定时排气扇课程设计报告 - 图文

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： 定时排气扇课程设计

学 院 名 称： 南昌航空大学信息工程学院

专业： 通信工程 班级： xxxxx班

学号： xxxxxxxxx 姓名： xxx

评分： 教师： xxxx

2015年 9月 7 日

课 程 设 计 任 务 书

数字电路 课程设计任务书

15 － 16 学年 第 1学期 第 1 周－ 3 周

题目 内容及要求 〖基本要求〗：实现总定时时间八小时（可以调节，用发光二极管显示），占空比可调的间歇排气。 〖主要参考元器件〗555，CD40021，CD4017 定时排气扇 进度安排 1. 仿真、画PCB线路板图、领元器件：5天； 2. 制作、焊接：4天 3．调试：2天 4. 验收：1天 5. 提交报告：2015-2016学年第一学期4周 学生姓名： 指导时间：第2～3周 任务下达 考核方式 指导教师 16年 9 月 7 日 任务完成 指导地点：E 610 室 15年 9 月 25 日 1.评阅 □√ 2.答辩 □√ 3.实际操作□√ 4.其它□ 张小林 系（部）主任 徐新河

摘要

随着家庭生活水平的提高，排气扇已逐渐成为人们生活中必不可少的生活工具，尤其是在保证家庭室内空气的流通方面，排气扇发挥着重要的作用。具有定时排气功能的排气扇与普通排气扇相比更能满足人们对排气扇的要求，更具有市场竞争力。

本课设所设计的定时排气扇，成本低廉，实用性高，可用来对家庭居室，公司公共场所，库房等需要通风的场所进行定时循环排气，既可以对室内空气定时净化，又省去了人工控制，只要按照实际需要设定好排气时间的间歇时间，排气扇就会按设定好的时间，自动循环地工作下去，同时有效地节约了电能，减少了能源的浪费。

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。

关键词：定时 555 排气 间歇

目录

前言.............................................................................................................................1

1.1设计任务........................................................................................................2 1.2设计要求....................................................................................................... 2 第二章 系统工作原理及单元模块设计....................................................................2

2.1系统的组成原理............................................................................................3 2.2系统组成框图................................................................................................3 2.3系统分布模块................................................................................................3 2.3.1定时控制电路.........................................................................................3

2.3.2间歇控制电路.........................................................................................4 2.3.3排气扇电路.............................................................................................4 第三章 电路参数计算及仿真调试..........................................................................5 3.1定时控制电路................................................................................................5 3.1.1定时控制电路的仿真.............................................................................5 3.2间歇控制电路的............................................................................................6 3.2.1间歇控制电路的仿真.............................................................................6 3.3排气扇电路....................................................................................................7

第四章 实验组装、调试及结果分析......................................................................8 4.1电路的安装...................................................................................................8 4.2电路的调试...................................................................................................8 4.3实验分析.......................................................................................................8

第五章 实验总结........................................................................................................9

5.1实验总结.......................................................................................................9

参考文献....................................................................................................................10

附录............................................................................................................................11

第一章 设计任务及要求.........................................................................................2

前言

本课程设计主要研究并讨论如何使用定式排气扇来实现定式排气，介绍了定时排气扇的特点及应用和电路各单元模块功能是如何实现的，总结了在电路调试中遇到的问题及解决方案。本次设计的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，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。

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。作为通信系的大学生不仅要学习理论，更要将理论所学运用到实际。

这次课程设计要求制作一个定时排气扇。并要求该控制器实现总定时时间8小时，并且可以调节，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。

在国内外，定时排气扇等智能控制排气扇类产品已经相当成熟。但这一点，并不能否认我们对其进行数字电路课程设计。因为，其中对逻辑电路进行逻辑分析和设计的方法和思维仍值得我们去学习和研究。

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第一章 设计内容及要求

1.1设计任务

（1） 小组成员根据设计的基本要求运用数字电路基本知识设计装置电路图，

查阅有关资料了解各类芯片的相关功能以及主要性能参数，并结合电路图对其中的参数进行选择计算。设计电路，选择电路元件，画出实用原理电路图；

（2） 根据自己设计的电路图，拟定实验方法、步骤，提出测试所需仪器及元器件的规格、数量，再交指导教师审核；

（3） 认真完成电路的装接、调试，检查电路的无漏焊，虚焊，并测试其主要性能参数；直到电路能达到规定的设计要求；

（4） 写出格式规范、内容详细的课程设计报告；

1.2设计要求

基本要求：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。

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第二章 系统工作原理及单元模块设计

2.1系统的组成原理

电路由第一个555的单稳态电路产生一个周期方波信号来控制排气扇的总

定时时间，同时驱动红色发光二极管来显示其工作状态；第二个555多谐振荡器产生一个相对较小的周期方波信号，两个信号经过一个与门后产生一个新的信号去驱动排气扇工作，用绿色发光二极管来显示其状态。当两者都是高电平时则出来一个高电平信号，此时排气扇工作；当其中一个是低电平时，排气扇则不工作；因为总定时时间周期比较长，因此高电平的时间也就相对比较长；而第二个555是一个间歇排气的功能，也就是其信号的高低电平时间比较短，因而也就实现了其间歇排气的功能。实验中可通过调节滑动变阻器来调节占空比，即整个周期的时间长短。

2.2系统组成框图

555单稳态电路实现总定时

2.3系统单元模块设计

2.3.1定时控制电路

555多谐振荡器实现间歇排气 排气扇工作电路

接通电源后，经过555多谐振荡产生一定周期的方波信号，并通过调节滑动变阻器调整周期的长短。如图2.2所示，没有触发信号时，输出端处于低电平，表示排气扇此时不工作。若按下开关，给予输入端一个触发脉冲，电容C1开始充电，输出变为高电平并产生具有一定周期的方波信号，排气扇开始工作，定时时间结束后由于此时输入端的触发脉冲消失，输入端回到了高电平，电容C1迅速放电，电路恢复稳态，排气结束。同时，可以通过调节R1可以改变定时时间。如图2.1为555定时器的输出波形。

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图2.1 555定时器输出波形 图2.2 定时控制电路 2.3.2间歇控制电路

如下图2.4所示，把施密特触发器的反相输出端经RC积分电路接回到它的输入端，即把555芯片接成多谐振荡器的接法。该555定时器的管脚4由上一个单稳态触发器的输出控制，由它输出一系列的周期方波信号，其周期比定时控制电路的周期要小得多，从而实现排气扇的间歇工作功能，其电压输出波形如图2.3所示。同时，调节滑动变阻器R4、R5可以调节占空比，即间歇时间。

图2.4电压输出波形

图2.3 间歇控制电路

2.3.3排气扇电路

本电路中排气扇部分由发光二级管代替，其中用红色二极管来代表排气扇显示控制的总的定时时间，绿色二极管的亮灭代表排气扇间歇排气功能，亮的时候表示排气，灭的时候代表停止排气。

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第三章 电路参数计算及仿真调试

3.1定时控制电路

图3.1定时控制电路

课程设计要求排气扇的总定时为8个小时，但为了实验调试时，更方便快捷地得出预期结果，这里我们把总定时时间定为1分钟。

根据计算公式T=RCln3=1.1RC ，取C1=50uf，当R1为1MΩ的时候，得出T为55S，为了能够实现排气扇总定时可调，这里通过调节滑动变阻器R1的大小改变时间的长短，且通过控制按键开关来达到输入脉冲的目的。 3.1.1定时控制电路的仿真

图3.2定时控制电路的仿真图

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3.2间歇控制电路

通过选用电阻可调的滑动变阻器来实现设计要求的排气扇占空比可调，同时来改变间歇工作时间。

取C=22UF，R3=R4=R5=R6=100kΩ，根据公式T=[R3+R4+2*(R5+R6)]Cln2，q=(R3+R4+R5+R6)/[R3+R4+2*(R5+R6)] ，由此可得Tmax=9.24s，又由T1=（R3+R4+R5+R6）Cln2 ，T2=（R5+R6）Cln2可得：排气扇工作时间T1=6.16s，T2=3.08s，q=2/3。

图3.3 间歇控制电路

3.2.1间歇控制电路的仿真

图3.4 间歇控制电路仿真图

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3.3排气扇电路

通过使用两个发光二极管来模拟排气扇电路，电路中的两个发光二极管，红色表示排气扇总的定时时间，亮的时间比较长。绿色表示间歇排气，即是否工作，显示效果为一段时间亮，一段时间灭。

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第四章 实验组装、调试及结果分析

4.1电路的安装

电路的排版及焊接原则：

1、排版布局合理美观，尽量减少使用导线，焊接时先矮后高，先小后打 2、排版时布线尽量使电源线盒靠近电路版的周边

3、最好分模块安装，焊接技术要过硬，避免出现虚焊等焊接问题

4.2 电路的调试

首先在确定使用仿真软件仿真成功后，再按照仿真图焊接，并连接线路。用5V的电源接上焊接好的电路板，首先按动按键开关，发现电路并没有正常工作，检查发现有一个陶瓷电容虚焊，改正后，红色的发光二极管亮，表示定时开始，排气扇也开始工作，之后绿色的发光二极管间歇性的亮灭，当定时时间到达之后两个灯同时灭。

4.3 实验分析

完成元器件的焊接后，第一次进行调试时发现发光二极管只有1个亮。于是从发光二极管处开始检查，发现发光二极管接反了，于是重新焊了一遍，但二极管仍然不亮，于是从电源正极出发逐个检查线路是否出现短路和断路情况，最后发现芯片一个管脚和电阻没有焊接，补焊后能够改变间歇排气时间，即初步达到课设要求，然后进行数据计算，确定了电位器的阻值从而确定了定时的时间。本次设计电路的总定时为60ｓ，远小于要求的８小时，但占空比可调的要求还是达到了。总的来说，本次设计基本完成了实验要求。

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第五章 实验总结

此次电路设计，是一次理论与实际相结合的锻炼，从资料的查找，到最后达到实验的目标，充分的考验了我们是思考问题，分析解决问题的能力。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。

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。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。还有，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。

任何问题总有解决的办法，在遇到问题时必须沉住气，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。经过查阅资料和老师的帮助，电路基本圆满的完成了；但还是发现了一些问题，比如对电路整体的布局不够好，这在以后还有待提高。

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参考文献

孙人杰.《电路数据手册TTL电路》电子工业出版社，1989

王毓银.《数字电路逻辑设计》（第三版）.北京：高等教育出版社，1999 杨志忠.《数字电子技术》（第二版）.北京：高等教育出版社，2000

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附录

附录一：元件清单 元件类型 滑动变阻器 参数 1MΩ 100KΩ 数量 1 2 3 2 1 1 1 1 2 1,1 1 电阻 100Ω 100KΩ 电容 50UF 0.01UF 0.1UF 22UF 芯片 LED灯 开关

LM555CM 红色，绿色 按键开关 11

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