课程设计报告家用电风扇控制系统完整版

-1-电子课程设计——家用电风扇控制逻辑电路设计学院：电子信息工程学院专业、班级：电子131501班姓名：李思尚学号：201315020109指导教师：李小松2015年12月-2-目录电子课程设计____________________________________________________-1-一、设计任务与要求______________________________________________-4-1、基本要求_________________________________________________-4-2、提高要求_________________________________________________-4-二、总体框图（数字电路方案）____________________________________-4-1、风速、风种模块___________________________________________-5-2、脉冲触发模块_____________________________________________-5-3、输出控制模块_____________________________________________-5-4、定时模块_________________________________________________-5-5、复位模块_________________________________________________-5-6、秒脉冲发生器_____________________________________________-5-三、器件选型____________________________________________________-6-1、触发器___________________________________________________-6-2、计数器___________________________________________________-7-1）、计时部分计数器_______________________________________-7-2）、预设时间部分计数器___________________________________-8-3、数据选择器_______________________________________________-9-4、555定时器_______________________________________________-11-5、门电路__________________________________________________-12-1）、74LS08与门_________________________________________-12-2）、74LS04非门_________________________________________-13-3）、74LS00与非门_______________________________________-13-4）、74LS32或门_________________________________________-14-6、其他器件________________________________________________-14-四、功能模块___________________________________________________-14-1、各模块的设计思路和设计过程______________________________-14-1）、风速、风种模块______________________________________-14-2）、脉冲触发模块________________________________________-16-3）、输出控制模块________________________________________-18-4）、定时模块____________________________________________-18-5）、复位模块____________________________________________-19-6）、秒脉冲发生模块______________________________________-19-2、模块的具体连接关系电路图，功能介绍,及其仿真时序图_______-20-1）、风速、风种模块及脉冲触发模块________________________-20-2）、输出控制模块________________________________________-22-3）、定时模块____________________________________________-24-4）、复位模块____________________________________________-25-5）、秒脉冲发生模块______________________________________-26-3、功能模块硬件试验测试____________________________________-26-五、总体设计电路图_____________________________________________-27-1、整体电路设计图__________________________________________-27-2、系统不足及改进方案______________________________________-27--3-六、单片机方案_________________________________________________-29-1、采用单片机方案实现的总体设计框图________________________-29-2、器件选型________________________________________________-29-1）、主控芯片____________________________________________-29-2）、显示方案____________________________________________-30-3）、输入按键____________________________________________-30-4）、输出控制____________________________________________-30-3、程序流程框图____________________________________________-30-4、部分程序代码____________________________________________-31-七、总结体会___________________________________________________-33--4-家用电风扇控制逻辑电路设计一、设计任务与要求1、基本要求1）、通一个按键控制，实现风速强、中、弱的循环切换。2）、通一个按键控制，实现睡眠风、自然风、正常风三种风态的循环切换。3）、LED显示当前状态：风速及风种。2、提高要求1）、按键提示音。2）、定时关机功能（以小时为单位）。3）、利用单片机实现该系统。二、总体框图（数字电路方案）状态设计图如图2.1所示。系统整体设计框图如图2.1所示，系统共有七个状态，分别指示三种风速：弱、中、强；指示三种风种：正常、自然、睡眠；以及停止状态。通过三个按键开关分别控制电扇的风速、风种和停止。风速的弱、中、强对应电扇的转动速度慢、中、快。风种在“正常”位置是指电扇连续运行；在“自然”位置是电扇以运转4秒、间断4秒的方式工作，表示模拟产生自然风；在“睡眠”位置，电扇运转8秒，间断8秒，产生轻柔的微风。模块设计思路如下。计时功能模块风速模块风种模块输出控制模块脉冲触发模块复位电路秒脉冲发生器图2.1总体设计框图-5-1、风速、风种模块此模块的设计，风速和风种大致相同，可以通过使用D触发器组成状态锁存器，通过控制脉冲信号控制实现状态转换！由于要实现风扇停止状态下，按风种按钮无法实现风扇启动的功能，所以，风种的脉冲触发端要受风扇的当前工作状态和风速脉冲的总体控制。2、脉冲触发模块此模块专为风种和风速状态转换器提供脉冲信号，通过与非门连接按键和当前状态输出，实现脉冲的控制，实现为风种和风速提供状态转换的脉冲。此外，该模块通过连接按键和状态机的清零端，可以实现手动清零当前状态，让系统停止，实现停机功能。3、输出控制模块当风种和风速的状态确定后，两个模块要实现组合控制电机运转。此系统采用风种状态控制电机是否工作运转，用八路数据选择器按照风种状态进行地址选择，原始始终信号经过D触发器组成的分频器得到4S和8S的脉冲，接入数据选择器相应数据端，供风种状态进行选择，输出信号作为当前电机运转的使能信号，从而实现电机按风种模式间歇性运转。此外，电机还受风速控制，此系统采用，555定时器组成的多谐振荡器，通过调节R和C的值控制占空比和频率的输出，来为电机提供PWM信号，实现当前风速的输出。4、定时模块本系统可以实现以小时为单位的定时功能，通过一片十进制计数器的循环计数来实现1-8小时的定时设置，5片十进制计数器组成的倒计时器，通过循环置数实现倒计时功能，外接数码管可分别显示当前所剩时分秒！定时功能由按键触发启动定时。定时时间到达之后，生成复位触发信号，触发系统复位，清除当前状态，让系统停止运行。此模块还有按键提示音的功能，通过按键电平接入蜂鸣器，实现按下按键蜂鸣器响的功能。5、复位模块由于计时部分完成计时任务时返回电平信号，但是触发复位信号只能是脉冲信号，所以需要将电平信号转换为脉冲信号得到复位脉冲，本系统采用单稳态电路加一个脉冲触发翻转的D触发器实现将电平转换为脉冲的功能。6、秒脉冲发生器由于本系统需要实现计时功能，故需要用555设计一多谐振荡器，通过调整R、C参数，实现1HZ/1S的脉冲信号提供给计时系统使用。此外风种电路也需要得到秒脉冲四分频和八分频之后的脉冲信号，也需要用到秒脉冲发生器。总结：通过六大模块的组合，最后此系统可以实现由停止工作状态，按下风速按钮系统启动，进入正常工作状态。正常工作状态下，按风速调节风速大小，按风种调节风种模式。在正常工作状态下，可以设置定时时间。定时完成后，系统自动停止运行。本系统智能化的实现了家用电风扇的常用逻辑功能，每种工作状态都有相应状态指示灯，按键提示音，很好地实现了智能化人机交互。-6-三、器件选型1、触发器本方案采用74LS175触发器，74LS175为四上升沿D触发器，共有54175/74175、54S175/74S175，54LS175/74LS175三种线路结构形式。当清除端（CR）为低电平时，输出端Q为低电平。在时钟（CP）上升沿作用下，Q与数据端（D）相一致。当CP为高电平或低电平时,D对Q没有影响。主要电特性的典型值如表3.1所示。表3.1器件电特性典型值型号fm54163/7416335MHZ150Mw54S163/74S163110MHZ300Mw54LS163/74LS16340MHZ55mW74LS175逻辑符号如下图3.1所示。图3.174LS175逻辑符号图74LS175逻辑功能如表3.2所示。表3.274LS175逻辑功能表INPUTSOUTPUTSClearClockDQLXXLHH↑HHLH↑LLHHLXQ00H—高电平L—低电平↑上升沿X—任意Z—高阻态Q0—规定的稳态输入条件建立前Q的电平-7-74LS175内部原理图见图3.2所示。图3.2内部原理图2、计数器1）、计时部分计数器采用74LS192计数器，74LS192是同步十进制可逆计数器，它具有双时钟输入，并具有清除和置数等功能。192的清除端是