課程設計--家用電風扇控制邏輯電路設計

1、<p><b>　　電子課程設計</b></p><p>　　——家用電風扇控制邏輯電路設計</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　電子課程設計- 1 -</p><p>　　一、設計任務與要求- 4 -</p><p>　　1、基本要求

2、- 4 -</p><p>　　2、提高要求- 4 -</p><p>　　二、總體框圖（數(shù)字電路方案）- 4 -</p><p>　　1、風速、風種模塊- 5 -</p><p>　　2、脈沖觸發(fā)模塊- 5 -</p><p>　　3、輸出控制模塊- 5 -</p><p>　　4

3、、定時模塊- 5 -</p><p>　　5、復位模塊- 5 -</p><p>　　6、秒脈沖發(fā)生器- 5 -</p><p>　　三、器件選型- 6 -</p><p>　　1、觸發(fā)器- 6 -</p><p>　　2、計數(shù)器- 7 -</p><p>　　1）、計時部分計數(shù)器

4、- 7 -</p><p>　　2）、預設時間部分計數(shù)器- 8 -</p><p>　　3、數(shù)據(jù)選擇器- 9 -</p><p>　　4、555定時器- 11 -</p><p>　　5、門電路- 12 -</p><p>　　1）、74LS08與門- 12 -</p><p>　　2

5、）、74LS04非門- 13 -</p><p>　　3）、74LS00與非門- 13 -</p><p>　　4）、74LS32或門- 14 -</p><p>　　6、其他器件- 14 -</p><p>　　四、功能模塊- 14 -</p><p>　　1、各模塊的設計思路和設計過程- 14 -<

6、;/p><p>　　1）、風速、風種模塊- 14 -</p><p>　　2）、脈沖觸發(fā)模塊- 16 -</p><p>　　3）、輸出控制模塊- 18 -</p><p>　　4）、定時模塊- 18 -</p><p>　　5）、復位模塊- 19 -</p><p>　　6）、秒脈沖發(fā)生

7、模塊- 19 -</p><p>　　2、模塊的具體連接關系電路圖，功能介紹,及其仿真時序圖- 20 -</p><p>　　1）、風速、風種模塊及脈沖觸發(fā)模塊- 20 -</p><p>　　2）、輸出控制模塊- 22 -</p><p>　　3）、定時模塊- 24 -</p><p>　　4）、復位模塊

8、- 25 -</p><p>　　5）、秒脈沖發(fā)生模塊- 26 -</p><p>　　3、功能模塊硬件試驗測試- 26 -</p><p>　　五、總體設計電路圖- 27 -</p><p>　　1、整體電路設計圖- 27 -</p><p>　　2、系統(tǒng)不足及改進方案- 27 -</p>&

9、lt;p>　　六、單片機方案- 29 -</p><p>　　1、采用單片機方案實現(xiàn)的總體設計框圖- 29 -</p><p>　　2、器件選型- 29 -</p><p>　　1）、主控芯片- 29 -</p><p>　　2）、顯示方案- 30 -</p><p>　　3）、輸入按鍵- 30 -&

10、lt;/p><p>　　4）、輸出控制- 30 -</p><p>　　3、程序流程框圖- 30 -</p><p>　　4、部分程序代碼- 31 -</p><p>　　七、總結體會- 33 -</p><p>　　家用電風扇控制邏輯電路設計</p><p><b>　　一、設計

11、任務與要求</b></p><p><b>　　1、基本要求</b></p><p>　　1）、通一個按鍵控制，實現(xiàn)風速強、中、弱的循環(huán)切換。</p><p>　　2）、通一個按鍵控制，實現(xiàn)睡眠風、自然風、正常風三種風態(tài)的循環(huán)切換。</p><p>　　3）、LED 顯示當前狀態(tài)：風速及風種。</p&g

12、t;<p><b>　　2、提高要求</b></p><p><b>　　1）、按鍵提示音。</b></p><p>　　2）、定時關機功能（以小時為單位）。</p><p>　　3）、利用單片機實現(xiàn)該系統(tǒng)。</p><p>　　二、總體框圖（數(shù)字電路方案）</p>&l

13、t;p>　　狀態(tài)設計圖如圖2.1所示。</p><p>　　系統(tǒng)整體設計框圖如圖2.1所示，系統(tǒng)共有七個狀態(tài)，分別指示三種風速：弱、中、強；指示三種風種：正常、自然、睡眠；以及停止狀態(tài)。通過三個按鍵開關分別控制電扇的風速、風種和停止。風速的弱、中、強對應電扇的轉(zhuǎn)動速度慢、中、快。風種在“正?！蔽恢檬侵鸽娚冗B續(xù)運行；在“自然”位置是電扇以運轉(zhuǎn)4秒、間斷4秒的方式工作，表示模擬產(chǎn)生自然風；在“睡眠”位置，電扇運

14、轉(zhuǎn)8秒，間斷8秒，產(chǎn)生輕柔的微風。模塊設計思路如下。</p><p><b>　　1、風速、風種模塊</b></p><p>　　此模塊的設計，風速和風種大致相同，可以通過使用D觸發(fā)器組成狀態(tài)鎖</p><p>　　存器，通過控制脈沖信號控制實現(xiàn)狀態(tài)轉(zhuǎn)換！由于要實現(xiàn)風扇停止狀態(tài)下，按風種按鈕無法實現(xiàn)風扇啟動的功能，所以，風種的脈沖觸發(fā)端要受風扇

15、的當前工作狀態(tài)和風速脈沖的總體控制。</p><p><b>　　2、脈沖觸發(fā)模塊</b></p><p>　　此模塊專為風種和風速狀態(tài)轉(zhuǎn)換器提供脈沖信號，通過與非門連接按鍵和當</p><p>　　前狀態(tài)輸出，實現(xiàn)脈沖的控制，實現(xiàn)為風種和風速提供狀態(tài)轉(zhuǎn)換的脈沖。此外，該模塊通過連接按鍵和狀態(tài)機的清零端，可以實現(xiàn)手動清零當前狀態(tài)，讓系統(tǒng)停止，實

16、現(xiàn)停機功能。</p><p><b>　　3、輸出控制模塊</b></p><p>　　當風種和風速的狀態(tài)確定后，兩個模塊要實現(xiàn)組合控制電機運轉(zhuǎn)。此系統(tǒng)采</p><p>　　用風種狀態(tài)控制電機是否工作運轉(zhuǎn)，用八路數(shù)據(jù)選擇器按照風種狀態(tài)進行地址選擇，原始始終信號經(jīng)過D觸發(fā)器組成的分頻器得到4S和8S的脈沖，接入數(shù)據(jù)選擇器相應數(shù)據(jù)端，供風種狀態(tài)進

17、行選擇，輸出信號作為當前電機運轉(zhuǎn)的使能信號，從而實現(xiàn)電機按風種模式間歇性運轉(zhuǎn)。此外，電機還受風速控制，此系統(tǒng)采用，555定時器組成的多諧振蕩器，通過調(diào)節(jié)R和C的值控制占空比和頻率的輸出，來為電機提供PWM信號，實現(xiàn)當前風速的輸出。</p><p><b>　　4、定時模塊</b></p><p>　　本系統(tǒng)可以實現(xiàn)以小時為單位的定時功能，通過一片十進制計數(shù)器的循環(huán)計數(shù)

18、來實現(xiàn)1-8小時的定時設置，5片十進制計數(shù)器組成的倒計時器，通過循環(huán)置數(shù)實現(xiàn)倒計時功能，外接數(shù)碼管可分別顯示當前所剩時分秒！定時功能由按鍵觸發(fā)啟動定時。定時時間到達之后，生成復位觸發(fā)信號，觸發(fā)系統(tǒng)復位，清除當前狀態(tài)，讓系統(tǒng)停止運行。此模塊還有按鍵提示音的功能，通過按鍵電平接入蜂鳴器，實現(xiàn)按下按鍵蜂鳴器響的功能。</p><p><b>　　5、復位模塊</b></p><

19、p>　　由于計時部分完成計時任務時返回電平信號，但是觸發(fā)復位信號只能是脈沖信號，所以需要將電平信號轉(zhuǎn)換為脈沖信號得到復位脈沖，本系統(tǒng)采用單穩(wěn)態(tài)電路加一個脈沖觸發(fā)翻轉(zhuǎn)的D觸發(fā)器實現(xiàn)將電平轉(zhuǎn)換為脈沖的功能。</p><p><b>　　6、秒脈沖發(fā)生器</b></p><p>　　由于本系統(tǒng)需要實現(xiàn)計時功能，故需要用555設計一多諧振蕩器，通過調(diào)整R、C參數(shù)，實現(xiàn)1

20、HZ/1S的脈沖信號提供給計時系統(tǒng)使用。此外風種電路也需要得到秒脈沖四分頻和八分頻之后的脈沖信號，也需要用到秒脈沖發(fā)生器。</p><p>　　總結：通過六大模塊的組合，最后此系統(tǒng)可以實現(xiàn)由停止工作狀態(tài)，按下風速按鈕系統(tǒng)啟動，進入正常工作狀態(tài)。正常工作狀態(tài)下，按風速調(diào)節(jié)風速大小，按風種調(diào)節(jié)風種模式。在正常工作狀態(tài)下，可以設置定時時間。定時完成后，系統(tǒng)自動停止運行。本系統(tǒng)智能化的實現(xiàn)了家用電風扇的常用邏輯功能，每種

21、工作狀態(tài)都有相應狀態(tài)指示燈，按鍵提示音，很好地實現(xiàn)了智能化人機交互。</p><p><b>　　三、器件選型</b></p><p><b>　　1、觸發(fā)器</b></p><p>　　本方案采用74LS175觸發(fā)器，74LS175為四上升沿D觸發(fā)器，共有54175/74175、54S175/74S175， 54LS17

22、5/74LS175 三種線路結構形式。當清除端（CR）為低電平時，輸出端Q為低電平。在時鐘（CP）上升沿作用下，Q 與數(shù)據(jù)端（D）相一致。當CP為高電平或低電平時,D對Q沒有影響。主要電特性的典型值如表3.1所示。</p><p>　　表3.1 器件電特性典型值</p><p>　　74LS175邏輯符號如下圖3.1所示。</p><p>　　圖3.1

23、74LS175邏輯符號圖</p><p>　　74LS175邏輯功能如表3.2所示。</p><p>　　表3.2 74LS175邏輯功能表</p><p>　　H—高電平 L—低電平 </p><p>　　↑上升沿 X—任意 </p><p>　　Z—高阻態(tài) Q0—規(guī)定的穩(wěn)態(tài)輸入條件建立前Q的電

24、平</p><p>　　74LS175內(nèi)部原理圖見圖3.2所示。</p><p>　　圖3.2 內(nèi)部原理圖</p><p><b>　　2、計數(shù)器</b></p><p>　　1）、計時部分計數(shù)器</p><p>　　采用74LS192計數(shù)器，74LS192是同步十進制可逆計數(shù)器，它具有雙時鐘輸

25、入，并具有清除和置數(shù)等功能。192的清除端是異步的，當清除端(MR)為高電平時，不管時鐘端(CPD、CPU)狀態(tài)如何，即可完成清除功能。192的預置是異步的。當置入控制端（）為低電平時，不管時鐘CP的狀態(tài)如何，輸出端(QO～Q3)即可預置成與數(shù)據(jù)輸入端(PO～P3)相一致的狀態(tài)。192 的計數(shù)是同步的，靠CPD、CPU同時加在4個觸發(fā)器上而實現(xiàn)。在CPD、CPU上升沿作用下QO～Q3同時變化，從而消除了異步計數(shù)器中出現(xiàn)的計數(shù)尖峰。當進行

26、加計數(shù)或減計數(shù)時可分別利用CPD或CPU，此時另一個時鐘應為高電平。當計數(shù)上溢時，進位端（）輸出一個低電平脈沖，其寬度為CPU低電平部分的低電平脈沖；當計數(shù)下溢出時， 錯位輸出端（）輸出一個低電平脈沖，其寬度為CPD低電 平部分的低電平脈沖。當把和分別連接后一級的CPD、CPU，即可進行級聯(lián)。</p><p>　　74LS192引腳排列及邏輯符號如圖3.3所示。</p><p>　　圖3.

27、3 74LS192邏輯符號</p><p>　　74LS192器件邏輯功能見表3.3和3.4所示。</p><p>　　表3.3 74LS192器件邏輯功能表1</p><p>　　表3.4 74LS192器件邏輯功能表2</p><p>　　74LS192內(nèi)部邏輯原理圖如圖3.4所示。</p><p>　

28、　圖3.4 74LS192內(nèi)部邏輯原理圖</p><p>　　2）、預設時間部分計數(shù)器</p><p>　　計時系統(tǒng)預設時間部分采用74LS160計數(shù)器，這種同步可預置十進計數(shù)器是由四個D型觸發(fā)器和若干個門電路構成，內(nèi)部有超前進位，具有計數(shù)、置數(shù)、禁止、直接（異步）清零等功能。對所有觸發(fā)器同時加上時鐘，使得當計數(shù)使能輸入和內(nèi)部門發(fā)出指令時輸出變化彼此協(xié)調(diào)一致而實現(xiàn)同步工作。這種工作方式消

29、除了非同步（脈沖時鐘）計數(shù)器中常有的輸出計數(shù)尖峰。緩沖時鐘輸入將在時鐘輸入上升沿觸發(fā)四個觸發(fā)器。</p><p>　　74LS160邏輯符號如圖3.5所示。</p><p>　　圖3.5 74LS160邏輯符號</p><p>　　74LS160器件邏輯框圖如圖3.6所示。</p><p>　　圖3.6 74LS160內(nèi)部原理圖</p

30、><p><b>　　3、數(shù)據(jù)選擇器</b></p><p>　　數(shù)據(jù)選擇器采用74LS151，74LS151為8選1數(shù)據(jù)選擇器（有選通輸入端，互補輸出）共有54/74151、54/74S151、74LS151三種線路結構形式，74LS151主要電特性的典型值如表3.5所示。</p><p>　　表3.5 74LS151主要電特性</p&g

31、t;<p>　　數(shù)據(jù)選擇端（ABC）按二進制譯碼，以從8個數(shù)據(jù)（D0-D7）中選取1個所需的數(shù)據(jù)。只有在選通端STROBE為低電平時才可選擇數(shù)據(jù)。</p><p>　　74LS151邏輯符號如圖3.7所示。</p><p>　　圖3.7 74LS151邏輯符號</p><p>　　74LS151邏輯符號如表3.6所示。</p><p

32、>　　表3.6 74LS151邏輯功能表</p><p>　　H – High Logic Level L – Low Logic Level X – Don’t Care</p><p>　　74LS151內(nèi)部邏輯原理如圖3.8所示。</p><p>　　圖3.8 74LS151內(nèi)部邏輯原理</p><p><b

33、>　　4、555定時器</b></p><p>　　本系統(tǒng)多次用到555定時器，用它構成多諧振蕩器和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。555定時器又稱時基電路。555定時器按照內(nèi)部元件分有雙極型（又稱TTL型）和單極型兩種。雙極型內(nèi)部采用的是晶體管；單極型內(nèi)部采用的則是場效應管。555定時器按單片電路中包括定時器的個數(shù)分有單時基定時器和雙時基定時器兩種。</p><p>　　常用的單時基定時

34、器有雙極型定時器5G555（管腳排列如右圖3.9所示）和單極型定時器CC7555。雙時基定時器有雙極型定時器5G556和單極型定時器CC7556。</p><p>　　555定時器器件邏輯符號如圖3.10所示。</p><p>　　圖3.10 555定時器邏輯符號</p><p>　　555定時器內(nèi)部原理如圖3.11所示。</p><p>

35、　　圖3.11 555定時器內(nèi)部原理</p><p><b>　　5、門電路</b></p><p>　　本系統(tǒng)的采用74LS系列門電路，下面介紹器件特性。</p><p>　　1）、74LS08與門</p><p>　　74LS08為4組2輸入端與門，正邏輯。</p><p>　　器件邏輯真值

36、表如表3.7所示。</p><p>　　表3.7 器件邏輯真值表</p><p>　　H – High Logic Level</p><p>　　L – Low Logic Level</p><p>　　74LS08器件內(nèi)部邏輯框圖如圖3.12所示。</p><p>　　圖3.12 74LS08器件內(nèi)部邏輯框圖&l

37、t;/p><p>　　2）、74LS04非門</p><p>　　74LS04為六輸入非門，74LS04邏輯真值表見表3.8所示。</p><p>　　表3.8 74LS04邏輯真值表</p><p>　　H – High Logic Level</p><p>　　L – Low Logic Level</p&

38、gt;<p>　　74LS04內(nèi)部原理圖如圖3.13所示。</p><p>　　圖3.13 74LS04內(nèi)部原理圖</p><p>　　3）、74LS00與非門</p><p>　　74LS00為四 2輸入與非門，74LS00邏輯真值表如表3.9所示。</p><p>　　表3.9 74LS00邏輯真值表（Y=AB）<

39、/p><p>　　74LS00內(nèi)部原理圖如圖3.14所示。</p><p>　　圖3.14 74LS00內(nèi)部原理圖</p><p>　　4）、74LS32或門</p><p>　　74LS32為四組2輸入或門，74LS32邏輯真值表見表3.10所示。</p><p>　　表3.10 74LS32邏輯真值表(Y=A+B)

40、</p><p>　　H – High Logic Level</p><p>　　L – Low Logic Level</p><p>　　74LS32內(nèi)部原理圖如圖3.15。</p><p>　　圖3.15 74LS32內(nèi)部原理圖</p><p><b>　　6、其他器件</b></p

41、><p>　　本系統(tǒng)其他器件主要為電阻、電容、按鍵及LED燈。</p><p>　　1）、電阻采用金屬膜電阻，金屬膜電阻是迄今為止應用較為廣泛的電阻，其精度高，性能穩(wěn)定，結構簡單輕巧。</p><p>　　2）、有極性電容主要采用常用鋁電解電容，無極性用瓷片電容。</p><p>　　3）、由于按鍵主要用來采用觸發(fā)脈沖，版系統(tǒng)采用點觸按鍵，可以回

42、彈。</p><p>　　4）、指示燈采用3mm或者5mmLED燈,導通電壓1.8V-2.4V。</p><p><b>　　四、功能模塊</b></p><p>　　本部分將詳細介紹各模塊的設計思路和設計過程及其電路連接圖。</p><p>　　1、各模塊的設計思路和設計過程。</p><p>

43、　　1）、風速、風種模塊</p><p>　　風速和風種模塊類似，均是三個狀態(tài)的循環(huán)轉(zhuǎn)換，這三種狀態(tài)均需要狀態(tài)鎖</p><p>　　存器來保存其變化狀態(tài)，再通過輸入脈沖來改變它的狀態(tài)。對于三個狀態(tài)，各用</p><p>　　一個狀態(tài)鎖存器來保存相應的變化狀態(tài)，下面將對模塊的對三個狀態(tài)進行邏輯設計。</p><p>　　有三種工作狀態(tài)和一種停

44、止狀態(tài)需要保存和指示，因而對于每種操作都可采用三個觸發(fā)器來鎖存狀態(tài)，觸發(fā)器輸出1表示工作狀態(tài)有效，0表示工作狀態(tài)無效，當三個輸出全為0，則表示停止狀態(tài)。為了簡化設計，可以考慮采用帶有直接清零端的觸發(fā)器，這樣將“停止”鍵與清零端相連就可以實現(xiàn)停止的功能。下面以風速狀態(tài)鎖存電路為例詳細說明狀態(tài)鎖存器模塊的設計過程。</p><p>　　a、狀態(tài)圖見圖如圖4.1所示。</p><p>　　b、由

45、圖4.1所示的“風速”狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖可得如表4.1所示的風速轉(zhuǎn)換狀態(tài)真值表。</p><p>　　c、根據(jù)表4.1可得到Qn+1的次態(tài)卡諾圖如圖4.2所示。</p><p>　　由圖4.2求出Qn+1表達式如（4.1式）</p><p>　　Q0n+1=Q1nQ0n</p><p>　　Q1n+1=Q0n （4.

46、1）</p><p><b>　　Q2n+1=Q1n</b></p><p><b>　　d、驅(qū)動方程</b></p><p>　　若選用D觸發(fā)器來實現(xiàn)電路，則其驅(qū)動方程見（4.2式）：</p><p><b>　　D0=Q1nQ0n</b></p><p&

47、gt;　　驅(qū)動方程 D1=Q0n (4.2)</p><p><b>　　D2=Q1n</b></p><p>　　e、用D觸發(fā)器實現(xiàn)風速狀態(tài)鎖存器的原理性邏輯圖如圖4.3所示，電路采用同步時鐘CP控制</p><p>　　風種狀態(tài)控制器同風速設計方法，這里不再贅述。</p><p&

48、gt;<b>　　2）、脈沖觸發(fā)模塊</b></p><p>　　前述兩部分鎖存電路的輸出信號狀態(tài)的變化依賴于各自的觸發(fā)脈沖。設K按下為“1”，不按為“0”。在“風速”狀態(tài)的鎖存電路中，可以利用“風速”按鍵K1所產(chǎn)生的脈沖信號作為D觸發(fā)器的觸發(fā)脈沖。而“風種”狀態(tài)鎖存器的觸發(fā)脈沖CP則應由“風速”K1、“風種”K2按鍵的信號和電扇工作狀態(tài)信號（設ST為電扇工作狀態(tài)，ST=0停，ST=1運轉(zhuǎn)）

49、三者組合而成。當電扇處于停止狀態(tài)（ST=0）時，按鍵K2無效，CP信號將保持低電平；只有按K1鍵后，CP信號才會變成高電平，電扇也同時進入運轉(zhuǎn)狀態(tài)（ST=1）。進入運轉(zhuǎn)狀態(tài)后，CP信號不再受K1鍵的控制，而由K2鍵來控制。</p><p>　　CP信號與K1、K2及ST的關系見下表4.2所示。</p><p><b>　　由此可以得出：</b></p>

50、<p>　　CP=K1ST+K2ST (4.3)</p><p>　　在電路中，只有“風速”按鍵K1才能控制ST的變化，表4.3所示列出了電扇工作狀態(tài)ST與“風速”狀態(tài)鎖存器輸出的三個信號的關系。</p><p>　　由表4.3可知，當Q2、Q1、Q0全為零時，電扇停轉(zhuǎn)，ST=0，否則電扇運轉(zhuǎn)于弱、中、強任一種狀態(tài)，即ST=1

51、，它要求“強”、“中”、“弱”三種狀態(tài)中不能有兩種以上同時出現(xiàn)。</p><p>　　由此可以得到 ST信號的邏輯表達式：</p><p>　　ST=Q0+Q1+Q2 即 ST=Q0Q1Q2 (4.4)</p><p>　　將4.4式代入4.3式，最終得到“風種”狀態(tài)鎖存器的觸發(fā)脈沖CP的邏輯表達式： </p

52、><p>　　CP=K1Q0Q1Q2+K2Q0Q1Q2 (4.5)</p><p>　　下面，我們根據(jù)（4.5）式繪出CP脈沖電路如圖4.4所示。</p><p>　　CP的波形如圖4.5所示。</p><p><b>　　3）、輸出控制模塊</b></p>

53、<p>　　輸出控制模塊由兩部分構成，通過與門合并控制電機運轉(zhuǎn)。一部分為風種控制輸出，一部分為風速控制輸出。具體設計如下：</p><p>　　a、風種輸出控制，由于風種分為正常、自然、睡眠，各模式電機運轉(zhuǎn)時間不同，所以可以用D觸發(fā)器構成分頻電路，得到各風種模式的使能信號，用風種狀態(tài)輸出信號通過數(shù)據(jù)選擇器選擇各模式的使能信號，最終得到電機運轉(zhuǎn)的使能信號。模型如圖4.6所示。</p><

54、;p>　　圖4.6 風種狀態(tài)選擇模型</p><p>　　b、風速輸出控制，由于風速有強中弱三檔，故必須輸出相應的電壓信號方可控制電壓的轉(zhuǎn)速，本方案采用555定時器組成的多諧振蕩器，通過控制頻率得到適當?shù)腜WM控制信號最終輸出控制電機。其中，強信號采用固定高電平，中、弱PWM信號的占空比定為50%和75%，R2使用150K,R1分別采用1K和300K。電容采用0.01uf，振蕩頻率計算公式為：f=1.44

55、/(R1+2R2)C,得到頻率分別為:480KHZ和240KHZ精度可以達到要求。模塊設計結果如圖4.7所示。</p><p>　　圖4.7風速輸出控制模塊</p><p><b>　　4）、定時模塊</b></p><p>　　定時模塊有兩部分組成，一部分為時間設置，一部分為倒計時電路。</p><p>　　a、時間設

56、置部分使用一片74LS160十進制計數(shù)器，通過反饋置數(shù)實現(xiàn)</p><p>　　0-8循環(huán)計數(shù)，從而實現(xiàn)0-8小時的定時設置功能。手動脈沖觸發(fā)計數(shù)。</p><p>　　b、定時模塊主要由五片74LS192十進制可加減計數(shù)器構成，外接五位</p><p>　　數(shù)碼管可實時顯示當前剩余定時時長，通過級聯(lián)，分秒預置59秒，秒計數(shù)下溢時向分輸出借位信號，分計數(shù)下溢時向時輸

57、出借位信號，下一個時鐘信號來臨時置零。當時記到0時輸出借位信號，但是此時尚有一小時未完成計時，故經(jīng)過多次方案嘗試，最終發(fā)現(xiàn)，當借位信號再次來臨時，多所有計數(shù)器清零，可實現(xiàn)計時系統(tǒng)的停止。最終采用此方案。計數(shù)脈沖由上一片的借位輸出提供，秒脈沖使用秒脈沖發(fā)生器提供。</p><p><b>　　5）、復位模塊</b></p><p>　　復位模塊由D觸發(fā)器和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器構

58、成，由于復位信號是電平，故通過</p><p>　　反饋法讓D觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)用輸出信號關閉電平輸入，實現(xiàn)電平信號向脈沖信號的</p><p>　　轉(zhuǎn)變。復位脈沖送入控制模塊的清零端，實現(xiàn)系統(tǒng)復位。</p><p>　　6）、秒脈沖發(fā)生模塊</p><p>　　由于實際運行中，系統(tǒng)必須有有效的時鐘信號接入，故必須有脈沖發(fā)生裝置，本模塊即實現(xiàn)為計時部

59、分和風種循環(huán)部分提供秒脈沖的裝置。具體設計過程如下。</p><p>　　如右圖4.8所示，假設TH、TR端開始為低電平（在上電之前電容沒有充電），由前面對555的功能說明可知，此時Vo輸出高電平，三極管截止；接通后Vcc經(jīng)過R6、R7（對應電路圖）對電容充電，當TH、TR端電壓達到1/3Vcc時，即TH<2/3Vcc,TR>1/3Vcc時，Vo保持為高電平，三極管保持截止狀態(tài)；當TH、TR端電壓達到

60、（稍大于）2/3Vcc時，即TH>2/3Vcc,TR>1/3Vcc時，Vo=0，三極管導通，放電端DISC為低電平，此時電容經(jīng)過R7進行放電；在放到TH、TR端電壓為1/3Vcc之前，Vo保持為低電平，三極管保持導通狀態(tài)；放到TH、TR端電壓為（稍小于）1/3Vcc時，Vo=1，三極管截止；Vcc又經(jīng)過R6、R7對電容充電，如此循環(huán)?？芍?，一個振蕩周期為電容充電一次和放電一次時間的和，即</p><p&g

61、t;<b>　　充電時間：</b></p><p><b>　　放電時間：</b></p><p><b>　　振蕩周期：</b></p><p>　　電路中按R6、R7分別為450KΩ、500KΩ，電容為1μF(實際仿真觀測振蕩周期</p><p>　　約1s), 得振蕩周期

62、的理論值為1.0005s。在仿真過程中由于仿真軟件缺陷，電</p><p>　　路采用軟件自帶脈沖源。</p><p>　　2、每個模塊的具體連接關系電路圖，功能介紹,及其仿真時序圖</p><p>　　1）、風速、風種模塊及脈沖觸發(fā)模塊</p><p>　　電路具體連接關系如圖4.9所示。</p><p>　　圖4.

63、9 風速、風種模塊及脈沖觸發(fā)模塊電路具體連接關系</p><p>　　圖4.9即風速、風種模塊和脈沖觸發(fā)模塊連接起來的最終設計結果，這樣可以更方便得看到此兩模塊各自的功能及其組合功能，該電路通過按鍵A實現(xiàn)風速循環(huán)切換，按鍵B實現(xiàn)風種循環(huán)切換，按鍵C實現(xiàn)清零狀態(tài)。系統(tǒng)停止運行。仿真時發(fā)現(xiàn)，由于器件原因，在風速循環(huán)完一個輪回之后，會自動觸發(fā)風種切換，故加了風種狀態(tài)反饋，如電路圖4.9中所示。</p>

64、<p>　　此模塊仿真時序圖如圖4.10-4.14，左邊為風速的三個狀態(tài)波形，從上到下依次為弱，中強，高電平代表當前風速激活，右邊為風種的三個狀態(tài)波形，從上到下依次為正常，自然，睡眠。高電平代表當前風種激活。</p><p><b>　　按下A。</b></p><p>　　圖4.10 弱風、正常波形及指示</p><p><b

65、>　　再次按下A。</b></p><p>　　圖4.11 中風、正常波形及指示</p><p><b>　　再次按下A。</b></p><p>　　圖4.12 強風、正常波形及指示</p><p><b>　　按下B。</b></p><p>　　圖4.

66、13 強風、自然波形及指示</p><p><b>　　再次按下B。</b></p><p>　　圖4.14 強風、自然波形及指示</p><p><b>　　2）、輸出控制模塊</b></p><p>　　其具體連接關系如圖4.15。</p><p>　　如圖4.15 輸

67、出控制模塊具體連接關系</p><p>　　本模塊的功能為：通過接入上一模塊的風種和風速狀態(tài)即可的得到最終電機</p><p><b>　　運轉(zhuǎn)的信號輸出。</b></p><p>　　仿真時序圖如下圖4.16,圖4.17所示，A通道為電機是否運轉(zhuǎn)的波形示意圖，高電平代表運轉(zhuǎn)，低電平代表停止，B通道為秒脈沖波形，對比檢測風種狀態(tài)是否正確，A通道

68、在上。</p><p>　　4.16 風速控制電機運轉(zhuǎn)狀態(tài)與秒脈沖對比圖1</p><p>　　4.17 風速控制電機運轉(zhuǎn)狀態(tài)與秒脈沖對比圖2</p><p>　　下圖4.18-4.20波形所示為正常風種下測出的風速電壓值，（由于仿真軟件的缺陷，無法在其他風種模式下測量電壓）每個電壓表代表一種風速，0V代表此風速未激活，從上到下表示弱、中、強。</p>

69、;<p><b>　　啟動初始狀態(tài)。</b></p><p>　　圖4.18 正常風種下測出的風速波形及電壓仿真圖1</p><p><b>　　按下A。</b></p><p>　　圖4.19 正常風種下測出的風速波形及電壓仿真圖2</p><p><b>　　再次按下

70、A。</b></p><p>　　圖4.20 正常風種下測出的風速波形及電壓仿真圖3</p><p><b>　　3）、定時模塊</b></p><p>　　模塊具體連接關系如圖4.21所示。</p><p>　　圖4.21 定時模塊具體連接關系</p><p>　　按上述設計思

71、路，本模塊即為定時部分的實際電路連接圖，本部分通過兩個按鍵控制，按鍵D實現(xiàn)設置定時時間，按鍵S啟動定時，啟動后開始定時，定時時間到達之后，發(fā)出復位信號，定時部分清零，風速風種模塊狀態(tài)清零。</p><p>　　仿真波形如圖4.21,4.22所示。</p><p>　　圖4.21 計時部分仿真時序圖1</p><p>　　計時到零，復位信號生效。</p>

72、<p>　　圖4.22 計時部分仿真時序圖2</p><p><b>　　4）、復位模塊</b></p><p>　　復位模塊具體連接關系如圖4.23所示。</p><p>　　圖4.23 復位模塊具體連接關系圖</p><p>　　本電路模塊實現(xiàn)將計時部分的復位電平信號轉(zhuǎn)換為脈沖觸發(fā)信號送到控制模塊，實

73、現(xiàn)系統(tǒng)復位。</p><p>　　仿真波形如圖4.24所示。</p><p>　　圖4.24 復位模塊仿真波形</p><p>　　5）、秒脈沖發(fā)生模塊</p><p>　　秒脈沖發(fā)生模塊具體連接關系如圖4.25所示。</p><p>　　圖4.25 秒脈沖發(fā)生模塊</p><p>　　該模塊

74、在系統(tǒng)應用于實際電路時為計時部分提供較為精準的秒脈沖振蕩源。其波形圖4.26所示。</p><p>　　圖4.26 秒脈沖波形</p><p>　　3、功能模塊硬件試驗測試</p><p>　　通過連接硬件，測試模塊功能，各模塊功能均可實現(xiàn)，可以完成設計思路預期需要的結果。</p><p><b>　　五、總體設計電路圖</

75、b></p><p>　　1、整體電路設計圖如圖5.1所示。</p><p>　　圖5.1 整體電路設計圖</p><p>　　上圖即為電路的整體設計電路圖，通過仿真，發(fā)現(xiàn)電路連接正確，功能可以完全實現(xiàn)。</p><p>　　2、系統(tǒng)不足及改進方案</p><p>　　上圖三個矩形框為脈沖選擇電路，當模塊連接后發(fā)

76、現(xiàn)，如果沒有脈沖選擇電路，當開機運行并啟動定時按任務，當計時結束時，電路系統(tǒng)自動復位，這時候部分D觸發(fā)器狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，輸出電平翻轉(zhuǎn)，將應有的功能屏蔽，所以此時必須將再次啟動系統(tǒng)的脈沖送來，讓D觸發(fā)器的狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，解鎖輸出端的功能。</p><p>　　具體實現(xiàn)方法是：用兩個與門和一個或門實現(xiàn)，兩與門通過當前計時模塊的狀態(tài)選擇脈沖，即當系統(tǒng)正常運行時，計時系統(tǒng)發(fā)出的復位信號為低電平，此時便關閉風速切換送來的脈沖，D觸發(fā)器

77、按原有功能運行。當計時系統(tǒng)停止運行時，復位信號激活，即變?yōu)楦唠娖?，此時整個系統(tǒng)處于停止狀態(tài)。將復位信號的電平取反輸入正常脈沖的與門，屏蔽該信號，解鎖風速切換送來的脈沖，當按風速啟動系統(tǒng)時，D觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，回到正常運行狀態(tài)，計時功能生效。三部分電路均按此思路設計。模型如圖5.2所示。</p><p>　　圖5.2 改進方案模型圖</p><p>　　改進后的整體設計電路如圖5.3所示。<

78、;/p><p>　　圖5.3 改進后的電路整體設計圖</p><p>　　通過測試，發(fā)現(xiàn)改進后的電路很好地解決了初次調(diào)試出現(xiàn)的問題，總體設計完成。</p><p><b>　　六、單片機方案</b></p><p>　　1、采用單片機方案實現(xiàn)的總體設計框圖，如圖6.1所示。</p><p>　　圖6

79、.1 單片機總體設計框圖</p><p><b>　　2、器件選型</b></p><p><b>　　1）、主控芯片</b></p><p>　　本次單片機實現(xiàn)方案主控芯片直接采用了主流控制芯片STM32。STM32系列單片機基于專為要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式應用專門設計的ARM Cortex-0內(nèi)核。按內(nèi)核

80、架構分為不同產(chǎn)品：</p><p>　　其中STM32F1系列有：</p><p>　　STM32F103“增強型”系列。</p><p>　　STM32F101“基本型”系列。</p><p>　　STM32F105、STM32F107“互聯(lián)型”系列。</p><p>　　增強型系列時鐘頻率達到72MHz，是同類產(chǎn)品

81、中性能最高的產(chǎn)品；基本型時鐘頻率為36MHz，以16位產(chǎn)品的價格得到比16位產(chǎn)品大幅提升的性能，是32位產(chǎn)品用戶的最佳選擇。兩個系列都內(nèi)置32K到128K的閃存，不同的是SRAM的最大容量和外設接口的組合。時鐘頻率72MHz時，從閃存執(zhí)行代碼，STM32功耗36mA，是32位市場上功耗最低的產(chǎn)品，相當于0.5mA/MHz。</p><p>　　本次設計采用的芯片是STM32F103ZET6。部分參數(shù)如下：<

82、/p><p>　　CPU：STM32F103ZET6，ARM Cortex-M3內(nèi)核，512kB Flash，64KB RAM，LQFP</p><p><b>　　144腳封裝。</b></p><p>　　32位RISC性能處理器。</p><p>　　32位ARM Cortex-M3結構優(yōu)化。</p>&

83、lt;p>　　72 MHz 運行頻率/90MIPS(1.25DMIPS/MHz)。</p><p>　　硬件除法和單周期乘法。</p><p>　　快速可嵌套中斷，6~12個時鐘周期。</p><p>　　具有MPU保護設定訪問規(guī)則。</p><p>　　關于STM32F103ZET6的詳細介紹，讀者可以查閱相關芯片手冊，相關介紹及使用

84、方法更權威，筆者這里就不贅述了。本次設計主要用的芯片的兩個定時器和一個PWM輸出。定時器用來產(chǎn)生中斷，處理事務，PWM用來輸出控制電機的信號。</p><p><b>　　2）、顯示方案</b></p><p>　　本方案采用3.2寸TFT彩屏顯示器，此款顯示器是當前STM32開發(fā)板標配顯示器，利用自帶庫函數(shù)可以很方便簡單地實現(xiàn)想要顯示的內(nèi)容。相關參數(shù)如下：</

85、p><p>　　分辨率：240×（RGB）×320</p><p><b>　　色 彩：262K</b></p><p>　　視 角：6.00 o'clock</p><p>　　驅(qū)動電壓：2.8V（內(nèi)部IC供電）</p><p>　　供電電壓：3.2V（背光供電）<

86、/p><p>　　儲藏溫度：-30℃to +80℃</p><p>　　工作溫度：-20℃to +70℃</p><p><b>　　顯示模式：TFT</b></p><p>　　觸摸選擇：可帶電阻TP</p><p>　　聯(lián)接方式：COG+FPC</p><p><b&

87、gt;　　封裝方式：COG</b></p><p>　　接 口：并口、37PIN、焊接式、8位/16位可選</p><p>　　驅(qū)動芯片（IC）：ILI9341</p><p>　　LED背光：白色高亮LED，六顆燈并聯(lián)</p><p><b>　　3）、輸入按鍵</b></p><p&g

88、t;　　方案采用點觸按鍵作為按鍵輸入，單片機循環(huán)檢測，檢測輸入情況。</p><p><b>　　4）、輸出控制</b></p><p>　　利用LED燈的亮暗模擬控制電機電壓的輸出。方案投入實際時，可外接驅(qū)動</p><p>　　模塊實現(xiàn)對電機的控制。</p><p><b>　　3、程序流程框圖</b

89、></p><p>　　利用單片機實現(xiàn)該系統(tǒng)的程序流程圖如圖6.2所示。</p><p>　　圖6.2 程序流程圖</p><p><b>　　4、部分程序代碼</b></p><p>　　int main(void)</p><p>　　{Projectinit();</p>

90、<p>　　TFTfirstinit();</p><p>　　W_Init(); </p><p><b>　　while(1)</b></p><p>　　{switch(Key_Scan())</p><p><b>　　{ case 1:</b></p>&l

91、t;p>　　{ BBxiang();</p><p>　　if(WS_new==0)</p><p>　　{WK_new=1; }</p><p>　　if(WS_new==3)</p><p>　　{WS_new=1; }</p><p><b>　　else </b></p>

92、;<p><b>　　WS_new++;</b></p><p>　　W_RESET_new=1;</p><p>　　W_Tim_Stop=0;</p><p><b>　　}break;</b></p><p><b>　　case 2:</b></p&

93、gt;<p>　　{BBxiang();</p><p>　　if(WS_new!=0)</p><p>　　{ if(WK_new==3)</p><p>　　{WK_new=1; }</p><p><b>　　else</b></p><p>　　WK_new++;}</

94、p><p><b>　　}break;</b></p><p><b>　　case 3:</b></p><p>　　{ BBxiang();</p><p><b>　　W_Set=1;</b></p><p><b>　　}break;&l

95、t;/b></p><p><b>　　case 4:</b></p><p>　　{BBxiang();</p><p>　　W_Start=1; }break;</p><p><b>　　case 5:</b></p><p>　　{ BBxiang();<

96、;/p><p>　　W_RESET_new=0;</p><p><b>　　WS_new=0;</b></p><p><b>　　WK_new=0;</b></p><p>　　W_Timer1=0,W_Timer2=0;</p><p>　　W_WK_State=0;<

97、;/p><p>　　W_WS_State=899;</p><p>　　W_Hour=0;W_Minute=0;W_Second=0;</p><p>　　W_Set=0;W_Start=0;W_Time_State=0;</p><p>　　W_Tim_Num=0;</p><p>　　W_Tim_Stop=1;<

98、/p><p>　　W_Tim_Everset=1;</p><p><b>　　}break;</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p><p><b>　　}</b></p

99、><p>　　中斷部分程序框架如如圖6.3，6.4所示。</p><p>　　圖6.3 定時器2中斷事務</p><p>　　圖6.4 定時器4 中斷事務</p><p>　　實際效果圖如圖6.5-6.7所示。</p><p><b>　　圖6.6</b></p><p>

100、<b>　　圖6.7</b></p><p><b>　　七、總結體會</b></p><p>　　課程設計是教學活動中一個重要環(huán)節(jié)，課程設計可以使我們了解到一些實際與理論之間的差異。課設是一門鍛煉學生綜合能力的學習項目，通過課程設計不僅可以鞏固專業(yè)知識，為以后的工作打下了堅實的基礎，而其還可以培養(yǎng)和熟練使用整理資料，運用工具書的能力，把我們所學

101、的課本知識與實踐結合起來，起到溫故而知新的作用。</p><p>　　此次課程設計題目看似簡單，但做起來并不十分容易，狀態(tài)機的設計要嚴格考慮到狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，必須通過真值表到卡諾圖到驅(qū)動表達式的步驟，避免死循環(huán)的產(chǎn)生！此外，按照設計連接得到的電路并不一定會按著想像中的結果運行，選擇器件特性也會對電路最終的結果造成一定的影響，比如此次設計的風速轉(zhuǎn)換對風種的影響！還有設計中各個模塊的功能可能是正常的，當電路整體連接起來時

102、，必須考慮到模塊間的互相影響，以及電路是否可重啟等等問題！這些都是設計中需要考慮到的問題！</p><p>　　在剛剛得到用單片機的設計任務時，覺得用軟件設計應該會很容易！但是真正編寫程序時發(fā)展問題還是很多的！比如按鍵檢測與任務處理的協(xié)調(diào)關系。由于CPU的高速性和IO的低速性造成只能是中斷處理事務，主函數(shù)執(zhí)行按鍵循環(huán)檢測！這樣就可以合理利用CPU的高速性能，并且可以使按鍵檢測性能提高。在系統(tǒng)整體功能基本實現(xiàn)后，發(fā)

103、現(xiàn)很多狀態(tài)還是必須進行檢測的，比如當系統(tǒng)還沒開始設置定時，點擊開始計時按鈕，就開始計時了，這顯然是錯誤的。必須做有效的標志位對當前計時系統(tǒng)所處的狀態(tài)進行判斷！從而實行有效的操作！還有在對顯示器操作時會占用比較多的CPU時間，所以，通過判斷應該盡量避免時時刷新顯示。讓CPU指令執(zhí)行效率經(jīng)可能提高，這樣系統(tǒng)整體性能才能提升！</p><p>　　不光是設計過程，在最后寫論文的過程中我也深深感受到了這次課設的意義。作為