电风扇控制逻辑电路

成绩课程设计说明书

题目：家用电风扇控制逻辑电路设计课程名称：数字电子技术

学院：电子信息与电气工程学院学生姓名：

学号：

专业班级：

指导教师：

2013年6月7日

课程设计任务书

家用电风扇控制逻辑电路设计

摘要：该电路可以控制风扇用一个四角按键和给定的其他元器件来实现风速强、中、弱的循环控制，设计一个家用电风扇逻辑控制电路。每次按动按键，风速依次按照强（红灯亮）、中（绿灯亮）、低（黄灯亮）三个强度循环变换再按风扇不会停止，会跳到强档（红灯亮），当需要关闭时，需切除电源。74LS175四D触发器的主要作用是构成移位锁存器，实现风速状态的锁存。控制电路主要由74LS00四与非门、74LS175四D触发器组成。

关键词：与非门；D触发器；电路仿真；PCB板

目录

1. 设计背景 (1)

1.1 了解数字电子系统和数字电路的定义和组成 (1)

1.2 数字电路 (1)

2. 设计方案 (1)

2.1 主要元器件逻辑功能的分析 (1)

2.2 电风扇运行分析 (4)

2.3 设计流程 (4)

3. 方案实施 (4)

3.1 构思设计电路 (4)

3.2 设计电路 (5)

3.3 PCB板的制作及要求 (7)

3.4 制作实体电路板 (8)

4. 结果与结论 (9)

5. 收获与致谢 (9)

6. 参考文献 (10)

7. 附件 (10)

7.1 电路设计所需的元器件清单 (10)

1.设计背景

1.1了解数字电路系统和数字电路的定义和组成

数字电路系统一般包括输入电路、控制电路、输出电路、时钟电路和电源等。输入电路主要作用是将被控信号转换成数字信号，其形式包括各种输入接口电路。比如数字频率计中，通过输入电路对微弱信号进行放大、整形，得到数字电路可以处理的数字信号。模拟信号则需要通过模数转换电路转换成数字信号再进行处理。在设计输入电路时，必须首先了解输入信号的性质，接口的条件，以设计合适的输入接口电路。

1.2 数字电路

数字电路是用数字信号完成对数字量进行算术运算和逻辑运算的电路，又叫数字系统。由于它具有逻辑运算和逻辑处理功能，所以又称数字逻辑电路。现代的数字电路由半导体工艺制成的若干数字集成器件构造而成。逻辑门是数字逻辑电路的基本单元。存储器是用来存储二值数据的数字电路。从整体上看，数字电路可以分为组合逻辑电路和时序逻辑电路两大类。

2.设计方案

2.1 主要元器件逻辑功能的分析

（1）74LS00（四与非门）

74LS00主要是求两个输入的非的运算，其含有四个与非门，运算表达式为Y=(AB)’。表1为74LS00的真值表，当输入全为高电平时，输出才为低电平。图1是74LS00的逻辑结构图。

Input Input Output

A B Y

L L H

L H H

H L H

H H L

图1 74LS00逻辑结构

（2）74LS175（四D触发器）

74LS175是含有四个D触发器的集成芯片，表2是D触发器的特性表，可以看出，其输出Q n+1与输入D是一致的，而与现状Q n无关。图2是74LS175的引脚图，8引脚和16引脚分别接地和高电平。图3是74LS175内部结构图，能够看到各个引脚的接线。

输入输出

D Q n Q n+1

L L H L H L

H L H

H H H

图2 74LS175引脚图

图3 74LS175内部结构图

2.2 电风扇运行分析

实现风速的强、中、弱控制(—个按钮控制，循环)：风扇启动后，依次按下“风速”键，风速按照“弱”→“中”→“强”→“弱”的方式进行变换。使用一个“风速”键来进行风速控制，当风扇处于“停止”状态时，按下“风速”键，风扇启动，并处于“弱风”、“正常风”状态。

2.3 设计流程

为了达到使用元器件越少越好的要求和画图排线的方便，我们设计了一个仅仅使用74LS175和74LS00就能实现基本要求的逻辑电路。本设计大部分参考《数字电子技术》课本来设计电路原理图，首先进行设想，然后根据所需操作，写出真值表，随后根据真值表写出逻辑表达式，最后根据所给出的器件，对所求得的逻辑表达式进行变化，能够与所给器件的功能一致。

用Multisim仿真电路图并运行，检测电路的设计是否正确。检测正确运行之后，用Altium designer画出电路图，进行封装、制板、焊接、检测成品的逻辑功能。

3. 方案实施

3.1 构思设计电路

用LED代替风扇的高中低档，根据每一步操作产生的结果，列出真值表，写出逻辑表达式，化简逻辑表达式与要求一致。在Multisim上画出电路图（要与老师要求用的元器件一致，并不是结果一样就可以）。将电路在Multisim上连接好后，为各个电阻和电容选取适当值，为各个开关设置好适当的键盘打开数值连接，然后打开Multisim的开关，根据彩灯的闪烁情况判断电路是否正常。如果正常，则所设计电路无误，可以根据该原理图制作PCB电路，从而制板；如果不正常，应该详细检查每一步是否出错，并改正。

电路运行正常时，Multisim电路仿真如图4所示。

图4 Multisim 电路仿真图

3.2 电路设计

该电风扇主要借助三个触发器的锁存状态，触发器输出1表示工作状态有效，0表示工作状态无效，当三个输出全为0，则表示停止状态。刚接通电源时，风扇处于静止状态，相当于无效状态，当按下第一次四角按键时，风扇进入弱风状态，第二次进入中风状态，第三次进入强风状态，第四次回到弱风状态，形成循环，当风扇需要停止时，需拔出电源。其电风扇状态转换示意图如图5所示。

图5 电风扇状态转换示意图

弱风 001

中风 010

强风 100

静止 000