是他们教会我如何为人处世，是他们为我提供了上大学的机会，是他们在我遇到困难时，细心给我开导，没有他们的细心呵护，就没有今天的我；其次，我要感谢
30、我的学校湖南文理学院芙蓉学院，它给我创造了一个这样好的学习、交流平台，让我在学习之余能够学以致用、温故知新，同时也激发了我对本专业学习的兴趣；同时，我还要感谢王丽娟老师、王文虎老师、李宇航学长以及余兵同学，他们在此次课程设计中给予我无论是理论还是实际上的帮助和指导，他们细心而又缜密的解答，解决了很多我在设计过程中所遇到的各种疑难问题。我深知，光凭自己的知识不可能这么顺利的进行这次课题，三言两语不以言表此刻我心中那份感激之情，正因为有了他们的支持、帮助，我才能在这么短的时间里完成此次课程设计。附录2家用风扇控制器元件明细表21附录2家用风扇控制器元件明细表以上报价均来源于网络，可能与实际价格有所出入。序号类型型号数量单价1芯片74LS041100274LS083100374LS1511150474LS1753150574LS3211006555定时器11007LM780511308电感变压器11009电阻10040011050060011110K100112560K100113电容10NF10011410F1005151000F102516二极管整流二极管400517发光二极管701018开关轻触开关3005合计1578
