课程设计--家用电风扇控制逻辑

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1、 1 1 1 综述综述 经过几十年的发展，虽然电风扇产品趋于饱和，国内市场产大于销的局面已经形 成，但家用电风扇因为它独特的产品特点，并没有就此推出家电舞台。曾有人预言， 随着人们生活水平的提高，电风扇将会退出历史舞台，但事实并非如此，从目前的情 况来看，电风扇市场的需求量仍保持高位。 目前，人们家庭所有的电风扇正越来越多地采用电子控制线路来取代原来的机械 控制器，这使得电扇的功能更强，操作也更为简便。 而本设计在老式电风扇的基础上，增加了“风速”和“风种”的状态选择，使其 更为方便，更加满足人们的要求。在本设计中，通过从数字电子技术中学习到的知识， 对其各部分（风速控制、风种控制等）电路进行

2、数字逻辑设计，然后进行电路组装与 调试，从而形成一个完整的电风扇的控制电路。 家用电风扇控制逻辑电路设计 2 2 方案设计 2.1 设计方案 目前，人们家庭所有的电风扇正越来越多地采用电子控制线路来取代原来的机械 控制器，这使得电扇的功能更强，操作也更为简便。图 2-1为电扇操作面板示意图。 图 2-1 电扇操作面板示意图 在面板上有六个指示灯指示电扇的状态。 三个按键分别为选择不同的操作风速、 风种、停止。其操作方式和状态指示如下： 1） 电扇处于停止运转状态时，所有指示灯不亮。此时只有按“风速”键 K1，电 扇才会启动运转，其初始工作状态为“风速”处于“弱”档，“风种”处于“正常” 位置，

3、且相应的指示灯亮。定时器处于非定时状态，即电扇处于长时间连续运转状态。 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）用三个按键 K1、K2、K3 分别表示“风速”、“风种”、“停止”三种操作功 能。 5）用六个发光二极管分别指示“风速”和“风种”的三种状态。 6）电扇在停转状态时，只有按“风速”键才有效，按其他两键不响应。 风扇操作状态的所有变换过程如图 2-2 所示。 3 图 2-2 电扇操作状态转换图 2.2 可

4、选用的器材 1）数字电子技术实验系统 2）直流稳压电源 3）集成电路：74LS74、74LS151、74LS175 及门电路等。 4）发光二极管、电阻 5）按键开关 3 设计方案原理 3.1 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 3-1 所示。 图中横线下方数字为 Q2、Q1、Q0 的输出信号。

5、 家用电风扇控制逻辑电路设计 4 根据图 3-1 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”和“风种”电路） ： 1 010 1 10 1 21 nnn nn nn QQQ QQ QQ 触发器可选用 4D 上升沿触发器 74LS175 构成。 （a）风速 （b）风种 图 3-1 电扇简化操作状态转换图 3.2 触发脉冲的形成 根据前面的逻辑表达式，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

6、 D 触发器的触发脉冲。而“风种” 5 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 3-1 所示的 CP 信号状态表，并可得到其输出 逻辑表达式： 12 CPK STK ST 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 3-2 所式的 ST 信 号状态表可得 012 STQ Q Q 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： 10122012 C PK Q Q QK Q Q Q 表 3-1 C