沈阳航空航天大学沈阳航空航天大学课课 程程 设设 计计（说明书）（说明书）电风扇定时及风速控制电路设计电风扇定时及风速控制电路设计班班 级级 自动化自动化 1302 学学 号号 2013040702068 学学 生生 姓姓 名名 于于 涛涛 指指 导导 教教 师师 张晓新张晓新 沈阳航空航天大学沈阳航空航天大学 课课 程程 设设 计计 任任 务务 书书课 程 名 称 电子技术综合课程设计 课程设计题目 电风扇定时及风速控制电路设计 课程设计的内容及要求：设计一款电风扇控制电路，具有定时功能和风速调整功能，定时器最大定时 1 小时（60 分钟）减法计数，时间一小时内任意可调。有风速连续调整功能，通过调整控制风扇电机驱动的占空比 进行风速调整。一、设计说明与技术指标一、设计说明与技术指标 用七段数码管显示时间。 占空比调整电路占空比可以从 20%80%。 计数方式的采样减法； 此系统工作电压为交流 220V；芯片需要将交流电转换成直流低电压供电。二、设计要求二、设计要求1在选择器件时，应考虑成本。2根据技术指标，通过分析计算确定电路和元器件参数。3画出电路原理图（元器件标准化，电路图规范化）。三、实验要求三、实验要求1根据技术指标制定实验方案；验证所设计的电路，用软件仿真。2进行实验数据处理和分析。四、推荐参考资料四、推荐参考资料1. 童诗白，华成英主编模拟电子技术基础M北京：高等教育出版社，2014 年五、按照要求撰写课程设计报告五、按照要求撰写课程设计报告成绩评定表：序号评定项目评分成绩1设计方案正确，具有可行性，创新性（15 分）2设计结果可信（例如：系统分析、仿真结果）（15 分）3态度认真，遵守纪律（15 分）4设计报告的规范化、参考文献充分（不少于 5 篇）（25分）5答辩（30 分）总分最终评定成绩（以优、良、中、及格、不及格评定）指导教师签字：年 月 日 一、概述一、概述本次的课程设计为电风扇定时及风速控制电路设计，要求设计一款电风扇控制电路，具有定时功能和风速调整功能，定时器最大定时 1 小时（60 分钟）减法计数，时间一小时内任意可调。有风速连续调整功能，通过调整控制风扇电机驱动的占空比 进行风速调整本次的课程设计定时电路使用两个 74LS192 加减十进制计数器来设计定时功能，并利用两个七段数码管显示时间。直流稳压电路使用变压器和稳压器把 220V 交流电转换成 5V直流电，转速可调电路则采用了 555 定时器设计的多谐振荡器，通过调节电阻使之输出占空比可调脉冲，从而实现风速连续可调功能。本次课程设计的报告有概述、方案论证、电路设计、性能测试、结论、参考文献、附录共七部分组成，电路由稳压部分、计时部分、转速调节部分共三部分组成。用上述设计方法成功的实现了电压转换、电风扇定时及风速控制电路，完成了本次的课程设计。二、方案论证二、方案论证设计一款电风扇控制电路，具有定时功能和风速调整功能，定时器最大定时 1 小时（60 分钟）减法计数，时间一小时内任意可调。有风速连续调整功能，通过调整控制风扇电机驱动的占空比 进行风速调整。方案一：方案一原理框图如图 1、2、3 所示。图 1 定时电路的原理框图74LS160 74LS19274LS160 74LS192数码管 1数码管 2 数码管 3 数码管 4原理概述：该定时部分使用两片 74LS160 和两片 74LS192，74LS160 为十进制加法计数器，74LS192 为十进制加减计数器，根据要求需将两片 74LS160 制成六十进制可调计数器，而 74LS192 则分别与两片 74LS160 相连，以此实现其倒数功能。原理概述：直流稳压部分比较简单，将 220V 交流电首先接入变压器，使其电压降低，然后接一个整流器，将交流变为直流，最后接一个 7805 稳压器，使其电压稳定在 5V 左右。图 2 直流稳压电路的原理框图图 3 转速调节电路的原理框图原理概述：转速可调部分则采用了 555 定时器制作的多谐振荡器，通过调节 R1 与 R2 的比值来调节占空比，从而实现风速调整。方案二： 图 4 定时电路的改进框图方案二的设计则改进了定时部分，简化了定时电路，因为 74LS192 本身就能实现加减计数所以仅用两片 74LS192 就能实现时间的设定和倒数，从而节省了材料和成本。本次设计采用的是方案二，方案一设计繁琐，费用成本高，而方案二设计简单，操作起来简单易行。220V 交流电源 变压器 整流器稳压器数码管 1数码管 1数码管 1数码管 174LS192D 74LS192D数码管 2555 定时器电阻可调部分3、电路设计电路设计1.直流稳压电源电路直流稳压电路如图 1 所示直流稳压电路是利用一个变压器把 220v 电压调低，因为采用的是 7805 稳压器，所以对其输入有要求，通过查阅资料 7805 稳压器的输入电压范围是 7V20V，极限电压为35V，220V 的电压经变压器后输出为 12V，符合要求。然后连接一个整流器把交流电转换成直流，电容器储存的电荷量，取决于电容的容量与两端电压的乘积，通过查阅资料和测试最终选取了 100 微法的电容，再通过 7805 稳压器把电压稳定在 5V 左右。然后直流稳压电路就设计完成了。直流稳压电路 12.风速调整电路风速调整电路如图 2 所示。风速调整电路是根据 555 定时器制作的多谐振荡器，通过调整 R1 与 R2 来调节占空比，从而来调节风速，占空比 q=R1/(R1+R2)，根据设计要求，占空比在 20%80%间可调，所以我首先选取了两个 20 千欧的电阻和一个 40 千欧的可调电阻，而电容则参考了书中电路的设计选取了 10 纳法的电容，经过测试，输出波形符合要求。工作原理：电子调速器是利用可控硅的半导体原理制作而成，它通过改变加到双向可控硅控制极触发脉冲的占空比，来实现控制双向可控硅的导通时间，进而实现控制电机绕组得电产生转矩的时间长短，来控制、改变风扇转速的。它的特点是风速的大小调节不受限制，无档次，实现无极调速控制，占空比实际上就是要控制电容的充放电时间，电路充电由 0 到 2/3Vcc 3 脚输出高电平，电容放电由 2/3Vcc 降到 1/3Vcc 输出低电平，故只要控制好充放电时间就能控制输出波形的占空比。风速调整电路 23.定时电路定时电路如图 3 所示定时电路采用了两片 74LS192 十进制加减计数器，该电路采用了六十进制计数，数码管U8 为十位，U2 为个位，因为采用六十进制所以十位采用计数法，即将 AD 接地，BC 接高电平，为 0110 即为二进制的 6，由于是倒计时电路所以采用了减计数，通过个位的借位输出，十位相应减一，从而实现减法计数，该电路通过两个开关来调节计数时间，然后将其转接函数发生器实现自动倒计时。定时电路 3 四、性能测试四、性能测试1.直流稳压电源测试 表 1 直流稳压电路测试数据表R 值(k)C 值(F)频率（Hz）周期(s)无100500.02直流稳压电路如图 1 所示仿真波形图如图 4 所示直流稳压电路仿真波形 4 解释说明： 经过检验，直流电压输出为 5.003V，误差为 0.3%，在器件允许范围内，所以该电路符合设计要求。 2.风速调整电路测试R 值(k)C 值(nf)电压（V）周期(us)40105700.855风速调整电路如图 2 所示风速调整电路如图 5、6 所示最大风速电路仿真图 5解释说明：从图中可以看出该电路的周期为 700.855us，幅值为 5v，高电平占整个周期的比值最大，所以为最大风速。最小风速仿真图 6解释说明：从图中可以看出该电路的周期为 700.855us，幅值为 5v，高电平占整个周期的比值最小，为最小风速且周期没有发生变化。3.定时电路性能测试定时电路如图 3 所示、定时电路仿真如图 6、7 所示定时电路仿真图 6定时电路仿真图 7 解释说明：从图中可以知道该定时电路可以设定从 0 到 60 任意时间，符合设计要求。74LS192D 功能表输入输出MRPLCPUCPDP3P2P1P0Q3Q2Q1Q01xxxxxxx000000xxdcbadcba011xxxx加计数011xxxx减计数74LS192D 引脚图 五、结论五、结论在接通电源后，直流稳压电路把 220v 交流电转换成 5v 直流电并供电，通过对风速调整电路的调节可以改变电路的占空比，从而实现风速的调节 ，然后就是对时间的控制，定时电路采用两个可控开关来调整 工作时间，时间调整结束后，再转接函数发生器从而实现倒数功能，然而该功能的缺点就是计时到零时不能自动停止，而是继续下个循环。回想此次课程设计，至今我仍感慨颇多。自从拿到题到完成整个编程，从理论到实践，在整整两个星期的日子里，可以说学到很多很多的东西，不仅巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。在刚接到课设题目的时候，我对整个设计程序还是模糊的，因为在书本上学到的东西根本就不够用，这就需要你花大量的时间精力去自己获取所需资料，而这个过程往往是最艰难的，因为根本就没有现成的东西等着你，这完全需要你自己去学习和改进，经过无数次的失败和修改才最终仿真成功。在测试过程中，我走了很多的弯路，在直流稳压部分我初次用的不是 7805 片子而是用了 LM317，就是因为这一个疏忽让我废了很多周折，因为 LM317 输出的电压为 17V 而设计需求的是 5V 这就需要我利用一个滑动变阻器来调节电压，在初次仿真的时候老师给我指出了我的错误，电阻选取的不合理，虽然波形正常但由于电阻选取的过小可能导致片子两端电压相近从而导致电路短路，于是我听取了老师的意见改用了 LM7805 片子，在转速调节部分我一开始的时候是在网上查找的资料，由于不是太懂它的原理所以老师给我指正了很多错误，首先我所连电路部分就是错误的，虽然它输出了我要的波形，但它并不符合设计需求，仿真结束后，我通过翻阅书籍又重新修正了这一部分电路，利用 555定时器构成了多谐振荡器。通过这次课程设计我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正学以致用，才能将知识学懂。在课设过程中，遇到了很多的问题，但是通过查阅资料，向老师、同学请教，在老师耐心的指导、同学细心的帮助以及我自己的努力下，解决了所有的问题，最终完成了课程设计。参考文献参考文献1 阎石主编. 数字电子技术. M北京：高等教育出版社，2006 年2 陈振官等编著. 新颖高效声光报警器. M北京：国防工业出版社，2005 年3 沙占友，李学芝著. 中外数字万用表电路原理与维修技术M.北京：人民邮电出版社，1993 年4 童诗白，华成英编. 模拟电子技术基础M.北京：高等教育出版社，2006 年5 戴伏生主编. 基础电子电路设计与实践M.北京：国防工业出版社，2002 年6 谭博学主编. 集成电路原理与应用M.北京：电子工业出版社，2003 年7 康华光主编. 电子技术基础数字部分M.北京：高等教育出版社，2000 年8 夏路易主编. 电路原理图与电路板设计教程M.北京：兵器工业出版社，2002 年9 薛文，华慧明编. 新编实用电子技术M.福建：科学技术出版社，1999 年10 刘泉主编. 数字信号处理原理与实现M.北京：电子工业出版社，2005 年附录附录 I 总电路图总电路图附录附录 II 元