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1、课程设计说明书课程设计名称： 数字电路课程设计 课程设计题目： 定时排气扇 学 院 名 称： 南昌航空大学信息工程学院 评分： 教师： 2013 年 10 月 11 日 数字电路 课程设计任务书20 1320 14 学年 第 1 学期第 2 周 4 周 题目定时排气扇内容及要求实现总定时时间8小时（可以调节，用发光二极管显示），占空比可调的间歇排气。进度安排2013.9.9-2013.9.15：查阅资料，方案分析与设计，电路仿真；2013.9.16-2013.9.22：完成系统的制作、焊接、调试；2013.9.23-2013.9.27：画PCB线路板图，完成报告。学生姓名：指导时间：周一、周二
2、、周五指导地点：实验大楼南310、E610任务下达2013 年9月9日任务完成2013年9月27日考核方式1.评阅 2.答辩 3.实际操作 4.其它指导教师系（部）主任注：1、此表一组一表二份，课程设计小组组长一份；任课教师授课时自带一份备查。2、 课程设计结束后与“课程设计小结”、“学生成绩单”一并交院教务存档 摘 要房间里的空气要及时进行排除，就需要排气扇，但人们为了方便自己，就想要自动排气，所以就有了定时排气扇。为实现间歇排气，先通过555组成的占空比可调的多谐振荡器控制第一个继电器，为实现总定时八小时的功能，用CD4017组成计数器计多谐振荡器产生脉冲的个数，从而达到总定时八小时间歇排
3、气的功能。通过设计实现了房间定时排气，定时关闭的功能。这可应用于粮仓的定时除水气，还可以应用于家庭的房间排气。关键字：定时 计数 排气 间歇 目录前 言1第一章 系统的组成21、系统分析21、实验电路分析42、电路组成框图6第二章 系统设计方案及原理图71、方案：7第三章 单元电路设计、参数计算、器件选择91、器件选择：9第四章 实验、调试及测试结果与分析111、调试：111、第一部分112、第二部分112、调试的问题：113、调试注意：12第五章 总结13参考文献14附录一：15附录二： 原件清单16附录三；pcb图17 前 言 现在是节能环保的时代，在全球能源日益紧张之际，为缓解经济发展带
4、来的能源压力，国家正全面普及推广节能产品。产品的节能环保功能日益成为人们首选因素，以前的排气扇只能控制开关，而没有定时和间歇排气功能，通过逻辑电路设计之后的排气扇，只需要通过一个按钮就可以控制定时的时间和占空比可调的间歇排气，实现了排气扇的人性化。在国内外，排气扇的功能已经十分的齐全，但是我的设计还是非差有意义的。因为其中的逻辑电路进行设计分析的思路值得我们去学习和研究。又因为其简单、易设计。对设计材料无特殊的要求，使得排气扇控制逻辑电路设计这一课题广泛应用于电子课设中。第一章 系统的组成1、系统分析在使用的方案中，555时基集成电路能够实现电路振荡的主要原理是，由电源通过接在电路的7、6、2
5、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C1的充电是通过R1、R2与C1的接地端形成回路的；而电容器的放电则是C1的正极通过R2到7脚完成的。只要将电路中R1、R2与C1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D1、D2和可调电位器RP，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RP进行调节而改变的。这是由于加人了二极管后，电容器C1的充、放电回路与前不同了。其中充电回路变为由电源通过R1, RP的
6、上半段、VD2到电容器Cl。而电容器的放电回路则由电容的正极通过VD1, R2和RP的下半段到7脚。电路中的电容器C1为固定不变的，但它的充、放电电阻值是可以通过调节RP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RP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RP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，振荡脉冲的占空比变小。在本电路中，在接通电源之初，由于C1刚开始充电，其上端的电压小于VP/3，IC1的3脚输出高电平。这时VL2发
7、光指示，继电器K2线圈不通电，所以开关保持静态。但这一高电平在形成之初便通过C3向IC2的CP端输人一个计数脉冲，使IC2的输出端前移一位。随后电容器C1进人充电状态，而输出端3则保持高电平。直到C1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K2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VL1发光指示。随后C1立即转人放电过程，经过一段时间，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K2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R2的电阻值，但因RP为共用元件，当RP的动臂旋至
8、R2一端时，R1RP的电阻值远大于R2的电阻值。这时C1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RP的动臂旋至R1端时，R1的电阻值又小于R2RP的电阻值。这时电容器C1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IC2和继电器K1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K1切断排气扇并包括整个控制电路的工作电源。该电路由ICZ、继电器K1、SB2和SBI组成。1、实验电路分析图1.1元器件分析：T（总）=ln2（R1+2*R2）C，由于有变位器
9、,所以T有范围为0.69*190*47/1000000=7T0.69*320*47/1000000=10。上电路是通过计算，为了实现周期为10，需要R1=30K,R2=60K,电解电容为47uf，555芯片产生脉冲波，绿色的LED灯来表示工作，黄色的LED灯表示停止。继电器K2控制电容的充放电。IC2为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KI的吸合与断开。当Q0一Q7中只要有一个输出高电平，继电器K1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K1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
10、，直到Q8输出高电平使计数器复位。IC2的计数脉冲取自ICI的输出，每当ICI输出一个脉冲周期，IC2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IC2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SB1接通控制电路的工作电源，这时IC2的伪输出高电平使VT导通，继电器K1通电吸合后通过K1将电源开关自锁，使电路进人工作状态并一直保持。本电路中IC1输出脉冲的周期为1h，可通过RP的调节改变脉冲的占空比，从而
11、改变排气扇的开停时间。 图1.2元件分析：上电路是计数电路，通过4017进行计数，通过8个发光二极管来显示计数情况，用继电器K1来控制整个电路，进行完整个一轮计数通过K1闭合来关闭电路。2、电路组成框图 表1.3 555多谐振荡器构成占空 比可调电路，实现电路排气与不排气的循环CD4017构成计数器做到电路的定时断开排气扇工作电路 第二章 系统设计方案及原理图1、方案：本方案除了工作电源外由两部分组成，一部分是对排气扇进行自动开停控制的自动循环控制器，另一部分是对开停次数进行计数的电子计数器。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
12、低频多谐振荡器。其电路图如图2-1所示：图2.1 方案二实验电路图 2-2 实验仿真图 第三章 单元电路设计、参数计算、器件选择1、器件选择：555 1个CD4017 1个发光二极管 10个（红色：8个 绿色：1个 黄色：1个）二极管1N4001 4个三极管3DG12 1个电容电解电容47uF 1个无极性电容 0.1uF 2个 0.01uF 1个电阻 60k 1个 30k 1个 1k 3个 10k 1个滑动变阻器100k 1个电磁继电器开关 2个 由555多谐振荡器输出的方波如下图 ： 图4.2 555多谐振荡器输出波形 第四章 实验、调试及测试结果与分析 吸取了以前只做电子产品时的经验，在焊
13、接时，每焊接一个元器件都用万用表测试是否虚焊，在检查确认整个电路焊接完整，没有漏焊后，接通电源，进行调试。1、调试：1、第一部分 第一部分是555芯片所组成的部分，进行实验时需要看黄、绿是否能亮！还要看555芯片的三管脚是否能发出高低电频。2、第二部分 第二部分是4017芯片组成的计数部分，调试时需要检查芯片的14脚是否有高低电频，然后看发光二极管能否交替亮。2、调试的问题： 问题一：开始时的电压选为12V，现象应该为：排气扇不工作时红灯亮，而工作时绿灯亮。在接通电源后，却发现两盏灯都有亮，这和应得到的现象相违背。于是用万用表检查电路时哪里出现了问题。反复检查电路，发现555芯片的3端不是输出
14、脉冲波，然后检查发现是自己少连接芯片管脚了。问题二：在做仿真的时候，只需将CD4017芯片的时钟使能端架空，工作一周后它就不再计数了。但是当接通电源查看后，却发现结果与仿真的不同，它一直循环工作。经过查找资料等，了解我领到的继电器是十五付电压才能驱动，所以起不到控制作用。 3、调试注意：1、调试时要一个芯片一个芯片检查过去这样可以减少实验步骤。2、调试时不要重压芯片，防止弄坏芯片。第五章 总结虽然定时排气扇很简单，但他有实际意义，因为有了他我们就可以不用天天守着关了，这样不但可以解放人，还能节约能源，起到环保的作用。虽然定时排气扇好，但由于材料贵不能被普及，而且排气扇需要通电这就不足，我们需要
15、做更便宜，而且能够利用太阳能或更加环保的能源。参考文献1孙人杰.电路数据手册TTL电路.北京：电子工业出版社，19892王毓银.数字电路逻辑设计（第三版）.北京：高等教育出版社，19993杨志忠.数字电子技术（第二版）.北京：高等教育出版社，20004胡宴如.高频电子线路（第三版）.北京：高等教育出版社，20055鲁欣,赵亦工,徐秀红.数字电路设计方案的比较与选择.北京：信息产业部电子第六研究所，2002年附录一：CD4017管脚图附录图2 555管脚图附录二： 原件清单表1-1元件类型参数数量芯片5551个芯片CD40171个二极管1N40014个发光二极管红色红色，黄色， 绿色8，1，1个三极管3DG121个电容2200uF 1个0.1uF2个0.01uF 1个电阻 1.1M 1个 240k 1个1k3个 10k 1个100k 1个滑动变阻器1M1个电磁继电器开关9W2个手动开关1个附录三；pcb图 Pcb图
