定时排气扇专业课程设计.doc

前 言 电子课程设计是电子技术学习中非常重要一种环节，是将理论知识和实践能力相统一一种环节，是真正锻炼学生能力一种环节。 诸多电路要使用555来产生一种脉冲，555定期器是一种模仿和数字功能相结合中规模集成器件，在电路应用中重要用来做定期器,可构成施密特触发器、多谐振荡器和单稳态触发器。本次课设规定就是运用555和某些辅助器件来完毕简易定期排气扇。 在许多领域中计时器均得到普遍应用，诸如在体育比赛，定期报警器、游戏中倒时器，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，胶囊在指定期间提示用药等等，由此可见计时器在当代社会是何其重要。本次设计就用到了计时器功能。 室内长期不通风对人身体有害，但若是始终开着排气扇，不能节约电能，也是不合理。因而，应做到定式排气，并自动切断电源。做为电子系大学生不但要学习理论，更要将理论所学运用到实际。 自动定期循环排气扇控制器，可用来对家庭居室排气扇进行定期循环控制，它既可对室内空气进行定期清干净化，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程序和时间，自动循环地工作下去。同步该控制器还可依照设定好定期程序和时间，自动切断工作电源，这样既能实现控制目，又不挥霍电能。此控制器不但可以用在排气扇上,只要实现类似功能电路都可使用.且成本低廉,制作简朴,操作以便，非常具备实用价值！ 第一章 设计内容及规定 1、设计内容：定期排气扇 2、设计规定：实现总定期时间8小时（可以调节，用发光二极管显示），占空比可调间歇排气。 3、电路构成框图 555占空比可调电路，定期与控制排气扇间歇工作计数电路排气扇工作电路第二章 系统设计方案选取方案一：本方案由排气扇、定期控制电路和间歇控制电路构成。一方面由定期控制电路控制总定期即排气扇总工作时间，可以通过调节滑动变阻器来变化定期时间。间歇控制电路控制排气工作和间歇时间，也可以通过调节滑动变阻器来变化其时间。本设计排气扇效果用发光二极管来显示，二极管亮表达排气扇工作，灭则表达不工作。其电路图如图2-1。 图2.1 方案一实验电路图但此电路时由两个多谐振荡器串联而成，由实验成果分析其信号不稳定，致使时间也不稳定，因此我放弃了这个方案。方案二：本方案除了工作电源外由两某些构成，一某些是对排气扇进行自动开停控制自动循环控制器，另一某些是对开停次数进行计数电子计数器。定期循环开停时间控制器由555时基集成电路构成，在电路中，555时基集成电路被连接成脉冲占空比可调超低频多谐振荡器。其电路图如图2-2所示： 图2.2 方案二实验电路图 第三章 系统构成及工作原理作者选取是方案二，该方案中555时基集成电路可以实现电路振荡重要原理是，由电源通过接在电路7、6、2脚间电阻器R1,R2对接至地端电容器C1充、放电过程，与3个引脚各自功能相配合来完毕。在前面已简介过振荡电路中，电容器C1充电是通过R1、R2与C1接地端形成回路；而电容器放电则是C1正极通过R2到7脚完毕。只要将电路中R1、R2与C1数值设定好，则振荡电路振荡频率和脉冲占空比就是固定不可变。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，状况就变化了。在这个振荡电路中虽然它振荡频率是不可变，但其脉冲占空比是可以通过RP进行调节而变化。这是由于加人了二极管后，电容器C1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上半段、VD2到电容器Cl。而电容器放电回路则由电容正极通过VD1，R2和RP下半段到7脚。电路中电容器C1为固定不变，但它充、放电电阻值是可以通过调节RP位置来变化。由于振荡脉冲占幸比是由电容器充、放电时间差别形成，当RP动臂移向下方时，使充电电阻阻值增大，同步使放电电阻器一阻值减小同一数值。其成果是电容器充电时间延长；而放电时间缩短，振荡脉冲占空比变大了。反之，当RP动臂向上调节时，电容器充电时间缩短；而放电时间被延，长，振荡脉冲占空比变小。在本电路中，在接通电源之初，由于C1刚开始充电，其上端电压不大于Vp/3，ICl3脚输出高电平。这时VL2发光批示，继电器K2线圈不通电，因此KZ保持静态。但这一高电平在形成之初便通过C3向IC2CP端输人一种计数脉冲，使IC2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，将排气扇工作电源接通，排气扇开始运转。工作状态批示灯VL1发光批示。随后C1及时转人放电过程，通过一段时间，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，电路进入下一种循环期。虽然R1电阻值远不不大于R2电阻值，但因RP为共用元件，当RP动臂旋至R2一端时，R1RP电阻值远不不大于R2电阻值。这时C1充电时间远不不大于放电时间，输出脉冲占空比最大，排气扇运转时间不大于停歇时间。当RP动臂旋至R1端时，R1电阻值又不大于R2RP电阻值。这时电容器C1充电时间略不大于放电时间，输出脉冲占空比为最小。排气扇运转时间不不大于停歇时间。工作电源控制器由IC2和继电器K1构成，它通过对排气扇运转周期计数，拟定和控制排气扇工作次数。当到达预定工作次数后，通过继电器K1切断排气扇并涉及整个控制电路工作电源。该电路由ICZ、继电器K1、SB2和SBI构成。IC2为CD4017十进制计数器，电路中用它输出端Q0一Q7来控制继电器KI吸合与断开。当Q0一Q7中只要有一种输出高电平，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。在随后工作过程中，虽然输出端会由Q0，Q1、Q2.、Q7变化，但VT导通状态不会变化，直到Q8输出高电平使计数器复位。IC2计数脉冲取自ICI输出，每当ICI输出一种脉冲周期，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输人一种计数脉冲，输出端即前移一位，余下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工作循环次数。该电路在使用时，一方面按下起动按钮SB1接通控制电路工作电源，这时IC2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始终保持。本电路中IC1输出脉冲周期为1h，可通过RP调节变化脉冲占空比，从而变化排气扇开停时间。 第四章 单元电路设计、参数计算、器件选取 图4.1 单元电路设计图参数计算：T（总）=ln2（R1+R2+R3）C=1.69(1.1+1+0.24)2.23600s器件选取：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 由555多谐振荡器输出方波如下图 ： 图4.2 555多谐振荡器输出波形 第五章 实验、调试及测试成果与分析 吸取了此前只做电子产品时经验，在焊接时，每焊接一种元器件都用万用表测试与否虚焊，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：开始时电压选为12V，现象应当为：排气扇不工作时红灯亮，而工作时绿灯亮。在接通电源后，却发现两盏灯均有亮，这和应得到现象相违背。于是用万用表检查电路时哪里浮现了问题。重复检查电路，成果发现，学校发稳压二极管烧坏了，发现555芯片3脚在低电平时电压就已经达到了3V多，而电磁继电器电压只有9V。最后把电源电压改成了9V，同步更换了二极管并接通了电源，两盏灯交替亮起来，这和设计成果相符。 问题二：在做仿真时候，只需将CD4017芯片时钟使能端架空，工作一周后它就不再计数了。但是当接通电源查看后，却发现成果与仿真不同，它始终循环工作。通过查找资料等，作者将芯片Q8端直接接到了使能端，再次接通电源进行测试，达到了预想效果。 第六章 收获与体会 本次课程设计课题为定期排气扇，既然规定只是定期和间歇功能，脑海里第一种想到就是555电路。基于课题规定定期时间长短，通过公式计算确立了电路图中参数，并借助mutisim仿真软件进行理论测验，基本得到初步效果刚开始所设计电路图仿真成果可以得出效果。 在开始做这个课设时候实验后不会来事，想想自己出来问题，并且是很大问题,一方面实验开始就没有设计好每一步该怎么做！日后想想自己没有用mutisim仿真软件来仿真，另一方面没有把电力路线布置美观，没有把实验草图画很清晰！焊接也不美观！这个严重问题发生了！而把电路板上得器件拆下却是很纠结！和同组人商量下，下决心去找找看有无剩余器件！在同窗协助下 ，找完所需器件！重新开始第二次实验 ，用了一种上午，试了下 ，成功了，搞定了！ 尚有，焊接时要保证焊接质量,否则产品很容易出问题。虚焊、漏焊都会使得产品无法正常工作，再进行检修将耗费大量时间。本次课设是两人一组完毕，那就必要有良好合伙精神。由于已经搭档过诸多次，与同组人已有较好默契，制作产品过程还是比较顺利。在遇到问题时更加需要合伙，由于两个人是视角不同样，检查到方面更加广。 任何问题总有解决办法，在遇到问题时必要沉住气，冷静思考问题所在，该重来也不要怕 ，失败乃成功之母，尽量解决问题才是真。通过查阅资料和教师协助，电路基本圆满完毕了；但还是发现了某些问题，例如对电路整体布局不够好，着在后来尚有待提高。 参照文献1.中华人民共和国集成电路大全编写委员会，中华人民共和国集成电路大全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：高等教诲出版社，19994.杨志忠.数字电子技术（第二版）.北京：高等教诲出版社，5.胡宴如.高频电子线路（第三版）.北京：高等教诲出版社，6.邓云祥. 孟劲松.苏燕辰.数字电路设计中华人民共和国测试技术，03期7.鲁欣,赵亦工,徐秀红.数字电路设计方案比较与选取.北京：信息产业部电子第六研究所，附录一： 附录图1 芯片CD4017B 附录图2 CD4017B输出波形附录图3 555管脚图 附录二： 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个附录三：PCB板图附录图4 555芯片内部构造图