1、电子工程学院课外学分设计报告题目：家用电风扇控制逻辑电路设计姓 名： 李健聪 学号： 11111010118 专 业： 电子信息工程 实 验 室： 开放实验室 班 级： A1121 设计时间： 2013 年 12 月 1 日 2013 年 12 月 7 日评定成绩： 审阅教师： 目录摘要 1一、专业综合设计任务 2二、方案设计与论证 32.1 电风扇单元电路的设计 .32.1.1 触发脉冲的形成 32.1.2 触发脉冲电路 32.2 电风扇单元电路的工作原理 .42.2.1 风速的控制原理 42.2.2 风种的控制原理 42.2.3 电机运转控制原理 .52.2.4 停止电路原理分析 5三、实
2、现与测试 6四、分析与总结 6五、硬软件设计 80摘要电风扇是我国家庭中最为普及的家用电器之一，以前的台式电风扇和落地式电风扇都是采用机械控制，主要控制风速和风向。然而随着电子技术的发展，目前的家用电风扇大多采用电子控制线路取代了原来的机械控制器，使电扇的功能更强，操作也更简便。本文比较全面的设计出了家用电风扇的控制电路，它包括家用电风扇的风速、风种和定时几种状态的控制。把家用电风扇控制方便、简单化，使人们在使用过程中能更好的对电风扇操作。关键词：方式控制；触发脉冲；定时电路1一、专业综合设计任务设计任务及要求：用中小规模数字集成电路实现电风扇控制器的控制功能。用三个键来实现“风速（弱、中、强
3、） ”、 “风种（正常、自然、睡眠） ”、 “停止”的不同选择。用六个发光二极管分别表示风速、风种的三种状态。电风扇在停转状态时，只有按“风速”键才有效，按其余两键不响应。分工：一人尽心程序编译，一人负责查询资料记录并完成设计报告。2二、方案设计与论证2.1 电风扇单元电路的设计2.1.1 触发脉冲的形成“风速”和“风种”状态锁存电路的输出信号状态的变化依靠各自的触发脉冲。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触发脉冲；在“风种”状态锁存器的触发脉冲 CP 由“风种” （k2） 、 “风速”(k1)的信号和电风扇的工作状态信号（设 ST 为电风扇的工作状态
4、，ST=0 停，ST=1 运转）三者组合而成。当电风扇处于停止状态（ST=0）时，按（k2）无效，CP 信号将保持低电平；只有按 k1 后，CP 信号变成高电平，电风扇进入运转状态（ST=1） 。此后，CP不再受 k1 的控制，而是有 k2 控制，可得触发脉冲逻辑表达式：CP=K1 ST +K2 ST。 （ 当 k1 输出的三个信号 Q2、Q1、Q0 全部为零时，电扇停转，ST=0;当三个输出信号 Q2、Q1 、Q0 不全为零时，电扇运转，ST=1, 从而可得电风扇工作状态 ST 逻辑表达式为： ST=Q0+Q1+Q2）最后得到触发脉冲 CP 的逻辑表达式：CP=K1Q2Q1Q0+K2(Q0+
5、Q1+Q2)CP 信号状态表 K2 K1 ST CP0 0 0 00 0 1 00 1 0 10 1 1 01 0 0 01 0 1 11 1 0 11 1 1 12.1.2 触发脉冲电路键 K1 按动后形成的脉冲信号作为 “风速”状态锁存电路的触发信号。键 K1、K2 及 74LS00、74LS08 构成“风种”状态锁存电路的触发信号 CP。电风扇停转时，ST=0,K1=0，与非门 U2 输出为高电平，U3 输出为高电平，所以 U4 输出的 CP 信号变为低电平。当按下 K1 后，U2 输出为低电平，使 U4 输出 CP 信号变为高电平，并使触发器翻转， “风种”处于“正常”状态。由于 k1
6、 输出的上升沿脉冲，也使“风速”处于“弱”状态，电风扇开始运转，ST=1。电风扇开始运转后，U2 输出始终为高电平，这样使风种状态的触发脉冲 CP 与 K2 的状态相同。每次按下 K2并释放后，CP 信号就会产生上升沿使风种的状态发生变化。3CP2.2 电风扇单元电路的工作原理2.2.1 风速的控制原理电风扇处于停转状态时，所有指示灯不亮。此时只有按“风速”键，电扇才会启动运转，其初始状态处于“弱”档，相对应的只是灯亮。此时，按动“风速”键会产生触发脉冲可循环选择弱、中、强三种状态中的任意种状态。 “风速”的工作状态是由触发器来锁存状态，触发器输出 1 表示工作状态有效，0 表示无效，当三个输
7、出全部为 0 则表示停止状态。设数字为 Q2、Q1、Q0 的输出信号，其转换图如下001弱010中100强000停止“风速”转换图2.2.2 风种的控制原理在“风种”的三种选择方式中，在正常位置时，风扇为连续运行；在自然和睡眠位置时，为间断运行方式。电路中采用 74LS151 作为风种方式的控制器，由 74LS175 的三个输出信号选中 74LS151 的一种方式。间断工作时，电路中用了一个 8 秒周期的时钟信号作为自然方式的间断控制；二分频后再作为睡眠方式的控制输入。设数字为 Q2、Q1、Q0 的输出信号，其转换图如下4001正常睡眠100000停止010自然“风种”转换图2.2.3 电机运
8、转控制原理电风扇的转速通常是由电压来控制的，但是这里的弱、中、强三种转速，所以需要在电路里考虑三个输出端（弱中强）和控制外部电线路（如可控硅出发电路） 。这三个输出端与指示电风扇转速状态的三个端子不同，除了要控制电机分别按弱中强三种转速外，还必须能够控制电机连续运转或间断运转，以与“风种”不同选择方式相对应。要是用 1 表示某档速度的选通，用 0 表示某档速度的关断，那么“风种”信号的输入就使得某档电机速度被连续或间断地选中。例如风种选择“睡眠” ，风速选择“弱”时，电机将运行在开 8 秒停 8 秒，表现在电机运转控制“弱”上就是出现间断的 1 和 0 的状态。2.2.4 停止电路原理分析电路
9、中选用上升沿触发器 74LS151 带有直接清零端，使清零端与“停止”键相连可实现停止的功能。在电扇任意工作状态下，按“停止”键，会产生低电平输入到清零端，使触发器输出全部为低电平，电扇处于停止状态，所有指示灯熄灭。5三、实现与测试我们用四个按键分别控制“风速” 、 “风种” 、 “定时” 、 “停止” ，然后用步进电机当做风扇叶片，用数码管显示时间，用二极管显示风速的“强” 、 “中” 、 “弱”以及风种的“正常” 、 “自然” 、 “睡眠” 。我们用到的软件是 Quartys，在对程序进行编译后可通过试验箱完成我们的设计。四、分析与总结这一段时间对家用电风扇逻辑电路的设计过程中，自己在查找
10、参考资料的时候遇到了许多疑难问题，面对问题自己通过查找先前课堂笔记、同学的讨论及老师的指导解决了疑难，使课题设计能顺利的完成。同时，在设计过程中，进一步加强了对电子的了解，复习了在大学期间学过的电子技术基础的知识，培养综合设计能力和实际动手能力，提高了综合应用电子解决问题的能力，相信这对我今后的工作有十分重要意义！面对科技的不断发展和进步，相信在不久的将来电风扇的功能会更强，例如用红外线遥控控制、具有定时功能、智能控制等，甚至电子控制线路的电风扇会被取代。参考文献1 康华光.电子技术基础数字部分（第五版）M.北京：高等教育出版社 .2006 2 彭介华.电子技术课程设计指导M.北京：高等教育出
11、版社 .200563 谢自美.电子线路设计.实验.测试M.武汉：华中科技大学出版 .20004 赵伟军. Protel 99 SE 教程.北京：邮电出版社.20045 肖玲妮等.Protel 99 SE 印刷电路板设计教程M.北京：清华大学出版社.2003 7五、硬软件设计按键控制程序module count(clock,key1,key2,key3,key4,hour_ge,hour_shi,minute_ge,minute_shi,second_shi,second_ge,state1,/调整位选择输出到 displayflag,/当到达 00:00：00 时 输出 1 停止信号到 dia
12、n_ji);input clock;input key1;/选择input key2;/加input key3;/减input key4;/确定output2:0 state1;output flag;output3:0 minute_ge;output3:0 second_ge;output2:0 minute_shi;output2:0 second_shi;output3:0 hour_ge;output2:0 hour_shi;/*reg4:0 hour;/最大 31reg5:0 minute;reg5:0 second;reg3:0 minute_ge_out;reg3:0 seco
13、nd_ge_out;reg2:0 minute_shi_out;reg2:0 second_shi_out;reg3:0 hour_ge_out;reg2:0 hour_shi_out;reg flag_q;reg2:0 state1_out;8reg flag_out;/*always(posedge clock)beginreg19:0 count1;/消抖reg29:0 count; /计数reg29:0 count6;if(key4=1b0)/确认键if(count17d59)minute6d23)hour3)flag1=0;endif(flag_stop=1)flag1=0;/倒计时
14、完毕，风扇停止，风速调节无效，需要按确定键复位 flag_stopend /*风速*always(posedge clock)beginif(flag1=1)count2=300; /低else if(flag1=2) count2=250;/中else if(flag1=3) count2=20;/高else if(flag1=0) count2=500;/停end/*按键选择模式*always(posedge clock)beginreg29:0 count_x2;/消抖if(key2=0)beginif(count_x250_0000)begincount_x2=count_x2+1;i
15、f(count_x2=49_9999)beginif(key2=0)flag2_out=flag2_out+1;14if(flag2_out=3)flag2_out=1;endendendif(key2=1)count_x2=0;if(key3=0) flag2_out=0;/停止if(flag_stop=1)flag2_out=0;/倒计时完毕后模式按键无效，需要按确定键复位 flag_stopend /*led*always(posedge clock)beginif(flag1=1)led_s_r=3b011;else if(flag1=2)led_s_r=3b101;else if(f
16、lag1=3)led_s_r=3b110;else led_s_r=3b111;if(flag2_out=1)led_m_r=3b011;else if(flag2_out=2)led_m_r=3b101;else if(flag2_out=3)led_m_r=3b110;else led_m_r=3b111;end/*assign led_s=led_s_r;assign led_m=led_m_r;assign moto_f=0;assign moto_z=moto_z_r;assign flag=flag2_out;endmodule数码管显示程序module display(led_w
17、ei1,led_wei2,led_wei3,led_wei4,led_wei5,led_wei6,led_wei7,led_wei8,led_du,clock,hour_ge,hour_shi,minute_ge,minute_shi,second_shi,15second_ge,state1,flag,/模式输入，只有在睡眠模式下，数码管才显示);output led_wei1;output led_wei2;output led_wei3;output led_wei4;output led_wei5;output led_wei6;output led_wei7;output led_w
18、ei8;output7:0 led_du;input1:0 flag;input2:0 state1;input clock;input3:0 minute_ge;input3:0 second_ge;input2:0 minute_shi;input2:0 second_shi;input3:0 hour_ge;input2:0 hour_shi;/*reg led_wei1_out;reg led_wei2_out;reg led_wei3_out;reg led_wei4_out;reg led_wei5_out;reg led_wei6_out;reg led_wei7_out;reg
19、 led_wei8_out;reg7:0 led_du_out;reg2:0 sel;assign led_wei1=led_wei1_out;assign led_wei2=led_wei2_out;assign led_wei3=led_wei3_out;assign led_wei4=led_wei4_out;assign led_wei5=led_wei5_out;assign led_wei6=led_wei6_out;assign led_wei7=led_wei7_out;assign led_wei8=led_wei8_out;assign led_du=led_du_out;
20、/*/*数码管位*always(posedge clock)16beginreg19:0 count;count=count+1d1;if(count=20d5_0000)beginsel=sel+1d1; count=20d0;end end /*always(posedge clock)beginreg29:0count2;if(flag=3)/睡眠模式，数码管显示begincount2=count2+1b1;if(sel=3b000)begin led_wei1_out=1b0;/第一个数码管显示秒个位led_wei2_out=1b1;led_wei3_out=1b1;led_wei4_
21、out=1b1;led_wei5_out=1b1;led_wei6_out=1b1;led_wei7_out=1b1;led_wei8_out=1b1;endif(sel=3b001)begin led_wei1_out=1b1;led_wei2_out=1b0;/第二个数码管显示秒十位led_wei3_out=1b1;led_wei4_out=1b1;led_wei5_out=1b1;led_wei6_out=1b1;led_wei7_out=1b1;led_wei8_out=1b1;endif(sel=3b010)begin led_wei1_out=1b1;led_wei2_out=1b
22、1;led_wei3_out=1b0;/第三个数码管“”17led_wei4_out=1b1;led_wei5_out=1b1;led_wei6_out=1b1;led_wei7_out=1b1;led_wei8_out=1b1;endif(sel=3b011)beginled_wei1_out=1b1;led_wei2_out=1b1;led_wei3_out=1b1;led_wei5_out=1b1;led_wei6_out=1b1;led_wei7_out=1b1;led_wei8_out=1b1;if(state1=3b001)begin if(count2=30d2500_0000)
23、led_wei4_out=1b0;else if(count2=5000_0000)led_wei4_out=1b1;else count2=30b0;end else/if(state1=3d0)led_wei4_out=1b0;/分个位 endif(sel=3b100)begin led_wei1_out=1b1;led_wei2_out=1b1;led_wei3_out=1b1;led_wei4_out=1b1;led_wei6_out=1b1;led_wei7_out=1b1;led_wei8_out=1b1;if(state1=3b001)beginif(count2=30d2500
24、_0000)led_wei5_out=1b0;else if(count2=5000_0000)led_wei5_out=1b1;18else count2=30b0;end else/if(state1=3d0)led_wei5_out=1b0;/分十位 endif(sel=3b101)begin led_wei1_out=1b1;led_wei2_out=1b1;led_wei3_out=1b1;led_wei4_out=1b1;led_wei5_out=1b1;led_wei6_out=1b0;/“”led_wei7_out=1b1;led_wei8_out=1b1;endif(sel=
25、3b110)begin led_wei1_out=1b1;led_wei2_out=1b1;led_wei3_out=1b1;led_wei4_out=1b1;led_wei5_out=1b1;led_wei6_out=1b1;led_wei8_out=1b1;if(state1=3b010)beginif(count2=30d2500_0000)led_wei7_out=1b0;else if(count2=5000_0000)led_wei7_out=1b1;else count2=30b0;end else led_wei7_out=1b0;/时个位endif(sel=3b111)beg
26、inled_wei1_out=1b1;led_wei2_out=1b1;led_wei3_out=1b1;led_wei4_out=1b1;19led_wei5_out=1b1;led_wei6_out=1b1;led_wei7_out=1b1;if(state1=3b010)beginif(count2=30d2500_0000)led_wei8_out=1b0;else if(count2=5000_0000)led_wei8_out=1b1;else count2=30b0;end else led_wei8_out=1b0;/时十位endendelse beginled_wei1_ou
27、t=1b1;led_wei2_out=1b1;led_wei3_out=1b1;led_wei4_out=1b1;led_wei5_out=1b1;led_wei6_out=1b1;led_wei7_out=1b1;led_wei8_out=1b1;end end /*数码管段选*always(posedge clock)beginif(sel=3b000)/扫描到第一位是秒个位case(second_ge)4h0:led_du_out = 8hc0; /显示 04h1:led_du_out = 8hf9; /显示 14h2:led_du_out = 8ha4; /显示 24h3:led_du
28、_out = 8hb0; /显示 34h4:led_du_out = 8h99; /显示 44h5:led_du_out = 8h92; /显示 54h6:led_du_out = 8h82; /显示 64h7:led_du_out = 8hf8; /显示 74h8:led_du_out = 8h80; /显示 84h9:led_du_out = 8h90; /显示 9/4ha:led_du_out = 8hbf; /-endcase if(sel=3b001)/扫描到第二位是秒十位 20case(second_shi)3h0:led_du_out = 8hc0; /显示 03h1:led_d
29、u_out = 8hf9; /显示 13h2:led_du_out = 8ha4; /显示 23h3:led_du_out = 8hb0; /显示 33h4:led_du_out = 8h99; /显示 43h5:led_du_out = 8h92; /显示 5endcaseif(sel=3b010)/扫描到第三位显示“-”led_du_out=8hbf;if(sel=3b011)/扫描到第 4 位是分个位case(minute_ge)4h0:led_du_out = 8hc0; /显示 04h1:led_du_out = 8hf9; /显示 14h2:led_du_out = 8ha4; /
30、显示 24h3:led_du_out = 8hb0; /显示 34h4:led_du_out = 8h99; /显示 44h5:led_du_out = 8h92; /显示 54h6:led_du_out = 8h82; /显示 64h7:led_du_out = 8hf8; /显示 74h8:led_du_out = 8h80; /显示 84h9:led_du_out = 8h90; /显示 9/4ha:led_du_out = 8hbf; /-endcase if(sel=3b100)/扫描到第二位是秒十位 case(minute_shi)3h0:led_du_out = 8hc0; /显
31、示 03h1:led_du_out = 8hf9; /显示 13h2:led_du_out = 8ha4; /显示 23h3:led_du_out = 8hb0; /显示 33h4:led_du_out = 8h99; /显示 44h5:led_du_out = 8h92; /显示 5endcaseif(sel=3b101)/扫描到第 6 位显示“-”led_du_out=8hbf; if(sel=3b110)/case(hour_ge)4h0:led_du_out = 8hc0; /显示 04h1:led_du_out = 8hf9; /显示 14h2:led_du_out = 8ha4;
32、/显示 24h3:led_du_out = 8hb0; /显示 34h4:led_du_out = 8h99; /显示 44h5:led_du_out = 8h92; /显示 54h6:led_du_out = 8h82; /显示 64h7:led_du_out = 8hf8; /显示 7214h8:led_du_out = 8h80; /显示 84h9:led_du_out = 8h90; /显示 9/4ha:led_du_out = 8hbf; /-endcase if(sel=3b111)/case(hour_shi)4h0:led_du_out = 8hc0; /显示 04h1:led_du_out = 8hf9; /显示 14h2:led_du_out = 8ha4; /显示 24h3:led_du_out = 8hb0; /显示 34h4:led_du_out = 8h99; /显示 44h5:led_du_out = 8h92; /显示 54h6:led_du_out = 8h82; /显示 64h7:led_du_out = 8hf8; /显示 7endcase end endmodule
