电子技术（数字电路部分）课程设计-自动定时排气扇(1).doc

课程设计说明书 课程设计名称：电子技术（数字电路部分）课程设计 课程设计题目： 自动定时排气扇 学 院 名 称： 专业： 班级： 学号： 姓名： 评分： 教师： 年 月 日 摘要 现如今电子产品在人们的生活中已不可或缺。 室内长期不通风，会使室内污染指数大幅度升高，对人体有很大影响。自动定时排气扇，可对家庭居室进行定时排气，它既可对室内空气进行定时清洁净化，又省去人工控制。只要按照际需要设定好排气时间和间歇时间，排气扇就会按照设定好的时间，自动工作。同时还可根据设定好的定时程序和时间，自动切断工作电源，这样既能实现控制目的，又不浪费电能。 该电路主要由一个定时器和一个计数器来实现功能,555构成的可调占空比电路的定时器,利用其高低电平来控制排气扇的工作.CD4017的计数电路则用于在工作8小时后切断电源.此控制器不仅可以用在排气扇上,只要实现类似功能的电路都可使用.且成本低廉,制作简单,操作方便，非常具有实用价值！关键词 : 自动 定时 排气扇 节能 实用 目录前言.4第一章 设计内容及要求.5第二章 系统的组成及工作原理.6第三章 单元电路设计、参数计算、器件选择.9 3.1 仿真电路.9 3.2 器件选择.10第四章 实验、调试及测试结果与分析.11第五章 收获与体会.12参考文献.13附录一.14附录二.15附录三元件清单 .16附录四.17 前言电子课程设计是电子技术学习中非常重要的一个环节，是将理论知识和实践能力相统一的一个环节，是真正锻炼学生能力的一个环节。 在许多领域中计时器均得到普遍应用，诸如在体育比赛，定时报警器、游戏中的倒时器，交通信号灯、红绿灯、行人灯、交通纤毫控制机、还可以用来做为各种药丸，药片，胶囊在指定时间提醒用药等等，由此可见计时器在现代社会是何其重要的。本次设计就用到了计时器功能。 室内长期不通风对人的身体有害，但若是一直开着排气扇，不能节约电能，也是不合理的。因此，应做到定式排气，并自动切断电源。做为电子系的大学生不仅要学习理论，更要将理论所学运用到实际。 本次课程设计要求制作一个自动定时排气扇。并要求该控制器实现总定时时间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。 自动定时循环排气扇控制器，可用来对家庭居室的排气扇进行定时循环控制，它既可对室内空气进行定时清洁净化，又省去人工控制。只要按照实际需要设定好排气时间和间歇时间，排气扇就会按照设定好的程序和时间，自动循环地工作下去。同时该控制器还可根据设定好的定时程序和时间，自动切断工作电源，这样既能实现控制目的，又不浪费电能。 该控制器产品成本低廉，制作简单，操作简便，是十分有价值且具有实用的产品。 第一章 设计任务及要求 1、设计内容：定时排气扇 2、设计要求：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。 3、电路组成框图 555占空比可调电路，定时与控制排气扇间歇工作计数电路排气扇工作电路 第二章 系统的组成及工作原理自动定时排气扇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低频多谐振荡器。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VDl、VD2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Rl, RP的上半段、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Vpp/3，ICl的3脚输出高电平。这时VL2发光指示，继电器K2线圈不通电，所以KZ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。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，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，从而改变排气扇的开停时间。 第三章 单元电路设计、参数计算、器件选择1.仿真电路设计：参数计算：T（总）=ln2（R1+R2+R3）C=1.69(1.1+1+0.24)2.23600s2、 器件选择：NE555 1个CD4017 1个发光二极管 10个（红色：9个 绿色：1个）二极管1N4001 4个三极管3DG12 1个电容 2200uF 1个 0.1uF 2个 0.01uF 1个电阻 1.1M 1个 240k 1个 1k 3个 10k 1个 100k 1个滑动变阻器1M 1个电磁继电器开关 2个 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。 调试： 问题一：开始时我们设计的电压选为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。于是我们开始用万用表检查电路时哪里出现了问题。反复检查电路，都没发现什么错误，但是发现555芯片的3脚在低电平时电压就已经达到了3V多，而电磁继电器的电压只有9V。最后我们把电源电压改成了9V，并接通了电源，两盏灯交替亮起来，这和设计结果相符。 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，我们将芯片的Q8端直接接到了使能端，再次接通电源进行测试，达到了我们预想的效果。第5章 收获与体会 本次的课程设计是做一个自动定时排气扇，作品基本达到了要求，且都是自己动手，查找资料，焊接以及调试。并在调试过程中，分析问题、解决问题。此次课设不仅提高了自身的动手能力,同时加深了对课本理论知识的了解。 此次课程设计最深的体会是:一、设计时所要考虑的不仅仅是器件简单的工作原理，还要考虑到该器件的功耗。这对设计结果有很大影响。二、很多产品理论和实践还是有差别的，应在制作之前，查找详细的资料。比如在调试过程中发现CD4017芯片使能端不接地也能工作，而在仿真时却不是这样。当成品出来时，却一直不能达到要求，走了很多弯路才发现问题。三、焊接时要确保焊接质量,不然产品很容易出问题。虚焊、漏焊都会使得产品无法正常工作，再进行检修将花费大量时间。四、此次课设是两人一组完成的，那就必须有良好的合作精神。因为已经搭档过很多次，与同组人已有很好的默契，制作产品过程还是比较顺利的。在遇到问题时更加需要合作，因为两个人的是视角不一样的，检查到的方面更加广。 最后，依然要感谢老师的教导和帮助，让我们能够很好将课程设计较好地完成。以后，我们还要更加独立地做好实验，才能在实践中跟进一步。 参考文献1.中国集成电路大全编写委员会，中国集成电路大全TTL集成电路，北京国防工业出版社，19852.孙人杰.电路数据手册TTL电路电子工业出版社，19893.王毓银.数字电路逻辑设计（第三版）.北京：高等教育出版社，19994.杨志忠.数字电子技术（第二版）.北京：高等教育出版社，20005.胡宴如.高频电子线路（第三版）.北京：高等教育出版社，20056.邓云祥. 孟劲松.苏燕辰.数字电路的设计中国测试技术，2005年03期7.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附录1：附录二：555芯片图 附录三： 原件清单元件类型参数数量芯片NE5551个芯片CD40171个二极管1N40014个发光二极管红色红色， 绿色9，1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个附录四：PCB板图