.毕业设计说明书目录格式（精品）

.毕业设计说明 书 关于书的成语关于读书的排比句社区图书漂流公约怎么写关于读书的小报汉书pdf 目录格式（精品） 无 锡 职 业 技 术 学 院 毕业设计说明书(论文) 摘要 电风扇作为常用家电产品，在老百姓生活中有其非常重要的意义。随着电子产品的发展，智能节能产品已进入人们的日常生活。对于其他夏季家用降温电器，电风扇价格相对低廉，轻巧便捷，节能环保。本课题主要设计一个电风扇控制电路，主要包括风速、风种、定时、停止等功能。课题采用数字集成芯片作为控制电路，电路稳定抗干扰能力强。在设计过程中，控制电路主要使用通用的数字集成芯片，其功耗低，价格便宜且能够达到很好的控制效果;设计电路时各功能模块在单独控制的同时，还通过相应的逻辑门结合在一起，一起构成一个逻辑完整的电风扇控制电路。 关键字 电风扇 智能 节能 完整 1引 言 电风扇曾一度被认为是空调产品冲击下的淘汰品，其实并非如此，市场人士称，家用电风扇并没有随着空调的普及而淡出市场，近两年反而出现了市场销售复苏的态势。其主要原因:一是风扇和空调的降温效果不同——空调有强大的制冷功能，可以快速有效地降低环境温度，但电风扇的风更温和，更加适合老人儿童和体质较弱的人使用;二是电风扇有价格优势，价格低廉而且相对省电，安装和使用都非常简单。尽管电风扇有其市场优势，但传统电风扇还是有许多地方应当进行改良的，最突出的缺点是它不能根据温度的变化适时调节风力大小，对于夜间温差大的地区，人们在夏夜使用电风扇时可能遇到这样的问题:当凌晨降温的时候电风扇依然在工作，可是人们因为熟睡而无法察觉，既浪费电资源又容易引起感冒，传统的机械定时器虽然能够控制电风扇在工作一定后关闭，但定时范围有限，且无法对温度变化灵活处理。鉴于以上方面的考虑，我们需要设计一种智能电风扇控制系统来解决这些问题。 作为一种老式家电，电风扇具有价格便宜、摆放方便、体积轻巧等特点。由于大部 分家庭消费水平的限制，电风扇作为一个成熟的家电行业的一员，尤其在中小城市，以 及乡村将来一段时间内仍然会占有市场的大部分份额。 面临庞大的市场需要的同时，也要提高电风扇的市场竞争力。使之在技术含量上有 所提高，应使风扇不仅功能多样，操作简便，而且更加安全可靠。 为此，在现有市场上多功能电风扇的基础上，我们提出了一种新型的智能电风扇， 该风扇功能更多，添加了很多人性化的设计，如安全保护，倾倒保护，智能照明等功能， 16 无 锡 职 业 技 术 学 院 毕业设计说明书(论文) 使电风扇更加人性化，相信其丰富的功能，人性化的设计将会大大提高电风扇的市场竞 争力。 2 总体方案设计 2(1方案一:本设计以AT89C51单片机为核心，通过温度传感器对环境温度进行数据采集，从而 建立一个控制系统，使电风扇随温度的变化而自动变换档位，实现“温度高，风力大， 温度低，风力弱”的性能。另外，通过键盘控制面板，用户可以在一定范围内设置电风 扇的最低工作温度，当温度低于所设置温度时，电风扇将自动关闭，当高于此温度时电 风扇又将重新启动。 本设计主要内容如下: (1) 风速设为从高到低5个档位，可由用户通过键盘手动设定。 (2) 当温度每降低2?则电风扇风速自动下降一个档位。 (3) 当温度每升高2?则电风扇风速自动上升一个档位。 (4) 用户可设定电风扇最低工作温度，当低于该温度时，电风扇自动停转。 2.2方案二: 运用Multisim10.1进行电风扇控制电路的设计 设计一个家用电风扇控制电路 1(设计一个家用电风扇控制器。有风速，风种，定时，停止功能; 2(用9个发光二极管分别指示:风速“弱，中，强”，风种“正常，自然，睡眠”，定 时“10分钟，20分钟，40分钟”九个状态; 3. 电风扇停转时，所有的指示灯都不亮，只有按“风速”键时才能启动电风扇，按其 余键不能启动;其初始工作状态为“风速”处于弱挡，“风种”处于“正常”位置， 且相应的指示灯不亮，定时器处于非定时状态，即电风扇处于长时间连续运转状态。 4(电风扇启动后，按“风速”键可循环选择弱，中，强三种状态;按“风种”键可循 环选择正常，自然，睡眠三种状态;按“定时”键可循环选择10分钟，20分钟，40 分钟工作状态。 5(在电风扇任意工作状态下，按“停止”键，电风扇停止工作，所有指示灯灭。 2.3:方案选择:基于节能减碳的环保概念，以及风扇的各种有用的功能而言 我选择方案二。 17 无 锡 职 业 技 术 学 院 毕业设计说明书(论文) 3分电路设计和论证 3.1电风扇控制电路框图 在电风扇控制电路中，外部按键共有四个控制按键分别是停止键、风速键、风种键和定时键。电风扇停转时，所有指示灯都不亮，只有按“风速”键时才能启动电风扇，按其余键不能启动;其初始工作状态为“风速”处于弱挡。“风种”处于“正常”位置，且相应的指示灯不亮，定时器处于非定时状态，即电风扇处于长时间连续运转状态。电风扇启动后，按“风速”键可循环选择弱、中、强三种状态;按“风种”键可循环选择正常、自然、睡眠三种状态;按“定时”键可循环选择不定时、定时10分钟、定时20分钟、定时40分钟四种工作状态。在电风扇任意工作状态下，按“停止”键，电风扇停止工作，所有指示灯灭。控制电路框图如下附录三所示。 3.2 电风扇风速控制 电风扇风速控制我们体现在输出信号不同，我们用三个不同的输出来 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 示电风扇的三种不同风速状态，这三个信号分别控制着对应三级管的导通和截至，从而改变接入线圈的电阻大小，改变磁场，来达到控制风速大小的目的。在同一时间只有其中一个信号有效。 3.3 电风扇风种控制 电风扇风种控制主要分为正常、自然、睡眠三种模式。在正常模式下电风扇按正常状态进行工作，电风扇连续运行。 在自然模式下，电风扇模仿大自然状态下的风，本次设计为电风扇运转4秒后、停止4秒进行循环工作。风的大小仍由风速控制，电风扇工作时间仍由定时功能控制。 在电风扇睡眠模式下，所需风量较小，电风扇工作8秒、停止8秒循环工作。其风的大小仍由风速控制，电风扇工作时间仍由定时功能控制。 3.4 电风扇定时控制 定时操作时我们需要进行10分钟、20分钟和40分钟的定时，这时我们可以通过由555定时器构成单稳态触发器来实现. 3.5 电风扇停止控制 系统设有一个总开关，也就是停止键，按下“停止”键，就终止了电风扇各个功能模块的工作，使得电风扇停止运转，其它各功能也相继失效。 4 软件设计 4.1电风扇控制部分外部硬件 用四个按扭来实现“风速”，“风种”，“定时”，“停止”的不同选择; 用九个发光二极管分别表示“风速”，“风种”，“定时”的三种状态; 18 无 锡 职 业 技 术 学 院 毕业设计说明书(论文) 图4-1 电风扇控制部分外部硬件图 4.2风速控制 电风扇的四个外接按键设计为按钮,用74LS161计数器对按钮产生的脉冲信号进行计数，然后用74LS138将其译码为控制信号。 Vcc R 按钮 引出脉冲信号 图4-2 按钮接线图 当按钮被触发时会产生脉冲信号，如图4-3 19 无 锡 职 业 技 术 学 院 毕业设计说明书(论文) 图4-3 按钮产生脉冲信号 然后74LS161对脉冲信号计数，设计时只用到了Qa，Qb端 Qb Qa 图4-4 电风扇风速启动时是默认状态，然后在弱，中，强中循环控制。 图4-5 74LS138将74LS161的输出信号译码得到风速的控制信号，这里只用到译码器的低四位Y0，Y1，Y2，Y3。 20 无 锡 职 业 技 术 学 院 毕业设计说明书(论文) Y3 Y2 Y1 Y0 图4-6 译码器输出取反波形 电路启动前，所有芯片锁存，其中74LS138译码器低四位输出为1111，经过非门取反变为0000，这时电风扇不工作。启动后38译码器输出为1110取反后为0001，电风扇开始工作，但指示灯不亮。以后在弱，中，强中循环且相应指示灯亮。 图4-7 风速运行状态图 4.3基本RS触发器 电路结构 把两个与非门G1、G2的输入、输出端交叉连接，即可构成基本RS触发器，其逻辑电路如图7.2.1.(a)所示。它有两个输入端R、S和两个输出端Q、Q非。 工作原理 21 无 锡 职 业 技 术 学 院 毕业设计说明书(论文) 基本RS触发器的逻辑方程为: 根据上述两个式子得到它的四种输入与输出的关系: 1.当R端无效(1)，S端有效时(0)，则Q=1,Q非=0,触发器置1。 2.当R端有效(0)、S端无效时(1)，则Q=0,Q非=1,触发器置0。 如上所述，当触发器的两个输入端加入不同逻辑电平时，它的两个输出端Q和Q有两种互补的稳定状态。一般规定触发器Q端的状态作为触发器的状态。通常称触发器处于某种状态，实际是指它的Q端的状态。Q=1、Q非=0时，称触发器处于1态，反之触发器处于0态。S=0,R=1使触发器置1，或称置位。因置位的决定条件是S=0,故称S 端为置1端。R=0,S=1时，使触发器置0，或称复位。 同理，称R端为置0端或复位端。若触发器原来为1态，欲使之变为0态，必须令R端的电平由1变0，S端的电平由0变1。这里所加的输入信号(低电平)称为触发信号，由它们导致的转换过程称为翻转。由于这里的触发信号是电平,因此这种触发器称为电平控制触发器。从功能方面看，它只能在S和R的作用下置0和置1，所以又称为置0置1触发器，或称为置位复位触发器。其逻辑符号如图7.2.1(b)所示。由于置0或置1都是触发信号低电平有效，因此，S端和R端都画有小圆圈。 3.当RS端均无效时，触发器状态保持不变。 触发器保持状态时，输入端都加非有效电平(高电平)，需要触发翻转时，要求在某一输入端加一负脉冲，例如在S端加负脉冲使触发器置1，该脉冲信号回到高电平后，触发器仍维持1状态不变，相当于把S端某一时刻的电平信号存储起来，这体现了触发器具有记忆功能。 4.当RS端均有效时，触发器状态不确定 在此条件下，两个与非门的输出端Q和Q全为1，在两个输入信号都同时撤去(回到1)后，由于两个与非门的延迟时间无法确定，触发器的状态不能确定是1还是0,因此称这种情况为不定状态，这种情况应当避免。从另外一个角度来说，正因为R端和S端完成置0、置1都是低电平有效，所以二者不能同时为0。 状态转移图 即以图形的方式描述触发器的状态变化对输入信号的要求。图7.2.4是基本RS触发器的状态转移图。图中两个圆圈代表触发器的两个状态;箭头表示在触发器的输入信号作用下状态转移的方向;箭头旁边由斜线“/”分开的代码分别表示状态转移的条件和在此条件下产生的输出状态。 设触发器的初始状态为Q=0、Q=1，输入信号波形如图7.2.5所示，当SD的下降沿到达后，经过G1的传输延迟时间tpd，Q端变为高电平。这个高电平加到门G2的输入端，再经过门G2的传输延迟时间tpd,使Q变为低电平。当Q的低电平反馈到G1的输入端以后,即使SD=0的信号消失(即SD回到高电平)，触发器被置成Q=1状态也将保持下去。可见，为保证触发器可靠地翻转，必须等到Q=0的状态反馈到G1的输入端以后，SD=0的信号才可以取消。因此，SD输入的低电平信号宽度tw应满足tw?2tpd。同理，如果从RD端输入置0信号，其宽度也必须大于、等于2tpd 。 2.传输延迟时间: 从输入信号到达起，到触发器输出端新状态稳定地建立起来为止，所经过的这段时间称为触发器的传输延迟时间。从上面的分析已经可以看出，输出端从低电平变为高电平的传输延迟时间tPLH和从高电平变为低电平的传输延迟时间tPHL是不相等的，它们分别为: tPLH=tpd，tPHL=2tpd 若基本RS触发器由或非门组成，则其传输延迟时间将为 tPHL=tpd，tPLH=2tpd 。综上所述，对基本RS 触发器归纳为以下几点: 1.基本RS触发器具有置位、复位和保持(记忆)的功能; 2.基本RS触发器的触发信号是低电平有效，属于电平触发方式; 3.基本RS触发器存在约束条件(R+S=1)，由于两个与非门的延迟时间无法确定;当R=S=0时，将导致下一状态的不确定。 4.当输入信号发生变化时，输出即刻就会发生相应的变化，即抗干扰性能较差。 同步RS 触发器(时钟脉冲控制的RS 触发器) 前面介绍的基本RS触发器的触发翻转过程直接由输入信号控制 ，而实际上，常常要求系统中的各触发器在规定的时刻按各自输入信号所决定的状态同步触发翻转，这个时刻可由外加的时钟脉冲CP来决定。 电路结构: 如图7.3.1所示在基本RS触发器的基础上增加G3、G4两个与非门构成触发引导电路，其输出分别作为基本RS触发器的R端和S端。 工作原理: 由图7.3.1可知，G3和G4同时受CP信号控制，当CP为0时，G3和G4被封锁， R、S不会影响触发器的状态;当CP为1时，G3和G4打开，将R、S端的信号传送到基 22 无 锡 职 业 技 术 学 院 毕业设计说明书(论文) 本RS触发器的输入端，触发器触发翻转。结合基本RS触发器的工作原理，我们可以得到以下结论。 1.当CP=0时 Q3=Q4=1，触发器保持原来状态不变。 2.当CP=1时若R=0 ，S=1; Q3=1，Q4=0，触发器置1; 若R=1 ，S=0; Q3=0，Q4=1，触发器置0; 若R=S=0; Q3=Q4=1，触发器状态保持不变; 若R=S=1; Q3=Q4=0，触发器状态不定;可见R端和S端都是高电平有效，所以R端和S端不能同时为1，其逻辑符号中的R端和S端也没有小圆圈。 功能描述: 1.状态转移真值表 2.特征方程 根据功能表及卡诺图化简，可得到如下表达式: 3.工作波形图 工作波形图即以波形的形式描述触发器状态与输入信号及时钟脉冲之间的关系，它是描述时序逻辑电路工作情况的一种基本方法。如图7.3.2所示。图中假设同步RS触发器的初始状态为0态。 同步RS触发器的状态转移图及激励表请依照基本RS触发器自行作出。 综上所述，对同步RS触发器归纳为以下几点: 1.同步RS触发器具有置位、复位和保持(记忆)功能; 2.同步RS触发器的触发信号是高电平有效，属于电平触发方式; 3.同步RS触发器存在约束条件，即当R=S=1时将导致下一状态的不确定; 4.触发器的触发翻转被控制在一个时间间隔内，在此间隔以外的时间内，其状态保持不变，抗干扰性有所有功能。 RS触发器一般用来抵抗开关的抖动。 为了消除开关的接触抖动，可在机械开关与被驱动电路间接的接入一个基本RS触发器，如图1 图1 所示838电子。S为 =0， R=l，可得出A=l， A=0。当按压按键时，S=l，R=0，可得出 A=0，A=1，改变了输出信号A的状态。若由于机械开关的接触抖动，则R的状态会在0和1之间变化多次，若 R=l，由于A=0，因此G2门仍然是“有低出高”，不会影响输出的状态。同理，当松开按键时， S端出现的接触抖动亦不会影响输出的状态。因此，图1所示的电路，开关每按压一次，A点的输出信号仅发生一次变化。 单片机电路中的防抖现在一般都用程序防抖而不用触发器这些硬件防抖了。 如图4-8所示 R & Q Q & S 23 无 锡 职 业 技 术 学 院 毕业设计说明书(论文) 图 4-8 RS触发器 基本RS触发器特性表 输 入 输 出 说 明 ,R ,S Qn Qn+1 1 1 0 0 复位与置位信号均无效，电路1 1 1 1 具有保持功能 0 1 ， 0 复位有效，置位无效，电路具0 1 有置“0”功能 1 0 ， 1 置位有效，复位无效，电路具1 0 有置“1”功能 0 0 ， ， 复位和置位信号同时有效，输0 0 出Qn+1=,Qn+1=1，约束情况 按钮停止信号 上电复位信号 定时停止信号 按钮启动信号 启动停止控制信号 图4-9 启动停止电路 启动时，只能由风速键控制，启动信号和停止信号默认为高电平，上电复位信号使,Q端输出被初始化为低电平。计数器在启动之前被清零，避免无用信号读入计数器和保证译码器处于无效状态。只有当风速键按下时(S端接收风速按钮产生的负脉冲),Q端由默认的低电平变为高电平，并一直保持，风速、风种、定时信号能写入计数器，计数器可以接收脉冲信号，同时74LS138和74LS161的使能端变为有效，74LS138输出取反后由0000的不工作状态变为0001的默认状态，电风扇开始连续的不定时弱挡运行。 24 无 锡 职 业 技 术 学 院 毕业设计说明书(论文) 停止时，同启动部分，当停止键被按下或者定时时间到时，对,Q端置低电平，使芯片停止工作，并对计数器清“0”，同时计数器清零端再次被清零，芯片使能端变为无效状态。 启动信号 停止信号 启动停止 控制信号 图4-10 电路启动停止信号 风速按钮第一次产生的脉冲信号与RS触发器,Q端输出的信号相与后，接入计数器的CLK端，计数器由无效状态清零，启动了系统。 按钮信号 启动停止控制信号 计数器CLK信号输入 图4-11 风速按钮第一次按下时计数器清零为0000 4.4计数器 74LS161功能表 输 入 输 出 CP ,CR ,LD EP ET A B C D QA QB QC QD ， L ， ， ， ， ， ， ， L L L L , H L ， ， A B C D A B C D ， H H L ， ， ， ， ， 保 持 ， H H ， L ， ， ， ， 保 持 , H H H H ， ， ， ， 计 数 , H L ， ， L L L L L L L L 25 无 锡 职 业 技 术 学 院 毕业设计说明书(论文) CT=0 D R M1 LD M2 RCO ET G3 EP G4 CP A Qa B Qb C Qc Qd D 图4-12 74LS161逻辑图 用预置法改变计数长度 设计中用到了三个74LS161和三个74LS138，对于风速，风种部分需要改变计数长度， (Qb，Qa)开始，计数值到达11时，下一状态预置为01(B，A)，保证了计数器将从00 初始状态只执行一次的目的。 图4-13 风速，风种状态 定时部分则不用预置数，他需要四种状态 图4-14 定时状态 26 无 锡 职 业 技 术 学 院 毕业设计说明书(论文) 4.5三八译码器 74LS138逻辑真值表 输 入 输 出 ,E1 ,E2 E3 C B A ,Y0 ,Y1 ,Y2 ,Y3 ,Y4 ,Y5 ,Y6 ,Y7 ， ， 0 ， ， ， 1 1 1 1 1 1 1 1 ， 1 ， ， ， ， 1 1 1 1 1 1 1 1 1 ， ， ， ， ， 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 14 1 A Y0 2 13 BY1 12 C Y2 3 11 Y3 Y4 10 4 E1 Y5 9 E2 Y6 5 8 E3 Y7 6 7 启动 停止图4-15 74LS138逻辑图 控制 信号 按 钮 脉 冲 27 无 锡 职 业 技 术 学 院 毕业设计说明书(论文) 图4-16 计数译码电路 74LS161计数并转换为逻辑信号后，接在74LS138的低两位(B，A)上，经过译码后取Y3，Y2，Y1，Y0信号分别取反后作为控制信号。 弱 中 强 图4-17 风速处理电路 图4-18 风速运行状态图 风速控制给出三条控制线，为弱，中，强信号线，分别接上发光二极管。它们都是高电平有效，作为控制电路的驱动信号，与风种和定时信号共同控制电机的运行状态。 28 无 锡 职 业 技 术 学 院 毕业设计说明书(论文) 睡眠 自然 正常 默认状态 风种 输出 图4-19 风种处理电路 默认状态和正常状态都是输出高电平，经过74LS32D或门后直接送到风种输出，而自然状态时启动555多谐振荡器，睡眠时也启动555定时器并且经过D触发器分频，将他们的输出经过或门后送到风种输出。 图4-20 风种运行状态图 风种也有三条控制线，把默认信号加入正常信号中去。 29 无 锡 职 业 技 术 学 院 毕业设计说明书(论文) 图4-21 定时状态图 定时有四条控制线，但只在10分钟，20分钟，40分钟中加入发光二极管，它们与风速，风种共同作用。 弱风速控弱风速输出 制信号 中风速控 中风速输出 制信号 强风速控 制信号 强风速输出 定时输出 风种输出 图-22 电风扇总输出驱动电路 4.6 555多谐振荡器 555定时器外接基本的元器件R1，R2，C后，可以很方便地构成多谐振荡器，如图4-23 +VDD RD R1 D 8 4 7 R2 3 OUT TH 555 6 U0 2 1 5 TR C 10nf 图4-23 555多谐振荡器 通过555定时器构成的多谐振荡器可以实现电风扇风种中正常，自然，睡眠的设定: 30 无 锡 职 业 技 术 学 院 毕业设计说明书(论文) 正常:电风扇连续运行，此时不需要启动多谐振荡器，只需要给高电平信号(有效信号); 自然:电风扇工作4秒，停止4秒，如此循环，用多谐振荡器产生一个周期8秒占空比 50%的方波(4秒高电平，4秒低电平); 睡眠:电风扇工作8秒，停止8秒，循环，用D触发器对多谐振荡器进行二分频(8秒 高电平，8秒低电平); 振荡周期:555定时器在产生矩形脉冲的过程中，高电平持续的时间是电容电压 从1/3VDD充电到2/3VDD所需要的时间t1,而低电平持续的时间是电容电压 从2/3VDD放电到1/3VDD所需要的时间t2。故振荡周期T为: T=t1+t2; T=(R1+R2)Cln[(VDD-1/3VDD)/(VDD-2/3VDD)]+R2Cln[2/3VDD/(1/3VDD)]; T=0.7(R1+2R2)C;占空比q为: q=t1/T; q=0.7(R1+R2)C/(0.7(R1+2R2)C); q=(R1+R2)/(R1+2R2); 自然时:T=8s，R1=5.7MΩ，R2=28KΩ，C=10nF; 睡眠时:为了节约材料，直接对多谐振荡器进行二分频即可，如图4-24 D触发器分 频波形输出 555多谐振 荡器波形 输出 图4-24 D触发器构成的二分频 D触发器的U0端接在555多谐振荡器的输出端进行二分频，再由Q端输出 31 无 锡 职 业 技 术 学 院 毕业设计说明书(论文) 555多谐振荡器输出波形 D触发器二分频输出波形 图4-25 555多谐振荡器输出波形与二分频后波形 4.7 555单稳态触发器 555 定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。一般用双极性工艺制作的称为 555，用 CMOS 工艺制作的称为 7555，除单定时器外，还有对应的双定时器 556/7556。555 定时器的电源电压范围宽，可在 4.5V~16V 工作，7555 可在 3~18V 工作，输出驱动电流约为 200mA 因而其输出可与 TTL、CMOS 或者模拟电路电平兼容。 555定时器 555 定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。它也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方面。555 定时器的内部电路框图和外引脚排列图分别如图 2.9.1 和图 2.9.2 所示。它内部包括两个电压比较器，三个等值串联电阻，一个 RS 触发器，一个放电管 T 及功率输出级。它提供两个基准电压VCC /3 和 2VCC /3 555 定时器的功能主要由两个比较器决定。两个比较器的输出电压控制 RS 触发器和放电管的状态。在电源与地之间加上电压，当 5 脚悬空时，则电压比较器 C1 的同相输入端的电压为 2VCC /3，C2 的反相输入端的电压为VCC /3。若触发输入端 TR 的电压小于VCC /3，则比较器 C2 的输出为 0，可使 RS 触发器置 1，使输出端 OUT=1。如果阈值输入端 TH 的电压大于 2VCC/3，同时 TR 端的电压大于VCC /3，则 C1 的输出为 0，C2 的输出为 1，可将 RS 触发器置 0，使输出为 0 电平。 它的各个引脚功能如下: 1脚:外接电源负端VSS或接地，一般情况下接地。 8脚:外接电源VCC，双极型时基电路VCC的范围是4.5 ~ 16V，CMOS型时基电路VCC的范围为3 ~ 18V。一般用5V。 3脚:输出端Vo 2脚:低触发端 32 无 锡 职 业 技 术 学 院 毕业设计说明书(论文) 6脚:TH高触发端 4脚:是直接清零端。当端接低电平，则时基电路不工作，此时不论、TH处于何电平，时基电路输出为“0”，该端不用时应接高电平。 5脚:VC为控制电压端。若此端外接电压，则可改变内部两个比较器的基准电压，当该端不用时，应将该端串入一只0.01μF电容接地，以防引入干扰。 7脚:放电端。该端与放电管集电极相连，用做定时器时电容的放电。 由555定时器构成单稳态触发器 555定时器外接基本的元器件R，C后，可以很方便的构成单稳态触发器，如图4-26所示 +VDD D R R 8 D 4 7 OUT TH 3 555 6 0 U Ui 2 1 5 TR C 10nf 图4-26 555单稳态触发器 对于电风扇的定时系统部分由单稳态触发器充当，用三个单稳态触发器分别定时10分钟，20分钟，40分钟。 暂稳态时间:tw=RCln((VDD-0)/(VDD-2/3VDD))=1.1RC 10分钟:R=545MΩ，C=1μF; 20分钟:R=545MΩ，C=2μF; 40分钟:R=545MΩ，C=4μF; 33 无 锡 职 业 技 术 学 院 毕业设计说明书(论文) 图4-27 555定时电路 Y0 Y0与Y1相与信号 Y0,Y1,Y2相与信号 10分钟定时信号 20分钟定 时信号 40分钟定时信号 图4-28 555定时器启动信号和定时信号 在设计555单稳态触发器时，希望信号连续，在定时10分钟内可以切换到定时20分钟，在定时20分钟内可以切换到定时40分钟。在定时和定时切换期间希望电平一直为高，保证停止时能给稳定的信号。这里将555的RST和TRI端接在一起，作为控制555的触发信号。他们在低电平变为高电平时启动定时，再变为低电平时停止定时。在电路启动前，38译码器锁存，低四位Y3Y2Y1Y0输出为1111，这时555都还不能定时，当电路启动后，38译码器输出1110，电路处于不定时状态，第一次按下定时按钮后，38译码器输出为1101，Y0端由“0”变为“1”启动了10分钟定时，在10分钟内按下第二次按钮后38译码器输出1011，这时Y0和Y1相与的信号由“0”变为“1”启动20分钟定时， 34 无 锡 职 业 技 术 学 院 毕业设计说明书(论文) 这时10分钟定时时间还未到，10分钟还将继续定时，保证定时输出在定时的时候电平一直为“1”，在20分钟定时时间内，按下第三次按钮，38译码器输出为0111，这时Y0,Y1,Y2相与的信号由“0”变为“1”启动40分钟定时，这时20分钟定时还没停止，定时输出一直为“1”，如果在定时时间内按第四次按钮，将停止定时，这时无论10分钟、20分钟还是40分钟定时是否到，都将停止。 4.8停止处理电路 电平触发的主从触发器工作时，必须在正跳沿前加入输入信号。如果在CP 高电平期间输入端出现干扰信号，那么就有可能使触发器的状态出错。而边沿触发器允许在CP 触发沿来到前一瞬间加入输入信号。这样，输入端受干扰的时间大大缩短，受干扰的可能性就降低了。边沿D触发器也称为维持-阻塞边沿D触发器。 电路结构 该触发器由6个与非门组成，其中G1和G2构成基本RS触发器。 工作原理 SD 和RD 接至基本RS 触发器的输入端，它们分别是预置和清零端，低电平有效。当SD=1且RD=0时,不论输入端D为何种状态，都会使Q=0，Q非=1，即触发器置0;当SD=0且RD=1时，Q=1，Q非=0，触发器置1,SD和RD通常又称为直接置1和置0端。我们设它们均已加入了高电平，不影响电路的工作。工作过程如下: 1.CP=0时，与非门G3和G4封锁，其输出Q3=Q4=1，触发器的状态不变。同时，由于Q3至Q5和Q4至Q6的反馈信号将这两个门打开，因此可接收输入信号D，Q5=D，Q6=Q5非=D非。 D触发器原理 2.当CP由0变1时触发器翻转。这时G3和G4打开，它们的输入Q3和Q4的状态由G5和G6的输出状态决定。Q3=Q5非=D，Q4=Q6非=D非。由基本RS触发器的逻辑功能可知，Q=Q3=D。 3.触发器翻转后，在CP=1时输入信号被封锁。这是因为G3和G4打开后，它们的输出Q3和Q4的状 ，则经G3输出至G5输入的反馈线将G5封锁，即封锁了态是互补的,即必定有一个是0，若Q3为0 D通往基本RS 触发器的路径;该反馈线起到了使触发器维持在0状态和阻止触发器变为1状态的作用,故该反馈线称为置0维持线,置1阻塞线。Q4为0时，将G3和G6封锁，D端通往基本RS触发器的路径也被封锁。Q4输出端至G6反馈线起到使触发器维持在1状态的作用，称作置1维持线;Q4输出至G3输入的反馈线起到阻止触发器置0的作用,称为置0阻塞线。因此，该触发器常称为维持-阻塞触发器。总之，该触发器是在CP正跳沿前接受输入信号，正跳沿时触发翻转，正跳沿后输入即被封锁,三步都是在正跳沿后完成，所以有边沿触发器之称。与主从触发器相比,同工艺的边沿触发器有更强的抗干扰能力和更高的工作速度。 电路中另外一个D触发器用于将定时到的信号转换为停止信号。 将10分钟，20分钟，40分钟信号相或并且取反后作为D触发器的时钟CLK端，然后将非定时状态作为D的输入端，要靠定时来停止电路必须满足两个条件: 35 无 锡 职 业 技 术 学 院 毕业设计说明书(论文) 一，D端为低电平，即电路是处于定时状态时; 二，必须是定时到时，产生上升沿。Qn+1=D (CP,)，Q由“1”变为“0”。 D CLK Q 图4-29 停止处理电路 但是我们需要的是负脉冲，这样才能避免下次启动时，RS触发器的,Q端一直被置“0”，所以在D触发器后面加了信号变换电路。 定时 停止 信号 ,Q端经过电容 充电后波形 ,Q端输出波形 Q端输出波形 图4-30 定时停止电路 图中用了两个电阻和一个电容进行充放电，利用电容充电需要时间，来使D触发器的,Q端输出延迟一段时间，然后和Q端相或产生需要的负脉冲(定时停止信号)。 36 无 锡 职 业 技 术 学 院 毕业设计说明书(论文) ,Q端输出波形 ,Q端经过电容充电后波形 Q端输出波形 定时停止信号 图4-31 定时停止信号 下图为电路总体仿真图 强 中 弱 图4-32 电路总体仿真图 4.9上电复位电路 电路在启动时不会马上工作，因为RS触发器初始时,Q输出为“0”，计数器、译码器被锁存，为了实现这个目的设计了上电复位电路，模拟电路上电时对RS的初始化，如图4-33所示。开关的作用是模拟电路的通断电，开关打开相当于没通电，开关闭合相当于电路通电。在电路上电前，电容没有充电，上电复位信号为“0”。通电后，所有芯片得电，电容开始充电，这时复位信号仍为“0”，输入到RS触发器的R端，对输出,Q置0，完成初始化。复位信号在等待数毫秒后变为“1”，保证了初始化后不会影响电路。 为确保微机系统中电路稳定可靠工作，复位电路是必不可少的一部分，复位电路的第一功能是上电复位。一般微机电路正常工作需要供电电源为5V?5%，即4.75,5.25V。由于微机电路是时序数字电路，它需要稳定的时钟信号，因此在电源上电时，只有当VCC超过4.75V低于5.25V以及晶体振荡器稳定工作时，复位信号才被撤除，微机电路开始正常工作。 上电复位:上电瞬间，电容充电电流最大，电容相当于短路，RST端为高电平，自动复位;电容两端的电压达到电源电压时，电容充电电流为零，电容相当于开路，RST端为低电平，程序正常 37 无 锡 职 业 技 术 学 院 毕业设计说明书(论文) 运行。 上电复位信号 图4-33 上电复位电路 5软硬件系统的调试 运用Multisim10.1进行电风扇控制电路的设计 设计一个家用电风扇控制电路 1(设计一个家用电风扇控制器。有风速，风种，定时，停止功能; 2(用9个发光二极管分别指示:风速“弱，中，强”，风种“正常，自然，睡眠”，定 时“10分钟，20分钟，40分钟”九个状态; 3. 电风扇停转时，所有的指示灯都不亮，只有按“风速”键时才能启动电风扇，按其 余键不能启动;其初始工作状态为“风速”处于弱挡，“风种”处于“正常”位置， 且相应的指示灯不亮，定时器处于非定时状态，即电风扇处于长时间连续运转状态。 4(电风扇启动后，按“风速”键可循环选择弱，中，强三种状态;按“风种”键可循 环选择正常，自然，睡眠三种状态;按“定时”键可循环选择10分钟，20分钟，40 分钟工作状态。 5(在电风扇任意工作状态下，按“停止”键，电风扇停止工作，所有指示灯灭。 38 无 锡 职 业 技 术 学 院 毕业设计说明书(论文) 6(Multisim10.1仿真各单元电路与整体电路。( 记录 混凝土 养护记录下载土方回填监理旁站记录免费下载集备记录下载集备记录下载集备记录下载 仿真过程中的结果与出现的问题) 7(Multisim10.1画原理图与印制板电路(PCB)图。 Mu1tisim 10.1软件介绍 Multisim是美国国家仪器(NI)有限公司推出的以Windows为基础的仿真工具，适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式，具有丰富的仿真分析能力，软件第一行为菜单行，主要有文件(F)、编辑(E)、视图(V)、放置(P)、MCU、仿真(S)、转换(A)、工具(T)、报表(R)、选项(O)、窗口(W)、帮助(H)，如图2-1所示。 图2-1 在菜单栏中的每个菜单有下拉菜单，在文件菜单中主要是对当前文件和项日 的操作包括文件的新建、保存、关闭等，项日的新建、保存、关闭等。在编辑菜 单中主要是对当前操作的变更包括撤销、重做、粘贴和字体的设置等。在视图菜 单中主要对电路编辑窗口的变更包括窗口的放大、缩小、全屏等。在放置菜单中 主要中主要对电路的编辑包括导线、原件的放置、总线、文本的编辑等。MCU下 拉菜单中包括电路设计中MCU芯片的放置，MCU芯片中程序的运行包括单步运行、 暂停、断点等。在仿真菜单中主要是对当前电路仿真状态的操作包括电路的运行、 暂停、停止，仪器仪表的选择，仿真器的设置，工作点分析等。在转换菜单中对 窗口电路进行转换转换为PCB板，导出网络表等。工具菜单中主要是原件向导、电路的电器规则检查等。在报表菜单中主要是原件清单、网络报告等。选项菜单可对用户菜单进行操作。窗口菜单中主要是窗口的新建、排列、关闭等。帮助菜单主要为软件用户提供常见的帮助。 工具栏的第一部分主要是文件的打开、保存、打印等，如图2-2所示。第二部分主要是电路编辑窗口的放大、缩小、全屏等，如图2-2所示。第二部分是仪表和原件的选择，如图2-3所示。在工具栏的右侧为仿真总开关，如图2-3所示。工具栏的第二行，第一部分是常用工具的选择，包括电源、电阻、二极管、二极管、通用集成芯片和电机等，如图2-4所示。第二部分是仿真时所用按键，如图2-4所示。 图2-2 图2-3 图2-4 在软件界面的左边为设计工具箱，包含三个子窗口:层次、可见、项目试图。如图2-5所示。软件界面的中部主要区域为电路编辑窗口，主要用作编辑电路放置原件。在 39 无 锡 职 业 技 术 学 院 毕业设计说明书(论文) 软件界面的右边为电路设计时所要使用的仪器仪表，最为常用的为万用表、泰克示波器、测量探针、电流探针、逻辑分析仪等，如图2-6所示。在界面的右下角为电路仿真状态，如图2-7所示。 图2-5 设计工具箱 图2-6 仪器仪表 图2-7 电路仿真状态图 2.1.2 Ultiboard软件介绍 Ultiboard软件是与Mutisim软件配套的绘制电路板的软件。可以将Muti sim中的原理图直接转换到Ultiboard中，但是Mutisim中的所有芯片必须为非虚拟元件，如果电路中包含虚拟元件则虚拟元件将不能被转换。 Ultiboard软件的使用和专用的电路板绘制软件Protel相似下面简单介绍: 1(线宽、间距设置和网络表的导入 在第一次打开软件时会弹出一对话框可对其进行设置，设置后可导出电路图例络表，如图2-8所示。 图2-8线宽、线间距设置和网络表的导入 2(菜单、工具栏 40 无 锡 职 业 技 术 学 院 毕业设计说明书(论文) Untiboard的菜单和工具栏与Mutisim类似，如图2-9所示。 图2-9 Ultiboard的菜单和工具栏 3(设计工具箱 Ultiboard中设计工具箱与Mutisim有所不同，主要是对电路板结构的描述和操作(包括电路板的层数，和选择电路板层数对其操作)，如图2-10所示。 图2-10电路板层 4(电路板绘制区 对电路板的所有操作都是通过此区域体现出来的，在它上面可以看到电板 绘制完成后的最后模型，如图2-ll所示。 41 无 锡 职 业 技 术 学 院 毕业设计说明书(论文) 图2-1l 电路板绘制区 5(电子表格 电子表格显示电路板的当前状态和信息，如图2-12所示。 图2-12 电子表格 2.2基本操作方法 2.2.1数字电子产品原理图设计步骤 一般而言，数字电子产品原理图的设计可分为二个步骤。 1(根据逻辑功能要求确定输入输出关系 ’ 2(根据输入输出关系选择逻辑器件 3(绘制原理图 借用Multisiml0提供的强大功能实现数字电子产品原理图的绘制与仿真。 2.2.2 创建电路图 1(启动操作 启动Multisiml0以后，出现以下界面，如图2-13所示。 42 无 锡 职 业 技 术 学 院 毕业设计说明书(论文) 图2-13 软件启动界面 启动后出现的窗口如图2-14所示。 图2-14 软件启动后界面 选择文件/新建/原理图，即弹出2-15所示的主设计窗口。 43 无 锡 职 业 技 术 学 院 毕业设计说明书(论文) 图2-15 主设计窗口 (添加元件 2 打开原件库工具栏，单击需要的元件图标按钮如图2-16，然后在主设计电路窗口中的适当位置，再次单击鼠标左键，所需要的元件即可出现在该位置上，如图2-17所示。 图2-16 元件选取 44 无 锡 职 业 技 术 学 院 毕业设计说明书(论文) 图2-17 放置后的元件 双击此元件，会出现该元件的对话框如图2-18所示，可以设置元件的标签、编号、数值和模型参数。 图2-18 元件的参数编辑 3(元件的移动 选中元件，直接用鼠标拖拽要移动的元件。 4(元件的复制、删除与旋转 选中元件，用相应的菜单、工具栏或单击鼠标右键弹出快捷菜单，进行需要的操作。 5(放置电源和接地元件 45 无 锡 职 业 技 术 学 院 毕业设计说明书(论文) 选择“放置信号源按钮”弹出对话框，可选择电源和接地元件。 6(导线的操作 (1)连接。鼠标指向某元件的端点，出现小圆点后按下鼠标左键拖拽到另一个元件 的端点，出现小圆点后松开左键。 (2)删除。选定该导线，单击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中单击“delet”。 2.2.3使用仪表 如图2-15主设计窗口中，右侧竖排的为仪表工具栏，常用的仪表有数字万用表、函数发生器、示波器、波特图仪等等，可根据需要选择使用。 1(调用数字万用表 从指示部件库中选中数字万用表，按选择其它元件的方法放置在主电路图中，双击万用表符号，弹出参数设置对话框。 2(万用表设置 单击万用表设置对话框中的“设置”弹出万用表设置对话框，进行万用表参数及量程设置。万用表设置，其它仪表的使用同万用表类似，不再累述。 2.2.4实时仿真 三态门分时传送电路，左上角菜单栏下方是仿真开关，用鼠标左键单击仿真开关，就开始实时仿真。 2.2.5保存文件 1(电路图绘制完成，仿真结束后，执行菜单栏中的“文件,保存”可以自动按原文件名将该文件保存在原来的路径中。 2(单击左上角菜单栏中的“文件,另存为”弹出对话框。在对话框中选定保存路径，并可以修改文件名保存。 2.3常用仪器仪表的使用 2.3.1函数信号发生器 函数信号发生器有二个信号端子，从左至右分别为“+”、公共端、“-”，双击信号源图标进行函数信号发生器设置，该信号源可产生正弦波、锯齿波、方波。可以对信号源的频率，占空比、振幅、偏移进行设置，如图2-20所示。 图2-19 函数信号发生器 2.3.2万用表 46 无 锡 职 业 技 术 学 院 毕业设计说明书(论文) 在主设计窗口中，右侧竖排仪表工具栏中第一个为万用表。万用表有两个接线柱左边为“+”、右边为“-”，使用时接在被测试点两端。双击万用表图标显示当前测试点信号数值，可在窗口中对万用表进行设置，也可单击设置按钮进行设置，如图2-19所示。 图2-20 万用表的使用 2.3.3示波器-XSCl 示波器是观察信号波形的重要工具，有A、B两个通道和一个外触发端。A、B通道可以测量Ac、Dc信号也可以接地，触发通道有正弦波触发、标准触发等。当通道接上外部输入信号时，双击示波器图标可观察信号波形参数:频率、幅值和周期，如图2-21 所示(示波器实验外加一正弦波，四综示波器与此类似)。 图2-2l 示波器实验 2.3.4泰克示波器-XSCl 泰克示波器的界面和实验室泰克示波器界面基本相同，所不同的是实验室示 波器只有两个输入通道，而软件上示波器有四个通道。操作时和实验室示波器相 同在此不作赘述。示波器使用如图2-22所示。 47 无 锡 职 业 技 术 学 院 毕业设计说明书(论文) 图2-22 示波器的使用 2.3.5 测量探针 测量探针可对电路中的任一点信号进行探测，可对电压和电流峰峰值、有效值、直流进行测量，还可以进行频率测量。使用时比较方便，特别是在进行模拟电路设计时使用非常方便。测量探针的使用如图2-23所示。 图2-23 测量探针的使用 6 附录 附录一 电风扇控制电路原理框图 48 无 锡 职 业 技 术 学 院 毕业设计说明书(论文) 附录二 PCB图 49 无 锡 职 业 技 术 学 院 毕业设计说明书(论文) 将设计的电路产生的PCB网络报表导入新建的PCB设计当中，在布局完后，单击自动布线，就可以得到我们设计的PCB图 3D显示图 附录三 电风扇控制电路原理仿真图 电路综合仿真总体图(A3) 50 无 锡 职 业 技 术 学 院 毕业设计说明书(论文) 51 无 锡 职 业 技 术 学 院 毕业设计说明书(论文) 7 参考文献张鑫.单片机原理及应用.电子工业出版社 明德刚.DS18B20在单片机温控系统中的应用.贵州大学学报，2006，2 黄朝民，肖明清，吴志强.单片机原理与应用.现代电子技术，2006,12 刘进山.基于MCS-51电风扇智能调速器的设计.电子质量，2004,10 张鑫:单片机原理及应用，电子工业出版社 胡乾斌.单片微型计算机原理与应用. 武汉:华中理工大学出版社，1997 陈丽芳.单片机原理与控制技术. 南京:东南大学出版社，2003 刘迎春,叶湘滨. 传感器原理设计与应用. 长沙:国防科技大学出版社，2002 栾桂冬,张金铎, 金欢阳. 传感器及其应用. 西安:西安电子科技大学出版社，2002 郝芸.传感器原理与应用. 北京:电子工业出版社，2002 沙占友.集成化智能传感器原理与应用. 北京:电子工业出版社，2004 何立民.单片机应用技术选编.北京:北京航空航天的学出版社，2004 52 无 锡 职 业 技 术 学 院 毕业设计说明书(论文) 53