定时排气扇课程设计.docx

1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很多电路要使用 555 来产生一个脉冲，555 定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件，在电路应用中主要用来做定时器,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的要求就是利用 555 和一些辅助器件来完成简易的定时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。

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！ 2第一章 电路设计1.1 电路设计方案 方案一：本方案由排气扇、定时控制电路和间歇控制电路组成首先由定时控制电路控制总定时即排气扇总工作时间，可以通过调节滑动变阻器来改变定时时间间歇控制电路控制排气的工作和间歇时间，也可以通过调节滑动变阻器来改变其时间本设计排气扇的效果用发光二极管来显示，二极管亮表示排气扇工作，灭则表示不工作其电路图如图 1-1图 1.1 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，由实验结果分析其信号不稳定，致使时间也不稳定，所以我放弃了这个方案方案二：本方案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其电路图如图 1-2 所示：3图 1.2 方案二实验电路图1.2 工作原理我选择方案二，该方案中 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4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 Vp/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，R1＋RP 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 R2＋RP 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5第二章 定时排气扇功能及元器件介绍2.1.1 基本功能实现总定时时间 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2.12 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2.2 元气件介绍和元件清单2.2.1 555 定时器电路结构及工作原理一、555 定时器介绍1、555 定时器是一个模拟与数字混合型的集成电路按其工分双:极型和 CMOS 型两类，其应用非常广泛2、原理及结构555 定时器内部电路由分压器、电压比较器 C1 和 C2 简单 SR 锁存器、放电三极管 T 以6及缓冲器 G 组成，其内部结构如图 3.1.2 所示三个 5kΩ 串联，作为分压器为比较器C1，C2 提供参考电压当控制电压端 5 悬空时，比较器 C1 和 C2 的基准电压分别为 2VCC/3和 VCC/3 VI1 比较器 C1 信号输入端，称阈值输入端：VI2 比较器 C2 信号输入端，称触发输入端；当控制电压端 5 外接电压 VOC，比较器 C1，C2 的基准电压变为 VOC 和 VOC/2 。

比较器 C1 和 C2 的输出控制 SR 锁存器和放电三极管 T 的状态放电三极管 T 为外接电路提供放电通路，在使用定时器时，该三极管的集电极（7 脚）一般都要外接上拉电阻RD 为直接复位输入端，当 RD 为低电平时，不管其他输入端的状态如何，输出端 VO 即为低电平当 VI1>2VCC∕3 VI2> VCC/3 时，比较器 C1 输出低电平，比较器 C2 输出高电平，简单SR 锁存器 Q 端置 0 ，放电三极管 T 导通，输出端 VO 为低电平当 VI1VCC/3 时，简单 SR 锁存器 S=1,R=1,锁存器状态不变，电路保持原状态不变3.电路功能综合上述分析，可得 555 定时器功能表：2.2.2 由 555 定时器组成的多谐振荡器电路结构图及工作原理1、占空比不可调的用 555 定时器组成的多谐振荡器（如图 3.2.1） ，接通电源后，电容 C1 被充电，当 VC 上升到 2VCC∕3 时，使 VO 为低电平，同时放电三极管 T 导通，此时电容 C1 通过 R2 和 T放电，VC 下降当 VC 下降到 VCC/3 时，VO 翻转为高电平电容 C1 放电所需时间为：tpL= R2Cln2≈0.7R2C1当放点结束时，T 截止， VCC 将通过 R1 、 R2 向电容 C1 充电，VC 由 VCC/3 上升到2VCC∕3 所需时间为：tpL=(R1 + R2)Cln2≈0.7(R1 + R2)C1当 VC 上升到 2VCC∕3 时，电路又翻转为低电平。

如此周而复始，于是，在电路的输出端就得到一个周期性的矩形波电路的工作波形如图 3.2.1（b） ，其振荡频率为：ƒ=1/(tpL + tpH) ≈1.43/(R1 + 2R2)C182、占空比可调的要实现占空比可调，则采用图 3.2.2 所示电路因电路中二极管 D1 、D2 的单向导电特性，使电容器 C1 的充放电回路分开，调节电位器 R2 ，就可调节多谐振荡器的占空比图中，VCC 通过 RA 、D1 向电容 C1 充电，充电时间为：tpH≈0.7 RAC电容器 C1 通过 D2 、RB 及 555 中的三极管 T 放电，放电时间为：tpL≈0.7 RBC因而，振荡频率为：ƒ=1/(tpL + tpH) ≈1.43/(RA + RB)C电路输出波形的占空比为：q(%)=RA * 100%/( RA + RB)92.2.3 CD4017 1、CD4017 电路结构及工作原理CD4017 实现的功能是对 555 定时器发来的信号采集，也即对高低电平的方波进行计数，然后输出计数结果CD4017：十进制计数器脉冲分配器， CD4017 是 5 位 Johnson 计数器，具有 10 个译码输出端，CPCRINH 输入端。

时钟输入端的斯密特触发器具有脉冲整形功能，对输入时钟脉冲上升和下降时间无限制INH 为低电平时，计数器在时钟上升沿计数；反之，计数功能无效CR 为高电平时，计数器清零引出端功能符号：10CP：时钟输入端CR：清除端INH：禁止端Q0-Q9 计数脉冲输出端VDD：正电源VSS：地下图为 CD4017 接入电路的情况：11如上图所述，14 脚接定时器的 3 脚，13 脚接地，每当方波由低电平变为高电平的上升沿是计时器加 1，Q0--Q9 脚对应计数的 0、1、2、3、4、5、6、7、8、9、CO 脚是进位脚，当计数到 10 时就进位，例如计数 2 次，则 Q2 端口输出高电平，计数 4 次则 Q4 端口输出高电平，电压在 3.5V 左右，发光二极管需接一电阻起限压作用这样由 555 定时器发来的方波每个周期计数一次，就有一个灯被点亮，当方波持续则灯依次被点亮形成流水状，实现流水灯的功能2.2.4 继电器1、原理：。