課程設(shè)計電子門衛(wèi)系統(tǒng)之進出人員計數(shù)器.doc

沈沈 陽陽 工工 程程 學(xué)學(xué) 院院 課 程 設(shè) 計 設(shè)計題目 設(shè)計題目 電子門衛(wèi)系統(tǒng)之進出人員計數(shù)器電子門衛(wèi)系統(tǒng)之進出人員計數(shù)器 系系 別別 信息工程系信息工程系 班級班級 通信本通信本 101101 學(xué)生姓名學(xué)生姓名 宋岱遠宋岱遠 學(xué)號學(xué)號 20104161252010416125 指導(dǎo)教師指導(dǎo)教師 于源 秦宏于源 秦宏 職稱職稱 講師講師 副教授副教授 起止日期 起止日期 20122012 年年 0606 月月 1111 日起日起 至至 20122012 年年 0606 月月 2121 日止日止 沈陽工程學(xué)院 課程設(shè)計任務(wù)書課程設(shè)計任務(wù)書 課程設(shè)計題目 課程設(shè)計題目 電子門衛(wèi)系統(tǒng)之進出人員計數(shù)器電子門衛(wèi)系統(tǒng)之進出人員計數(shù)器 系 別 信息工程系 班級 通信本 101 學(xué)生姓名 宋岱遠 張彌 張鶴 學(xué)號 25 16 10 指導(dǎo)教師 于源 秦宏 職稱 講師 副教授 課程設(shè)計進行地點 教學(xué) B419 任 務(wù) 下 達 時 間 2012 年 5 月 25 日 起止日期 2012 年 06 月 11 日起 至 2012 年 06 月 21 止 教研室主任 曲延華 2012 年 5 月 7 日 批準(zhǔn) 電子門衛(wèi)系統(tǒng)之進出人員計數(shù)器的設(shè)計 1 設(shè)計主要內(nèi)容及要求 1 1 設(shè)計目的 1 掌握進出人員計數(shù)器的構(gòu)成 原理與設(shè)計方法 2 熟悉集成電路的使用方法 1 2 基本要求 1 對通過門禁系統(tǒng)同進出的人員數(shù)目進行計數(shù)顯示 從 0 9999 2 門禁系統(tǒng)里 外分別安裝兩個傳感器 比如紅外傳感器 A B 每當(dāng)有人進入時 將順序經(jīng)過 A B 每當(dāng)有人出去時將順序經(jīng)過 B A 設(shè)計電路區(qū)分此人士進入還是出 去 3 要求分別統(tǒng)計和顯示進去的人員人次 出來的人員人次 里面還逗留的人員人數(shù) 4 當(dāng)逗留人數(shù)超限時報警 比如 500 人 1 3 發(fā)揮部分 1 當(dāng)人次計數(shù)器達到 9990 9999 時 發(fā)出溢出報警信號 2 考慮有人經(jīng)過 A 或 B 卻沒有繼續(xù)前進又退出 即連續(xù)且只經(jīng)過兩次 A 或 B 的情況如何處理 2 設(shè)計過程及論文的基本要求 2 1 設(shè)計過程的基本要求 1 基本部分必須完成 發(fā)揮部分可任選 2 個方向 2 符合設(shè)計要求的報告一份 其中包括邏輯電路圖 實際接線圖各一份 3 設(shè)計過程的資料 草稿保留并隨報告上交 報告的電子檔需全班統(tǒng)一存盤上交 2 2 課程設(shè)計論文的基本要求 1 參照畢業(yè)設(shè)計論文規(guī)范打印 文字中的小圖需打印 項目齊全 不許涂改 不少 于 3000 字 圖紙為 A3 附錄中的大圖可以手繪 所有插圖不允許復(fù)印 2 裝訂順序 封面 任務(wù)書 成績評審意見表 中文摘要 關(guān)鍵詞 目錄 正文 設(shè)計題目 設(shè)計任務(wù) 設(shè)計思路 設(shè)計框圖 各部分電路及參數(shù)計算 重要 工作過 程分析 元器件清單 主要器件介紹 小結(jié) 參考文獻 附錄 邏輯電路圖與實際接線 圖 3 時間進度安排 順序階段日期計 劃 完 成 內(nèi) 容備注 12012 6 11布置課設(shè)題目講解 分組打分 22012 6 12開題答辯打分 32012 6 13小組查找資料開始設(shè)計原理圖打分 42012 6 14仿真軟件學(xué)習(xí) 繪制原理圖打分 52012 6 15仿真軟件學(xué)習(xí) 繪制原理圖打分 62012 6 18完成原理圖主體打分 72012 6 19原理圖仿真運行打分 82012 6 20布置報告要求打分 92012 6 21正式答辯打分 102012 6 22上交報告打分 沈沈 陽陽 工工 程程 學(xué)學(xué) 院院 數(shù)字電子技術(shù)數(shù)字電子技術(shù) 課程設(shè)計成績評定表課程設(shè)計成績評定表 系 部 系 部 信息工程系信息工程系 班級 班級 通本通本101101 學(xué)生姓名 學(xué)生姓名 宋岱遠宋岱遠 指指 導(dǎo)導(dǎo) 教教 師師 評評 審審 意意 見見 評價 內(nèi)容 具 體 要 求權(quán)重評 分 加權(quán) 分 調(diào)研 論證 能獨立查閱文獻 收集資料 能制定課程設(shè) 計方案和日程安排 0 1 5 54 43 32 2 工作 能力 態(tài)度 工作態(tài)度認真 遵守紀(jì)律 出勤情況是否良 好 能夠獨立完成設(shè)計工作 0 2 5 54 43 32 2 工作 量 按期圓滿完成規(guī)定的設(shè)計任務(wù) 工作量飽滿 難度適宜 0 2 5 54 43 32 2 說明 書的 質(zhì)量 說明書立論正確 論述充分 結(jié)論嚴(yán)謹(jǐn)合理 文字通順 技術(shù)用語準(zhǔn)確 符號統(tǒng)一 編號 齊全 圖表完備 書寫工整規(guī)范 0 5 5 54 43 32 2 指導(dǎo)教師評審成績指導(dǎo)教師評審成績 加權(quán)分合計乘以 加權(quán)分合計乘以 1212 分分加權(quán)分合計加權(quán)分合計 指指 導(dǎo)導(dǎo) 教教 師師 簽簽 名 名 年年 月月 日日 評評 閱閱 教教 師師 評評 審審 意意 見見 評價 內(nèi)容 具 體 要 求權(quán)重評 分 加權(quán) 分 查閱 文獻 查閱文獻有一定廣泛性 有綜合歸納資料的 能力 0 2 5 54 43 32 2 工作 量 工作量飽滿 難度適中 0 5 5 54 43 32 2 說明 書的 質(zhì)量 說明書立論正確 論述充分 結(jié)論嚴(yán)謹(jǐn)合理 文字通順 技術(shù)用語準(zhǔn)確 符號統(tǒng)一 編號 齊全 圖表完備 書寫工整規(guī)范 0 3 5 54 43 32 2 評閱教師評審成績評閱教師評審成績 加權(quán)分合計乘以 加權(quán)分合計乘以 8 8 分分加權(quán)分合計加權(quán)分合計 評評 閱閱 教教 師師 簽簽 名 名 年年 月月 日日 課課 程程 設(shè)設(shè) 計計 總總 評評 成成 績績分分 中文摘要 時代在發(fā)展 人類在進步 隨著電子技術(shù)的日新月異 各行業(yè)對電子學(xué)科人才的需 求也越來越大 如今的電子技術(shù)已經(jīng)在各個領(lǐng)域都得到了充分的利用 并且得到了人們 的一致認可 如何為社會培養(yǎng)更多的具有創(chuàng)新能力 解決實際問題能力和高素質(zhì)的電子 學(xué)科人才 是目前高等教育的重要任務(wù)之一 為此 本學(xué)期我們專業(yè)開設(shè)了數(shù)字電子技 術(shù)基礎(chǔ)這門重要專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)課 本次課程設(shè)計的題目為電子門衛(wèi)系統(tǒng)之進出人員計數(shù)器 此計數(shù)器主要是對進出 逗留在圖書館里人員數(shù)目進行時刻的智能統(tǒng)計并顯示出來 當(dāng)進入人員和逗留人員達到 一定的數(shù)目時要求系統(tǒng)能自動報警 電路中分別包括光電傳感系統(tǒng) 計數(shù)系統(tǒng) 報警系 統(tǒng) 光電傳感系統(tǒng)由發(fā)光二極管 三極管 電阻構(gòu)成 分別在門內(nèi)外裝有發(fā)光二極管 人員的走到可以控制二極管的亮暗 即可轉(zhuǎn)化為電信號送入主電路中去 使整個系統(tǒng)開 始工作 計數(shù)統(tǒng)計電路中分為進入人員計數(shù)器 外出人員計數(shù)器和逗留人員加減可逆計數(shù)器 所謂智能控制的關(guān)鍵是在于設(shè)計一個合適的 CP 脈沖在人員進入只驅(qū)動進人員計數(shù)器工作 和逗留人員計數(shù)器加計數(shù)工作 在人員出去時只驅(qū)動出人員計數(shù)器工作和逗留人員計數(shù) 器減計數(shù)工作 在此報告中采用兩個 D 觸發(fā)器解決此問題 而 D 觸發(fā)器的信號輸入端是 由傳感系統(tǒng)傳入的信號進而工作 報警系統(tǒng) 電路中采用 555 單穩(wěn)態(tài)電路和多諧電路共同作用 控制報警聲音的長短 和頻率 另外報警系統(tǒng)中還使用了三態(tài)門和數(shù)據(jù)比較器 關(guān)鍵詞 光電傳感系統(tǒng) 計數(shù)系統(tǒng) 報警系統(tǒng) 目 錄 課程設(shè)計 論文 任務(wù) 書 I 課程設(shè)計 論文 成績評定 表 中文摘要 III 1 設(shè)計任務(wù)描述 1 1 1 設(shè)計題目 電子門衛(wèi)系統(tǒng)之進出人員計數(shù)器 1 1 2 設(shè)計要求 1 1 2 1 設(shè)計目的 1 1 2 2 基本要求 1 1 2 3 發(fā)揮部分 1 2 設(shè)計思路 2 2 1 判斷人員進出的電路 2 2 2 人員進出計數(shù)器 2 2 3 逗留人員計數(shù)器 2 2 4 發(fā)揮部分 2 3 設(shè)計方框圖 4 4 各部分電路設(shè)計及參數(shù)計算 5 4 1 傳感器電路 5 4 1 1 傳感器電路分析 5 4 1 2 傳感器電路圖 5 4 2 觸發(fā)脈沖控制電路 5 4 2 1 觸發(fā)脈沖控制電路分析 5 4 2 2 觸發(fā)脈沖控制電路輸入波形分析 6 4 3 進出人員計數(shù)電路和顯示電路 7 4 3 1 進出人員計數(shù)和顯示電路分析 7 4 3 2 進出人員計數(shù)和顯示電路圖 7 4 4 逗留人員可逆計數(shù)電路和顯示電路 8 4 4 1 逗留人員計數(shù)電路分析 8 4 4 2 逗留人員計數(shù)電路圖 8 4 5 超限報警電路 8 4 5 1 超限報警電路及分析 8 4 5 2 參數(shù)計算 9 4 6 發(fā)揮部分 9 5 工作過程分析 11 6 元器件清單 12 7 主要元器件介紹 13 7 1 十六進制計數(shù)器 74HC161 13 7 2 可逆計數(shù)器 74LS192 13 7 3 數(shù)字比較器 74LS85N 14 7 4 邊沿 D 觸發(fā)器 7474N 15 7 5 555 定時器 LM555CM 15 總結(jié) 17 致謝 18 參考文獻 19 附 錄 A1 原理圖 20 附 錄 A2 運行截圖 21 1 設(shè)計任務(wù)描述 1 1 設(shè)計題目 電子門衛(wèi)系統(tǒng)之進出人員計數(shù)器設(shè)計題目 電子門衛(wèi)系統(tǒng)之進出人員計數(shù)器 1 2 設(shè)計要求設(shè)計要求 1 2 1 設(shè)計目的設(shè)計目的 1 掌握進出人員計數(shù)器的構(gòu)成 原理與設(shè)計方法 2 熟悉集成電路的使用方法 1 2 2 基本要求基本要求 1 對通過門禁系統(tǒng)進出的人員數(shù)目進行計數(shù)顯示 從 0 9999 2 門禁系統(tǒng)里 外分別安裝兩個傳感器 比如紅外傳感器 A B 每當(dāng)有人進入 時將順序經(jīng)過 A B 每當(dāng)有人出去時將順序經(jīng)過 B A 設(shè)計電路能夠區(qū)分此人士進入 還是出去 3 要求分別統(tǒng)計和顯示進去的人員人次 出來的人員人次 里面還逗留的人員人 數(shù) 4 當(dāng)逗留人數(shù)超限時報警 比如 500 人 1 2 3 發(fā)揮部分發(fā)揮部分 1 當(dāng)人次計數(shù)器達到 9990 9999 時 發(fā)出溢出報警信號 2 考慮有人經(jīng)過 A 或 B 但沒有繼續(xù)前進又退出 即連續(xù)且只經(jīng)過兩次 A 或 B 的情況如何處理 3 設(shè)置逗留人員計數(shù)器一鍵清零裝置 2 設(shè)計思路 初次嘗試電子技術(shù)數(shù)字設(shè)計 困難重重 經(jīng)過大家的琢磨與商量 其次是到圖書館 查閱相關(guān)資料 最終確定了此次課程設(shè)計的思路 2 1 判斷人員進出的電路判斷人員進出的電路 首先由于設(shè)計題目知所設(shè)計的裝置是一個電子門衛(wèi)系統(tǒng)之進出人員計數(shù)器 該裝置 可以對通過門禁系統(tǒng)進出的人員數(shù)目進行計數(shù)顯示 從 0 9999 所以我們要考慮區(qū)別進 去 出來 沒完全進入又折回 沒完全出去又折回的四種情況 所以此電路中要有 2 個 傳感器發(fā)出脈沖和 2 個觸發(fā)器 而且它們是聯(lián)合起作用的 將 A 觸發(fā)器安裝在門外 B 觸發(fā)器安裝在門內(nèi) 通過觸發(fā)脈沖時間差來區(qū)分進入 出去以及沒有完全進入又折回 沒有完全出去又折回這四種情況 然后將人員的進出動作轉(zhuǎn)化為電信號送入主電路中去 2 2 人員進出計數(shù)器人員進出計數(shù)器 接下來要記錄進來和出去的人的數(shù)量 這樣就需要兩個計數(shù)器 A 和 B 來記錄人數(shù) 又因為需要記錄的人數(shù)從 0 9999 所以可以用一個一萬進制計數(shù)器來實現(xiàn)此功能 由所 學(xué)知識 可以設(shè)計出一個一萬進制計數(shù)器 有很多元件可以用來實現(xiàn)此功能 在這里我 用的是計數(shù)器 74HC161 具體實現(xiàn)方法是用一個與非門將一個計數(shù)器的清零端與另一個 計數(shù)器 CP 端連接起來 這樣就構(gòu)成了聚四個計數(shù)器為一體的一萬進制計數(shù)器 同樣 A 和 B 兩個計數(shù)器均可用這種方式實現(xiàn) 再由所做的發(fā)揮部分的要求知 當(dāng)計數(shù)器達到 9990 9999 時 報警器會發(fā)出報警信號 指出計數(shù)器已經(jīng)要達到溢出值 然后通過顯示器 顯示數(shù)據(jù) 2 3 逗留人員計數(shù)器逗留人員計數(shù)器 由設(shè)計要求知設(shè)計出一個能測量出里面逗留人員人數(shù)的裝置 因為要考慮到逗留人 數(shù) 所以還需要可逆計數(shù)器 我選擇了 74LS192 它有 2 個輸入端口 能分別實現(xiàn)加減法 這個電路就是當(dāng)有人經(jīng)過的時候就會有一個脈沖會給這個計數(shù)器提供一個高低電平的翻 轉(zhuǎn) 然后通過計數(shù)器的功能實現(xiàn)計數(shù) 再通過顯示器 實現(xiàn)十進制的計數(shù)功能 當(dāng)然這個 計數(shù)器分兩種 一種是可加計數(shù)器 一種是可逆計數(shù)器 2 4 發(fā)揮部分發(fā)揮部分 最后為實現(xiàn)發(fā)揮部分 1 當(dāng)人次計數(shù)器達到 9990 9999 時 發(fā)出溢出報警信號 2 考 慮有人經(jīng)過 A 或 B 但沒有繼續(xù)前進又退出 即連續(xù)且只經(jīng)過兩次 A 或 B 的情 況如 何處理 的要求 在這里還應(yīng)實現(xiàn)當(dāng)人員順序經(jīng)過傳感器 A B 時應(yīng)由傳感器 B 發(fā)出 控制進入人數(shù)計數(shù)器工作的 CP 脈沖 當(dāng)人員順序經(jīng)過傳感器 B A 時應(yīng)由傳感器 A 發(fā)出 控制進入人數(shù)計數(shù)器工作的 CP 脈沖 當(dāng)進入人數(shù)計數(shù)器達到 9990 和逗留人數(shù)計數(shù)器達 到 500 時應(yīng)分別發(fā)出 CP 脈沖信號激活溢出報警電路和超限報警電路 總體思路如上所述 詳細的電路控制在下文有介紹 看似簡單 但當(dāng)真正付諸于實 踐畫圖時才發(fā)現(xiàn)其中的微小部分都需要我們仔細揣摩 3 設(shè)計方框圖 進入人員 計數(shù)器 9990 預(yù)置 報警電路 逗留人員 計數(shù)器 進入人員 顯示器 出去人員 計數(shù)器 傳感器 B 傳感器 A 觸發(fā)器 1 觸發(fā)器 2 出去人員 顯示器 逗留人員 顯示器 500 預(yù)置 報警電路 4 各部分電路設(shè)計及參數(shù)計算 4 1 傳感器電路傳感器電路 4 1 1 傳感器電路分析傳感器電路分析 電子門衛(wèi)系統(tǒng)的門外和門內(nèi)分別裝有兩個傳感器 當(dāng)有人通過傳感器時 人的身影 將二極管發(fā)出的光遮擋住 此時三極管處于截至區(qū) 輸出電平為電源 Vcc的高電平 即為 1 人完全通過傳感器時 人的身影不遮擋住三極管發(fā)出的光 此時三極管處于導(dǎo)通 區(qū) 輸出電平為接地的低電平 即為 0 兩個傳感器分別為 A 和 B 當(dāng)有人從電子門 衛(wèi)系統(tǒng)的門外進入時 即從 A 到 B 時 電平的變化依次為 00 10 11 01 00 當(dāng)有人 從電子門衛(wèi)系統(tǒng)的門內(nèi)出去到門外時 即從 B 到 A 時 電平的變化依次為 00 01 11 10 00 進出人員的實際情況轉(zhuǎn)化為電平的高低變化 然后再傳送給下一 個單元的邏輯控制電路中的邊沿 D 觸發(fā)器 4 1 2 傳感器電路圖傳感器電路圖 傳感器電路圖如圖 4 1 所示 圖 4 1 傳感器電路 4 2 觸發(fā)脈沖控制電路觸發(fā)脈沖控制電路 4 2 1 觸發(fā)脈沖控制電路分析觸發(fā)脈沖控制電路分析 電子門衛(wèi)系統(tǒng)中門內(nèi)和門外分別安裝兩個傳感器 A B 與 A 相連的觸發(fā)器為 D1 與 B 相連的觸發(fā)器為 D2 無人經(jīng)過時傳感器輸出信號為低電平 有人經(jīng)過時輸出變?yōu)楦?電平 當(dāng)接通電源后 無人經(jīng)過時傳感器輸出為低電平 與傳感器相連的 D 觸發(fā)器的 R 端有效 Q 端輸出為 0 此時不計數(shù) 當(dāng)有人經(jīng)過 A 時而未經(jīng)過 B 時 A 輸出變?yōu)楦唠娖?D1 清零端無效 但此時 D1 觸發(fā)器無時鐘脈沖信號輸入 Q1 端輸出保持不變?nèi)詾?0 而由于觸發(fā)器 B 沒有信號變化 D2 的狀態(tài)不發(fā)生變化輸出 Q2 也為 0 當(dāng)有一時刻人既經(jīng)過 A 又經(jīng)過 B 傳感器時 B 傳 感 器輸出變?yōu)楦唠娖?該電平脈沖上升沿觸發(fā) D1 使 Q1 端輸出變?yōu)楦唠娖?此脈沖信號 的上升沿觸發(fā)進人計數(shù)器加一 說明有一人進入 而此時 D2 無時鐘脈沖輸入 Q2 端輸 出仍 為 0 當(dāng)有人經(jīng)過 B 而未經(jīng)過 A 時 由于此時 A 觸發(fā)器沒有狀態(tài)變化輸出為 0 D2 觸發(fā)器 無時鐘脈沖信號輸入 Q2 端輸出保持不變?nèi)詾?0 而 D1 的狀態(tài)不發(fā)生變化輸出 Q1 也為 0 當(dāng)有一時刻既經(jīng)過 B 又經(jīng)過 A 傳感器時 A 傳感器輸出變?yōu)楦唠娖?該電平脈沖上升 沿觸發(fā) D2 使 Q2 端輸出變?yōu)楦唠娖?此脈沖信號的上升沿觸發(fā)出去計數(shù)器加一說明有 一人出去 而此時 D1 無時鐘脈沖輸入 Q1 端輸出仍為 0 圖 4 2 觸發(fā)控制脈沖電路 4 2 2 觸發(fā)脈沖控制電路輸入波形分析觸發(fā)脈沖控制電路輸入波形分析 為了進一步說明 現(xiàn)畫圖說明 圖 4 3 脈沖輸入波形 當(dāng)人只過 A 時 由于輸出為 1 D1 清零端無效 無脈沖 Q 不計數(shù) 當(dāng)同時經(jīng)過 B 時 給 A 沿 A 計數(shù) 由于經(jīng)過 A 時 給 D2 的上升沿超前于經(jīng)過 B 的動作 當(dāng)然上升 沿已經(jīng)無效了 B 不計數(shù) 由于我這部分的巧妙設(shè)計 使得發(fā)揮部分 人員二次經(jīng)過 A 或 B 但沒有繼續(xù)前進 退出的情況 得到了有效的解決 即人只有同時經(jīng)過 A 又經(jīng)過 B 時計數(shù)器才計數(shù) 4 3 進出人員計數(shù)電路和顯示電路進出人員計數(shù)電路和顯示電路 4 3 1 進出人員計數(shù)和顯示電路分析進出人員計數(shù)和顯示電路分析 進門人次統(tǒng)計器與出門人次統(tǒng)計器的原理相同 它們分別是由 4 個 74HC161 十六進 制加法計數(shù)器級聯(lián)組成四位十進制加法計數(shù)器 如圖 4 4 所示 當(dāng) CP 輸入一個低電平時 74161 計一次數(shù)直到加計數(shù)達到最大值 1001 時 與非門輸出低電平控制清零端口清零 然后傳給下一個 74161 作為 CP 輸入信號 下一個 74161 計數(shù)器計一位數(shù) 后面的級聯(lián)同 理 4 3 2 進出人員計數(shù)和顯示電路圖進出人員計數(shù)和顯示電路圖 進出人員計數(shù)和顯示電路如圖 4 4 所示 圖 4 4 進出人員計數(shù)與顯示電路 4 4 逗留人員可逆計數(shù)電路和顯示電路逗留人員可逆計數(shù)電路和顯示電路 4 4 1 逗留人員計數(shù)電路分析逗留人員計數(shù)電路分析 逗留人員計數(shù)電路的計數(shù)器由 74LS192 級聯(lián)組成 當(dāng)有人進入時 Q2 非端的輸出始 終保持為 1 Q1 端輸出信號從低電平變?yōu)楦唠娖?則此脈沖信號的上升沿觸發(fā) 74192 使 其進行加法運算 個位計數(shù)器加一 當(dāng)再有人進入時同樣原理加一 當(dāng)進入超出 10 人后 個位的計數(shù)器產(chǎn)生進位信號 進位信號端從低電平變?yōu)楦唠娖?產(chǎn)生的脈沖信號的上升 沿 觸發(fā)十位的計數(shù)器加一 十位進位原理也相同 當(dāng)有人出去時 Q1 非端輸出始終保持為 1 則此脈沖信號的上升沿觸發(fā) 74192 使其進行減法運算 個位計數(shù)器減一 當(dāng)再有人出 去時同樣原理減一 當(dāng)出去人數(shù)超出 10 人后 個位的計數(shù)器產(chǎn)生借位信號 使產(chǎn)生的脈 沖信號的上升沿觸發(fā)十位的計數(shù)器減一 十位向百位借位原理相同 電路如圖 4 5 所示 74LS192 輸出端與顯示器四個端口相連 當(dāng)有數(shù)據(jù)變化時 顯示器得以顯示數(shù)據(jù) 4 4 2 逗留人員計數(shù)電路圖逗留人員計數(shù)電路圖 逗留人員計數(shù)電路如圖 4 5 所示 圖 4 5 逗留人員計數(shù)電路 4 5 超限報警電路超限報警電路 4 5 1 超限報警電路及分析超限報警電路及分析 此電路的組合效果就是當(dāng)室內(nèi)滯留人數(shù)超過 500 以后 系統(tǒng)便由喇叭發(fā)出報警信號 要完成此功能 先要知道室內(nèi)到底有多少人 而這一點由前面的電路都已實現(xiàn) 要使得 室內(nèi)滯留人數(shù)超過 500 以后一直報警 這里我們需要使用 74LS85 數(shù)值比較器 只需進行 百位的比較 即當(dāng)百位上的數(shù)值大于預(yù)設(shè)的 4 位二進制數(shù) 0100 電路被觸發(fā)報警 所以 此電路非常節(jié)省器件 降低了電路成本 實現(xiàn)此電路 只需將百位位置的可逆計數(shù)器的 QA 輸出端引出 若人數(shù)滯留達到 500 則此輸出端將發(fā)出高電平信號 該高電平信號通 過三態(tài)門 使原本處于高阻狀態(tài)的三態(tài)門導(dǎo)通 單穩(wěn)態(tài) 555 電路輸出高電平給下一個多 諧 555 電路 喇叭端口輸出高電平 發(fā)出聲音報警 單穩(wěn)態(tài) 555 電路用來控制發(fā)聲時間 多諧 555 電路用來控制發(fā)聲頻率 電路如圖 4 7 所示 圖 4 7 超限報警電路 4 5 2 參數(shù)計算參數(shù)計算 上圖所示為應(yīng)用 555 觸發(fā)器實現(xiàn)多頻震蕩器功能的電路連接方法 設(shè)多諧 555 電路 7 8 管角之間電阻為 R1 7 6 管角間電阻為 R2 2 5 管角之間電容為 C 則輸出低電平時間 TL 0 7CR2 輸出高電平時間為 TH 0 7C R1 R2 信號總周期為 T 0 7 2R2 R1 C 所 以得電路輸出信號頻率為 f 1 43 R1 2 R2 C 對應(yīng)人耳可以聽到的聲音頻率設(shè)計參數(shù)即 可 4 6 發(fā)揮部分發(fā)揮部分 傳感器電路見圖 4 2 當(dāng)有人經(jīng)過 A 時而未經(jīng)過 B 時 A 輸出變?yōu)楦唠娖?D1 清零 端無效 但此時 D1 觸發(fā)器無時鐘脈沖信號輸入 Q1 端輸出保持不變?nèi)詾?0 而由于觸發(fā) 器 B 沒有信號變化 D2 的狀態(tài)不發(fā)生變化輸出 Q2 也為 0 當(dāng)有一時刻人既經(jīng)過 A 又經(jīng)過 B 傳感器時 B 傳感器輸出變?yōu)楦唠娖?該電平脈沖上升沿觸發(fā) D1 使 Q1 端輸出變?yōu)?高電平 此脈沖信號的上升沿觸發(fā)進人計數(shù)器加一 說明有一人進入 而此時 D2 無時鐘 脈沖輸入 Q2 端輸出仍為 0 當(dāng)有人經(jīng)過 B 而未經(jīng)過 A 時 由于此時 A 觸發(fā)器沒有狀態(tài)變化輸出為 0 D2 觸發(fā)器 無時鐘脈沖信號輸入 Q2 端輸出保持不變?nèi)詾?0 而 D1 的狀態(tài)不發(fā)生變化輸出 Q1 也為 0 當(dāng)有一時刻既經(jīng)過 B 又經(jīng)過 A 傳感器時 A 傳感器輸出變?yōu)楦唠娖?該電平脈沖上升 沿觸發(fā) D2 使 Q2 端輸出變?yōu)楦唠娖?此脈沖信號的上升沿觸發(fā)出去計數(shù)器加一說明有 一人出去 而此時 D1 無時鐘脈沖輸入 Q1 端輸出仍為 0 脈沖輸入波形如圖 4 3 所示 5 工作過程分析 經(jīng)過查閱有關(guān)資料 同小組人員討論 最后把這系統(tǒng)定格在以下幾部分 即判斷人 員進出部分電路 人員進出計數(shù)與顯示部分電路 逗留人員計數(shù)與顯示部分電路以及兩 個報警部分電路 然后把這幾部分電路逐個實現(xiàn) 其具體實現(xiàn)如下 無人進入時邊沿 D 觸發(fā)器的 R S D 端至 1 實現(xiàn)保持 當(dāng)有人進入的時候 AB 分 別產(chǎn)生觸發(fā)脈沖信號 D 觸發(fā)器是上升沿發(fā)生翻轉(zhuǎn) 因為 Q2 非初始值為 1 A 信號脈沖與 Q2 非經(jīng)過與門后 產(chǎn)生脈沖流過 D1 觸發(fā)器 CP 端 使其 Q 端產(chǎn)生信號脈沖翻轉(zhuǎn) 這個 時候人走到 B 處產(chǎn)生一個觸發(fā)脈沖信號與 Q1 經(jīng)過與門后產(chǎn)生脈沖翻轉(zhuǎn)提供給進入計數(shù)器 以此來實現(xiàn)進入人員計數(shù)的 由于 Q1 首先被觸發(fā) 所以當(dāng)人走到 B 的時候 Q1 非變?yōu)?0 與 B 產(chǎn)生的脈沖信號經(jīng)過與門后并不發(fā)生翻轉(zhuǎn) 所以 Q2 無脈沖信號產(chǎn)生 不能對出去人 員進行計數(shù) 有人出去的時候 BA 先后產(chǎn)生觸發(fā)脈沖信號 因為 Q1 非是 1 B 信號在與 Q1 非經(jīng) 過與門后 產(chǎn)生脈沖留過 D2 觸發(fā)器 CP 端 使 Q2 產(chǎn)生脈沖翻轉(zhuǎn) 然后人走到 A 產(chǎn)生 一個觸發(fā)脈沖信號與 Q2 經(jīng)過與門后產(chǎn)生脈沖翻轉(zhuǎn)提供給出去計數(shù)器 來實現(xiàn)出去人員計 數(shù)的 由于 Q2 首先被出發(fā) 所以當(dāng)人走到 A 的時候 Q2 非變?yōu)?0 與 A 產(chǎn)生的脈沖信號 經(jīng)過與門后并無翻轉(zhuǎn) 所以被抑制 不能實現(xiàn)進去計數(shù) 人經(jīng)過 A 但是沒有進去又出來了 A 處產(chǎn)生了一個脈沖信號 Q2 非是 1 兩者同過 與門后產(chǎn)生脈沖進入 D1 觸發(fā)器的 CP 端 產(chǎn)生翻轉(zhuǎn)信號 Q 提供給與門然而 B 沒產(chǎn)生脈沖 這樣就無翻轉(zhuǎn)信號提供給進入計數(shù)器 不計數(shù) 經(jīng)過 B 但沒經(jīng)過 A 與這個分析方法一樣 由 Q1 與 Q2 處產(chǎn)生的脈沖翻轉(zhuǎn)信號分別進入進入和出去的計數(shù)器 Q1 和 Q2 都進入 逗留人員計數(shù)器中 當(dāng)有 CP 脈沖留入的時候 進入和出去計數(shù)器就開始計數(shù) 再通過顯示 器實現(xiàn)數(shù)字輸出 人員逗留計數(shù)器用的是可逆計數(shù)器實現(xiàn)的當(dāng) Q1 有效實現(xiàn)加 1 Q2 有效實 現(xiàn)減 1 當(dāng)計數(shù)器到達 9990 9999 時 逗留計數(shù)器達到 500 的時候 就會對報警系統(tǒng)產(chǎn)生一個低 電瓶脈沖 加到單穩(wěn)觸發(fā)電路 經(jīng)過它可以輸出高電平既暫穩(wěn)態(tài) 此信號加在多諧振蕩起上產(chǎn) 生矩形脈沖使揚聲器發(fā)出報警 6 元器件清單 表 6 1 元器件清單 元器件名稱元器件型號數(shù)量 顯示器DCD HEX BLUE11 十六進制計數(shù)器74HC1618 十進制可逆計數(shù)器74LS1923 數(shù)據(jù)比較器74LS85N1 邊沿 D 觸發(fā)器7474N2 光敏電阻R2 發(fā)光二極管LED2 二輸入與非門74HC00N8 二輸入與門74HC08N3 三輸入與門74HC11N1 555 定時器LM555CM4 三態(tài)門74126N2 三極管2N17112 7 主要元器件介紹 7 1 十六進制計數(shù)器十六進制計數(shù)器 74HC161 圖 7 1 74HC161 管腳圖 從 74LS161 功能表功能表中可以知道 當(dāng)清零端 CR 0 計數(shù)器輸出 Q3 Q2 Q1 Q0 立即為全 0 這個時候為異步復(fù)位功能 當(dāng) CR 1 且 LD 0 時 在 CP 信號上升 沿作用后 74LS161 輸出端 Q3 Q2 Q1 Q0 的狀態(tài)分別與并行數(shù)據(jù)輸入端 D3 D2 D 1 D0 的狀態(tài)一樣 為同步置數(shù)功能 而只有當(dāng) CR LD EP ET 1 CP 脈沖上升沿作 用后 計數(shù)器加 1 74LS161 還有一個進位輸出端 CO 其邏輯關(guān)系是 CO Q0 Q1 Q2 Q3 CET 合理應(yīng)用計數(shù)器的清零功能和置數(shù)功能 一片 74LS161 可以組成 16 進制以下的任 意進制分頻器 表 7 1 74HC161 功能表 清零預(yù) 置 使能時 鐘 預(yù)置數(shù)據(jù)輸入輸 出 CLRNLDNENPENTCLKABCDQAQBQCQD L LLLL HL ABCDABCD HHL 保持 HH L 保持 HHHH 保持 7 2 可逆計數(shù)器可逆計數(shù)器 74LS192 74LS192 的特點是有兩個時鐘脈沖 計數(shù)脈沖 輸入端 CPU和 CPD 其中 CPU為進 位輸出端 CPD為借位輸出端 在 LD 1 的條件下 做加計數(shù)時 令 CPD 1 計數(shù)脈沖從 CPU輸入 作減速計數(shù)時 令 CPU 1 計數(shù)脈沖從 CPD輸入 圖 7 2 74LS192 十進制可逆計數(shù)器引腳圖 表 7 2 74LS192 功能表 7 3 數(shù)字比較器數(shù)字比較器 74LS85N 圖 7 3 74LS85N 邏輯功能表 74LS85N 是四位數(shù)字比較器 通過其功能表可知 要比較兩個 4 位二進制數(shù) 比較 結(jié) 清零預(yù)置時 鐘預(yù)置數(shù)據(jù)輸入輸 出 MRLDCPUCPDP0P1P2P3Q0Q1Q2Q3 HXXXXXXXLLLL LLXXABCDABCD LH HXXXX加計數(shù) LHH XXXX減計數(shù) 果用 L G M 表示 且 A B 時 L 1 A B 時 G 1 AB3 則 A B L 1 G 0 M 0 當(dāng) A3 B3 時 即 G3 1 時 若 A2 B2 時則 A B L 1 G M 0 當(dāng) A3 B3 A2 B2 即 G3 G2 1 時 若 A1 B1 則 A B L 1 G M 0 當(dāng) A3 B3 A2 B2 A1 B1 即 G3 G2 G1 1 時 若 A0 B0 則 A B L 1 G M 0 對 A B 即 L 1 上述四種邏輯情況是或得邏輯關(guān)系 只有當(dāng) A3 B3 A2 B2 A1 B1 A0 B0 即 G3 G2 G1 G0 1 時 才會有 A B 即 G 1 顯然 對于 A B 即 G3 G2 G1 G0 時與得邏輯關(guān)系 如果 A 不大于 B 也不等于 B 即 L G 0 時 則 A 必然小于 B 即 M 1 7 4 邊沿邊沿 D 觸發(fā)器觸發(fā)器 7474N 圖 7 4 74HC74 邏輯功能圖 SD 和 RD 接至基本 RS 觸發(fā)器的輸入端 它們分別是預(yù)置和清零端 低電平有 效 當(dāng) SD 1 且 RD 0 時 不論輸入端 D 為何種狀態(tài) 都會使 Q 0 Q 非 1 即觸發(fā) 器置 0 當(dāng) SD 0 且 RD 1 時 Q 1 Q 非 0 觸發(fā)器置 1 SD 和 RD 通常又稱為直接 置 1 和置 0 端 我們設(shè)它們均已加入了高電平 不影響電路的工作 通過 D 觸發(fā)器 7474N 的邏輯功能表我們可以看出 7474N 是帶有預(yù)置 清零輸入 上跳沿觸發(fā)的邊沿觸 發(fā)器 邊沿 D 觸發(fā)器有以下優(yōu)點 邊沿 D 觸發(fā)器具有接收并記憶信號的功能 又稱為 鎖存器 邊沿 D 觸發(fā)器屬于脈沖觸發(fā)方式 邊沿 D 觸發(fā)器不存在約束條件和一次變化現(xiàn) 象 抗干擾性能好 工作速度快 7 5 555 定時器定時器 LM555CM 555 成本低 性能可靠 只需要外接幾個電阻 電容 就可以實現(xiàn)多諧振蕩器 單穩(wěn) 態(tài)觸發(fā)器及施密特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生與變換電路 它也常作為定時器廣泛應(yīng)用于儀器儀 表 家用電器 電子測量及自動控制等方面 555 定時器的內(nèi)部電路框圖和外引腳排列圖 分別如圖 2 9 1 和圖 2 9 2 所示 它內(nèi)部包括兩個電壓比較器 三個等值串聯(lián)電阻 一個 RS 觸發(fā)器 一個放電管 T 及功率輸出級 它提供兩個基準(zhǔn)電壓 VCC 3 和 2VCC 3 圖 7 5 LM555CM 引腳圖 555 定時器的功能主要由兩個比較器決定 兩個比較器的輸出電壓控制 RS 觸發(fā)器和 放 電管的狀態(tài) 在電源與地之間加上電壓 當(dāng) 5 腳懸空時 則電壓比較器 C1 的同相輸入端 的電壓為 2VCC 3 C2 的反相輸入端的電壓為 VCC 3 若觸發(fā)輸入端 TR 的電壓小于 VCC 3 則比較器 C2 的輸出為 0 可使 RS 觸發(fā)器置 1 使輸出端 OUT 1 如果閾值輸 入端 TH 的電壓大于 2VCC 3 同時 TR 端的電壓大于 VCC 3 則 C1 的輸出為 0 C2 的 輸出為 1 可將 RS 觸發(fā)器置 0 使輸出為 0 電平 表 7 3LM555CM 功能表 輸入輸出 閥值輸 入 Vcc 3 2 Vcc 3 2 觸發(fā)輸入 Vcc 3 1 Vcc 3 1 復(fù)位 0 1 1 1 輸出 0 1 0 不變 放電管 T 導(dǎo)通 截止 導(dǎo)通 不變 總結(jié) 時光如梭 歲月如流 轉(zhuǎn)眼間歷時兩周的課程設(shè)計已經(jīng)結(jié)束了 時間雖然短暫 但 是這兩周的課程設(shè)計是非常難忘的 因為它讓我學(xué)到了很多東西 老師和同學(xué)們都心知肚明 我們的數(shù)字電子基礎(chǔ)上有很多欠缺 很多知識我們掌握 的都不夠扎實 而對于我來說 對數(shù)字電子的認識可以說是一片空白 在課程設(shè)計的剛 開始我便感覺到對自己沒有好好學(xué)習(xí)數(shù)字電子而感到后悔 因為看著有些同學(xué)一拿到設(shè) 計任務(wù)后便有了清晰的設(shè)計思路 自己真的著急了 然而 這兩周的課程設(shè)計竟然激起 了我對數(shù)字電子技術(shù)學(xué)習(xí)的熱心 也提高了我的自學(xué)能力 當(dāng)我感覺到自己技不如人的 時候 我便開始搜索各種有關(guān)的資料 拿起了數(shù)字電子技術(shù)教科書鉆研起來 功夫不負 有心人 經(jīng)過我的認真學(xué)習(xí)和構(gòu)思 電子門衛(wèi)系統(tǒng)之進出人員計數(shù)器的電路設(shè)計基本在 腦海里有了雛形 根據(jù)有關(guān)資料的講解和與小組成員探討 我手繪出了自己的電路圖 接下來開始學(xué)習(xí)和使用 Multisim 10 的軟件 把自己手繪的電路圖一