目录前言 (3)摘要 (4)1.课程设计任务要求 (4)2.方案设计 (5)2.1总体思路2.2基本原理2.3框图3.单元电路设计 (6)4.Multisim 仿真设计 (14)5.安装调试步骤 (17)6.故障分析与电路改进 (18)7.总结与涉及调试体会 (23)8.队员分工 (24)参考文献 (24)附录一 (25)实验清单 (25)前言炎炎夏日，酷暑难耐，很多家庭选择使用电风扇来降温解暑。

之所以家用电风扇普及范围广，是因为它经济，便捷，实用的性质。

本次课程设计任务为设计并制作一个家用风扇控制器，并实现一定的功能控制功能。

相关功能要求包括风速、类型和通断的调节与控制，并在风扇运行于任意状态下都对其实现功能的切换，充分体现其可控制性。

设计内容是用一个按钮来实现风速强、中、弱的转换并且实现循环；一个按钮来实现风种从正常风、睡眠风、自然风的转换并且实现循环；并且用不同颜色LED灯的显示来表示风速与风种的状态各个状态。

一个模块是风速的循环控制电路，利用74ls192、74ls138芯片实现三种状态的循环计数，并且利用高低电平实现LED灯的亮与灭；一个模块是风种的循环控制电路，利用74ls192、74ls138芯片实现三种状态的循环计数，并且利用高低电平实现LED灯的亮与灭，其中周期性脉冲是利用555发生器产生周期为1s的方波，并且利用74ls161产生周期为8s和16s的脉冲。

本课题基本实现了控制循环电路的功能，将之有效的连接在一起，实现了家用电风扇控制逻辑电路的总体功能。

关键字：LED 电风扇循环控制汇编语言 74LS161D 74LS138D 74LS192D 74LS04 74LS08 74LS32摘要在电路板上有六个指示灯指示电扇的状态。

三个按键分别为选择不同的操作----风速、风种、停止。

其操作方式和状态指示如下：1、电扇处于停转状态时，所有指示灯不亮。

此时只有按“风速”键电扇才会响应，其初始工作状态为“风速”－弱，“风种”－正常位置，且相应的指示灯亮。

2、电扇一经启动后，再按动“风速”键可循环选择弱、中或强三种状态中的一种状态；同时，按动“风种”键可循环选择正常、自然或睡眠三种状态的某一种状态。

3、在电扇任意工作状态下，按“停止”键电扇停止工作，所有指示灯熄灭。

“风速”的弱、中、强对应电扇的转动由慢到快。

“风种”在正常位置是指电扇连续运转；在“自然”位置，是表示电扇模拟产生自然风，即运转4秒，间断4秒的方式；在“睡眠”位置，是产生轻柔的微风，电扇运转8秒，间断8秒的方式。

设计任务要求设计并制作一个家用风扇控制器。

要求控制器面板为：按钮三个，分别为风速、风种和停止。

LED指示灯6个，指示风速强、中、弱，风种为睡眠、自然和正常。

电扇处于停转状态时：所有指示灯不亮，只有按下“风速”键时，才会响应，进入起始工作状态；电扇在任何状态，只要按停止键，则进入停止状态。

电扇处于工作状态时，有：1.初始状态为：风速弱，风种正常；2.按“风速”键，其状态由“弱、中、强、弱、……”循环；3.按“风种”键，其状态由“正常、睡眠、自然、正常、……”循环；风速的弱、中、强对应电扇的转动由慢到快；风种：1.正常电扇连续运转；2.自然－电扇模拟自然风，即转4s，停4s；3.睡眠—电扇慢转，产生轻柔的微风，转8s，停8s；按照风速与风种的设置输出相应的控制信号。

方案设计总体思路将风种设计分成停、转时间控制和循环控制两部分，风速设计仅为循环控制一部分。

由二进制计数器生成的不同分频的信号控制不同风种停、转时间，由三进制计数器和译码器控制三种不同状态的循环。

基本原理由555定时器组成的多谐振荡器将高电平转换为矩形波，输入74LS161同步二进制计数器，以其输出的八分频和十六分频信号分别控制自然和睡眠状态的停、转时间。

时钟脉冲经74LS192改造成的三进制计数器和74LS138译码器控制三种状态的循环，风速、风种循环部分的设计均可依照此原理。

框图单元电路设计555定时器的设计1、设计要求风种分为正常、自然和睡眠三种状态。

正常状态下需要风扇连续运转，即相应的LED灯一直处于亮的状态，则需持续的高电平。

自然状态需要风扇转4s停4s，即相应LED灯亮4s停4s，则需周期为8s的脉冲，其中高电平4s，低电平4s。

睡眠状态需要风扇转8s停8s，即相应LED灯亮8s停8s，则需周期为16s的脉冲，其中高电平8s，低电平8s（如图（1）所示）。

图（1）“风种”三种工作方式波形2、设计思路用NE555定时器组成的多谐振荡器将高电平转化为周期为1s 的脉冲，经过74LS161D 型四位同步二进制计数器后产生周期为2s 、8s 和16s 的脉冲。

2s 的脉冲经处理后变为持续的高电平，作为正常状态的输入信号。

周期为8s 和16s 的脉冲分别作为自然和睡眠状态的输入信号。

计算过程及结果：555NE 脉冲产生参数设计，2112212117.0)(7.0T T T C R T C R R T +==+=根据所有元器件，C1=10μF, R1=47k Ω，令T=1s 可得R2=47k Ω，连接如图（2），则可得到周期为1s 的脉冲。

图（2）风速的转换1、设计要求风速有弱、中、强三种状态，通过按键使表示弱、中、强三种状态的LED灯依次亮，并按弱→中→强→弱方式循环。

2、设计图3、循环控制①分析74LS192 计数器74LS192 计数器如图（a）（b）所示：◆CPU为加计数时钟输入端（对应模拟电路中的UP端）；◆CPD为减计数时钟输入端（对应的模拟电路中的DOWN端）；◆PL为预置输入控制端，异步预置（对应模拟电路中的～LOAD端）；◆MR为复位输入端，高电平有效，异步清除（对应模拟电路中的CLR 端）；◆TCU为进位输出：1001状态后负脉冲输出（对应模拟电路中的～CO 端）；◆TCD为借位输出：0000状态后负脉冲输出（对应模拟电路中的～BO 端）；◆P0、P1、P2、P3分别对应模拟电路中的A、B、C、D；为置数端；◆Q0、Q1、Q2、Q3分别对应模拟电路中的QA、QB、QC、QD；为输出端。

◆（a）引脚排列图（b）逻辑符号1）设计思路通过置数法将74LS192N改接为三进制计数器，功能表如图（3）所示。

图（3）将74LS192N预置为001。

将输出端QA、QB分别与非门相连后与QC 输出端连接到一个三输入与门上，再经非门连接到置数端～LOAD。

当74LS192N输出代码011时，再来一个时钟脉冲，输出变为100，输出信号经由上述电路转变为低电平，使置数端有效，置入预置数001，而100这一状态转瞬即逝，对电路没有影响。

由此，74LS192N输出信号实现000→001→010→011→001循环，从而使风速实现弱、中、强三态循环，如图（4）所示。

图（4）2）停止停止键与计数器74LS192N 的清零端CLR 相连，按下停止键时，计数器74LS192N 输出代码000，实现一键停止。

②分析74LS138D 译码器设计思路74LS138功能表如图（5）所示，将该译码器输出端分别与非门连接后接电阻和与三种风速对应的LED 灯，最后接地，则可实现风速三种状态的转换与循环。

中风(010)强风(011) 弱风(001) 输出1图（5）风种的转化1、设计要求风种有正常、自然、睡眠三种工作状态，以正常→自然→睡眠→正常方式循环，通过脉冲开关的闭合提供脉冲，实现三种状态的转换。

其中，正常状态下风扇连续运转，即相应的LED灯一直处于亮的状态；自然状态下风扇转4s停4s，即相应LED灯亮4s停4s；睡眠状态下风扇转8s停8s，即相应LED灯亮8s停8s。

同时，睡眠状态对应风速为弱风，其他状态下风速可调。

2、设计图3、停、转时间控制粉色方框内为NE555定时器组成的多谐振荡器和74LS161同步二进制计数器。

通过NE555定时器和74LS161计数器实现自然状态和睡眠状下的停、转的原理上文已有描述，在此不再赘述。

下面简述由74LS161计数器二分频输出端获得持续高电平的方法。

将二分频输出端分出一条线路后经非门与原线路连在同一个与门上，则与门输出持续的高电平，如图（6）所示，从而使风扇处于正常状态时，相应的LED灯保持亮的状态。

图（6）4、循环控制蓝色方框内为74LS192N计数器和74LS138N译码器组成的循环系统。

通过清零法将十进制计数器74LS192N改接成三进制计数器。

将输出端QA、QB通过与门接到74LS192N计数器的清零端，使其输出实现000→001→010→000的循环，通过74LS138N译码器输出对应信号，实现风种的三态循环。

同时，74LS138N译码器各输出端分别与非门相连，然后与停、转控制部分74LS161计数器对应输出端通过与门连接，最后分别与表示正常、自然和睡眠状态的LED灯相连。

5、停止74LS192的输出端QA、QB经二输入与门后，输出信号与停止键通过二输入或门连接到74LS192的清零端，则可实现停止键一键控制停止。

Multisim仿真分析MULTISIM 仿真电路图1、风速的控制电钮S3控制风速的转换，每按一次电钮转换一次风速状态，LED4、LED5、LED6分别表示风速“弱”“中”、“强”。

仿真结果如下：弱风：中风：强风：2、风种的控制电钮S2控制风种的状态，每按一下电钮S2进行一次风种转换。

LED1、LED2、LED3分别表示“正常”、“自然”、“睡眠”状态。

仿真结果如下：正常：自然：睡眠：3、电扇的启动电钮S3启动整个电路。

仿真结果如下：未按电钮S3：按下电钮S3：4、电扇的停转开关S1控制电扇的停转。

按下S1后所有小灯泡熄灭，且所有计数器清零。

安装与调试在实际操作中，没有三输入与门和三输入或门，可用两个二输入与门代替三输入与门，用两个二输入或门代替三输入或门。

故障分析与电路改进故障一：测试风速过程中发现LED灯不能按预定的指示亮灭。

分析：用Multisim仿真软件中的逻辑分析仪分别测试74LS192D的QA、QB、QC三个管脚，得出变化规律为100—010—110—100（如图（7）），与设想的001—010—011—001不同。

因此得出QA与QC的输出与设想的相反。

图（7）电路改进：将QA与74LS138D的1管脚相连，将QC与74LS138D的3管脚相连。

故障二：测试风速过程中发现LED灯亮时不稳定。

分析：用万用表测试LED灯两端电压为5V（如图（8）），超过了LED 灯的额定电压。

图（8）电路改进：在LED灯前面串联一个0.1k的电阻，保护LED灯，此时用万用表测得LED灯两端电压为2V（如图（9））。

图（9）故障三：初始状态时，表示正常状态和弱风的LED灯亮。

分析：以风速为例，时钟脉冲经74LS192输出000→001→010→000三态循环，经译码器译码后分别控制弱、中、强三种风速。