1、课 程 设 计 任 务 书课程设计题目 排气扇功能技术指标1、可以改变排气扇的运转时间，时间为 01分钟2、当达到工作次数后自动切断电源3、可以调整排气扇循环次数 07 次工作量工作计划1、设计原理图2、购买元器件3、制作实物4、调试设备5、画出原理图指导教师评语指导教师：年 月 日目 录目录3第 1 章 绪论41.1 课题背景41.2 设计功能41.3 主要技术指标5第 2 章 电路的方框图62.1 电路的方框图62.2 各环节电路原理6第 3 章 单元电路设计和器件的选择83.1 元器件的选择83.2 元件的功能结构83.2.1 CD4017 结构图83.3.1 555 时基集成电路结构图
2、93.3.2 555 时基集成电路功能10第 4 章 整机电路的工作原理11第 5 章 电路的组装调试165.1 电路组装165.2 整机调试165.3 试验中所遇到的问题16收获和体会18鸣谢19参考文献20附录21第 1 章 绪论1.1 课题背景排气扇是一种在现实生活中应用非常广泛的日常用品，多数排气扇产品只具有开关功能，当没有人看守的时候往往不能够自动关闭，这样不仅浪费了资源，而且也大大减少了排气扇的使用寿命,并且几乎每一次使用排气扇的时间都是预知的，这就是定时循环排气扇控制器出现的原因。1.2 设计功能定时循环排气扇控制器，可用来对家庭居室的排气扇进行定时循环控制，它既可对室内空气进行
3、定时清洁净化，又省去人工控制。只要按照实际需要设定好排气时间和间歇时间，排气扇就会按照设定好的时间，自动循环地工作下去。同时该控制器还可根据设定好的定时程序和时间，自动切断工作电源，这样既能实现控制目的，又不浪费电能。1.3 主要技术术指标名称：定时循环排气扇控制器指标：1、可以改变排气扇的运转时间，时间为 01 分钟2、当达到工作次数后自动切断电源3、可以调整排气扇循环次数 07 次第 2 章 电路的方框图2.1 电路的方框图循环次数预订按钮启动按钮555基时电路CD4017循环次数选择定时时间设定旋钮电源自锁继电器排气扇驱动系统电源图 2-1 电路方框图2.2 各环节电路原理框图（图 2-
4、1）中，系统供电，按下启动按钮电源自锁继电器锁定，整机电源接通。555 基时电路开始计时，定时时间由设定时间按钮控制。当过一个时钟周期，出现下降沿送入 CD4017计一次循环，同时循环次数预订按钮可以设定 CD4017 循环次数，在循环期间以内排气扇转动，当超过循环预订值时，切断系统电源风扇停止。第 3 章 单元电路设计和器件的选择3.1.1 元器件选择1 文革产军用大红袍金属膜电阻2 德国 WIMA 发烧级补品电容 （0.01uf）3 丹麦 RIFA 发烧级油浸电容 （0.1uf）4 瑞典 R.M 发烧级电解电容 （100uf）5 国产高速水塘 （2200uf）6 工业级方桥 （10A）7
5、日产高性能继电器 （10A）8 工业级保护二极管 （10A）9 定制级音响电位器 （47K）10 超静音风扇 （12V）3.2.1 CD4017 结构图图 3-2 4017 引脚图及内部结构图3.3.1 555 时基集成电路结构图 VCTRIGEDHOLSU1kAB02.uF=icN345678图 3-3555 时基集成电路多谐振荡器图3.3.2 555 时基集成电路功能电路刚通电时，C1 的存在使 IC（555）脚获得一正脉冲，其脚输出低电平，此时 C2 上无电压。按一下轻触键 S，C2 上“0”电平作用于 IC 的脚，脚翻转为高电平，通过 R3 对 C2充电。S 释放后，C2 充电到 Vc
6、c，而 IC 的、脚被 R1、R2 偏置于 1/2Vcc，脚高电平状态保持不变。再按一下 S，C2 上电压使 IC脚电压大于 2/3Vcc，脚又翻转为低电平。S 释放后，C2上电压通过 R3、IC脚放电，、脚的电压仍为 1/2Vcc，脚低电平的状态可维持不变。由此可见，每按 S 一次，IC脚高、低电平就变换一次。第 4 章 整机电路的工作原理定时循环排气扇控制器电路由定时循环开停时间控制器和工作电源控制器两大部分组成，其电路原理图附录。定时循环开停时间控制器由 555 时基集成电路组成，在电路中，555.时基集成电路被连接成脉冲占空比可调的超低频多谐振荡器。555 时基集成电路能够实现电路振荡
7、的主要原理是，由电源通过接在电路的 7、6、2 脚间的电阻器 R1,R2 对接至地端的电容器 C1 的充、放电过程，与 3 个引脚各自功能相配合来完成的。在前面已介绍过的振荡电路中，电容器 C3 的充电是通过 R1、R4与 C3 的接地端形成回路的；而电容器的放电则是 C3 的正极通过R4 到 7 脚完成的。只要将电路中 R1、R4 与 C3 的数值设定好，则振荡电路的振荡频率和脉冲占空比就是固定不可变的。而在本电路中则不同，由于在电路中加人了二极管 D4、D5和可调电位器 R3，情况就改变了。在这个振荡电路中虽然它的振荡频率是不可变的，但其脉冲的占空比是可以通过 R3 进行调节而改变的。这是
8、由于加人了二极管后，电容器 C3 的充、放电回路与前不同了。其中充电回路变为由电源通过 Rl, R3 的上半段、D5 到电容器 C3。而电容器的放电回路则由电容的正极通过 D4, R4 和 R3 的下半段到 7 脚。电路中的电容器 C3 为固定不变的，但它的充、放电电阻值是可以通过调节 R3 的位置来改变的。由于振荡脉冲的占幸比是由电容器充、放电时间的差异形成的，当 R3 的动臂移向下方时，使充电电阻的阻值增大，同时使放电电阻器一的阻值减小同一数值。其结果是电容器充电的时间延长；而放电时间缩短，振荡脉冲的占空比变大了。反之，当 R3的动臂向上调节时，电容器的充电时间缩短；而放电时间被延，长，振
9、荡脉冲的占空比变小。在本电路中，在接通电源之初，由于 C3 刚开始充电，其上端的电压小于 Vpp/3，555 的 3 脚输出高电平。这时 D6 发光指示，继电器 K 线圈不通电，所以 K 保持静态。但这一高电平在形成之初便通过 C2 向 CD4017 的 CP 端输人一个计数脉冲，使 CD4017 的输出端前移一位。随后电容器 C3 进人充电状态，而输出端 3 则保持高电平。直到 C2 充电使其正端电压达到 2 VDD /3 时，电路翻转，输出端 3 变为低电平。这时继电器 K 通电吸合，将排气扇的工作电源接通，排气扇开始运转。工作状态指示灯 D2 发光指示。随后 C1 立即转人放电过程，经过
10、一段时间，当 C1 正端电压下降到 Vm /3 时，电路翻转，输出端 3 又恢复高电平，继电器 K断电释放，排气扇停止运转，电路进入下一个循环期。虽然 R1 的电阻值远大于 R4 的电阻值，但因 R3 为共用元件，当 R3 的动臂旋至 R4 一端时，R1R3 的电阻值远大于 R4 的电阻值。这时 C3 的充电时间远大于放电时间，输出脉冲的占空比最大，排气扇的运转时间小于停歇时间。当 R3 的动臂旋至 R1 端时，R1 的电阻值又小于 R4R3 的电阻值。这时电容器 C3 的充电时间略小于放电时间，输出脉冲的占空比为最小。排气扇的运转时间大于停歇时间。工作电源控制器由 CD4017 和继电器 K
11、 组成，它通过对排气扇运转周期的计数，确定和控制排气扇的工作次数。当到达预定的工作次数后，通过继电器 K 切断排气扇并包括整个控制电路的工作电源。CD4017 十进制计数器，电路中用它的输出端 Q0 一 Q7 来控制继电器 K 的吸合与断开。当 Q0 一 Q7 中只要有一个输出高电平，继电器 K 就不会断开。当电路被接通电源后，Q0 就输出高电平使VT 导通，继电器 K 吸合。在随后的工作过程中，虽然输出端会由Q0, Q1、Q2.、Q7 变化，但 VT 的导通状态不会变化，直到 Q8输出高电平使计数器复位。CD4017 的计数脉冲取自 555 的输出，每当 555 输出一个脉冲周期，CD401
12、7 便计数一次，其输出端即前移一位。如果未加预置，则当排气扇运转七个周期后就会被切断工作电源而停止工作。SB2 为预置按钮，每按动一次按钮便向 CD4017 输人一个计数脉冲，输出端即前移一位，余下的工作周期就会减少一次。所谓预置便是通过预置减少排气扇的工作循环次数。该电路在使用时，首先按下起动按钮 S1 接通控制电路的工作电源，这时 CD4017 的伪输出高电平使 VT 导通，继电器 K 通电吸合后通过 K 将电源开关自锁，使电路进人工作状态并一直保持。第 5 章 电路的组装调试5.1 电路的组装首先根据电路图选好所需要的所有元器件，因为考虑到稳定性和系统的总体性能，所有的元器件均为军品并用
13、最简单的方法粗略的测试元件是否完好，精度是否达到目标。确保不在元器件上出差错。由于本电路所包含的元件比较少，所以选用面包板先搭接，等待测试通过后用万用版焊接。5.2 电路调试在完成电路的组装以后，便进入电路的调试阶段。在电路加电之前，先用万用表等工具，根据硬件电气原理图和装配图仔细检查电路线路的链接是否正确，并核对元器件的型号、规格和安装是否符合要求。应特别注意电源的走线，防止电源之间的短路和极性错误。电路所用的电源，事先必须单独调试。调试好后，确认其电压值、负载能力、极性等均符合要求，才能加到系统的各个部件上。5.3 实验中所遇到的问题（1）基时电路和循环次数选择电路不协调工作电路基时电路和
14、循环次数选择电路不能够协调工作自己工作自己的，基时电路有输出，但是循环次数选择电路不能够接收来自前电路的信号，原因在两电路连接处有一隔直流的电容，次电容值太小，导致信号不能够正常通过。最后将此电容改为 1K 电阻由于前后电路共用一个电源所以不存在隔离问题，换为电阻后前后级正常协调工作。（2）循环次数选择按钮抖动用选择按钮设定循环次数时，按下设定按钮不能准确控制移动几位，分析原因后发现由于按键抖动引起的有多个脉冲使CD4017 接收多个脉冲。解决方法：在按键两端并联 0.1UF 电容，问题解决，不会出现抖动现象。（3）断电后电路自动从启当循环到最后，系统自动断电，但是断电后系统又从新启动，分析原
15、因是因为继电器是感性元件在断电瞬间存在能量，其能量在断电瞬间将电路从新启动，故在继电器初级线圈反相并联二极管，消除线圈能量，问题解决。（4）继电器不工作电路搭接好之后上电，指示灯完全正常但是就是继电器不工作，测试各点点位正常，最终当测试继电器驱动三极管时，发现其未工作，查询资料后发现老三极管 3DG12 放大倍数太低不能驱动，换上 9013 后一切正常，问题解决。收获和体会为期三周的课程设计即将结束，本次我们组是做一个定时循环排气扇，作品在我们全组人员共同努力下基本达到了要求，且都是我们自己动手，查找资料，焊接以及调试。并在调试过程中，分析问题、解决问题。此次课设不仅提高了自身的动手能力,同时
16、加深了对课本理论知识的了解。此次课程设计最深的体会是:一、设计时所要考虑的不仅仅是器件简单的工作原理，还要考虑到该器件的功耗。这对设计结果有很大影响。二、理论和实践相结合真的很重要，虽然在大二期间我们都已经学习过数字电路的理论知识，但是现在真正动手做时还是很茫然，需要不断查阅资料，向老师请教等。三、焊接时要确保焊接质量,不然产品很容易出问题。虚焊、漏焊都会使得产品无法正常工作，再进行检修将花费大量时间。四、此次课设是四人一组完成的，那就必须有良好的合作精神。每个人都不能闲着，需要发挥自己的最大价值，在遇到问题时更加需要合作，因为每个人的是视角不一样的，检查到的方面更加广。最后，感谢老师的教导和
17、帮助，让我们能够很好将课程设计较好地完成。以后，我们还要更加独立地做好实验，才能在实践中更进一步。致 谢本文是在老师的精心指导下完成的 。在论文的选题和研究方法及思路方面，都得到了老师的悉心指导，是我受益匪浅。借此机会，谨向老师表示真挚的谢意。老师严谨治学态度、丰富的知识、诲人不倦的精神都给我留下了深刻的印象，是我学习的榜样。还要感谢我们组的所有成员，是通过大家共同努力才顺利完成本次课程设计。参考文献1 闫石主数字电子技术基础第四版，高等教育出版社2 李中发数字电子技术第二版，中国水利水电出版社3 冯昭逢数字电路的逻辑设计，湖南科学技术出版社4 梁宗善电子技术基础课程设计，华中理工大学出版社附 录 1Tl2F3RD4VC5H678NPSEQ90.MKuapG*Y()
