电子技术课程设计电子门卫系统之进出人员计数器设计4.doc

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1、 沈阳工程学院课程设计任务书课程设计题目：电子门卫系统之进出人员计数器 系 别 自动控制工程系 班级 自本082 学生姓名批准电子门卫系统之进出人员计数器的设计1 设计主要内容及要求1.1 设计目的：（1）掌握电子门卫系统之进出人员计数器的构成、原理与设计方法；（2）熟悉集成电路的使用方法。1.2 基本要求（1）对通过门禁系统进出的人员数目进行计数显示，从0-9999；（2）门禁系统里、外分别安装两个传感器（比如红外线传感器）A、B，每当有人进入时将顺序经过A、B，每当有人出去时将顺序经过B、A，设计电路能够区分此人是进入还是出去；（3）要求分别统计和显示进去的人员人次、出来的人员人次、里面还

2、逗留的人员人数；（4）当逗留人数超限时报警（比如500人）。1.3 发挥部分（1）开启清场开关时，如有人进入，系统将报警。（2）考虑有人经过A（或B）但没有继续前进又退出即连续且只经过两次 A（或B）的情况如何处理？（3）其他。2 设计过程及论文的基本要求：2.1 设计过程的基本要求（1）基本部分必须完成，发挥部分可任选2个方向：（2）符合设计要求的报告一份，其中包括逻辑电路图、实际接线图各一份；（3）设计过程的资料、草稿要求保留并随设计报告一起上交；报告的电子档需全班统一存盘上交。2.2 课程设计论文的基本要求（1）参照毕业设计论文规范打印，文字中的小图需打印。项目齐全、不许涂改，不少于30

3、00字。图纸为A3，附录中的大图可以手绘，所有插图不允许复印。（2）装订顺序：封面、任务书、成绩评审意见表、中文摘要、关键词、目录、正文（设计题目、设计任务、设计思路、设计框图、各部分电路及参数计算（重要）、工作过程分析、元器件清单、主要器件介绍）、小结、参考文献、附录（逻辑电路图与实际接线图）。3 时间进度安排顺序阶段日期计 划 完 成 内 容备注12010.7.5讲解主要设计内容，学生根据任务书做出原始框图打分22010.7.6检查框图及初步逻辑图完成情况，讲解及纠正错误打分32010.7.7检查及改正逻辑图；讲解印刷电路板图绘制及报告书写打分42010.7.8继续修正逻辑图，指导印刷电路

4、板图绘制方法，布置答辩打分52010.7.9答辩、写报告打分 2010/7/2沈 阳 工 程 学 院数字电子技术 课程设计成绩评定表系（部）指 导 教 师 评 审 意 见评价内容具 体 要 求权重评 分加权分调研论证能独立查阅文献,收集资料；能制定课程设计方案和日程安排。0.15432工作能力态度工作态度认真，遵守纪律，出勤情况是否良好，能够独立完成设计工作， 0.25432工作量按期圆满完成规定的设计任务，工作量饱满，难度适宜。0.25432说明书的质量说明书立论正确，论述充分，结论严谨合理，文字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，图表完备，书写工整规范。0.55432指导教师评审成绩（

5、加权分合计乘以12） 分加权分合计指 导 教 师 签 名： 年 月 日评 阅 教 师 评 审 意 见评价内容具 体 要 求权重评 分加权分查阅文献查阅文献有一定广泛性；有综合归纳资料的能力0.25432工作量工作量饱满，难度适中。0.55432说明书的质量说明书立论正确，论述充分，结论严谨合理，文字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，图表完备，书写工整规范。0.35432评阅教师评审成绩（加权分合计乘以8）分加权分合计评 阅 教 师 签 名： 年 月 日课 程 设 计 总 评 成 绩分中 文 摘 要当代电子技术的迅速发展，为人们的文化、物质生活提供了优越的条件，数码摄像机、家庭影院、空调、

6、电子计算机等，都是典型的电子技术应用实例，可谓琳琅满目、异彩纷呈。至于电子技术在科技领域的应用，更是起着龙头作用。电子门卫是随着世界电子技术水平和自动化控制技术水平的发展而应运而生的新兴技术产品。它以其消耗少，安全等优势很快取代了以前以人为中心的保安安全体制。现在的银行、博物馆等场所均有此类设备。随着科技的发展，相信很快，电子门卫将会走进千家万户。本设计提供的便是一款简易的电子门卫系统原理。它是以发光二极管和相对的光敏电阻组合，构成了传感器，通过555定时器，确定人员是否出入。通过计数器，减法运算电路的功能实现了对进出人数和逗留人数的显示和记录。并且有在当逗留人数超过500人时利用比较器、扬声

7、器等组成的自动报警等功能。此系统制作简单，成本低，属于全自动系统，无需人操作，在低压状态下也能良好工作，适合于小型公共场所。如有特殊需要，可根据现实情况进行改装。关键词 电力系统，电子门卫，自动化，计数目录课程设计（论文）任务书I课程设计（论文）成绩评定表III中文摘要IV1 设计任务描述11.1 设计题目11.2 设计要求11.2.1 设计目的11.2.2 基本要求11.2.3 发挥部分12 设计思路23 设计方框图34 各部分电路设计及参数计算44.1传感器及进出判定电路44.1.1传感器44.1.2控制电路44.2记数电路54.3显示电路64.4减法电路74.5清场控制器84.6人数监控

8、及报警电路95 工作过程分析106 元器件清单117 主要元器件介绍127.1计数器74160N127.2加法器7483N147.3数据比较器74HC85AD147.4译码器及数字显示器157.5 555定时器17小 结19致 谢20参考文献21附 录 A1 逻辑电路图22附 录 A2 印刷电路图231 设计任务描述1.1 设计题目：电子门卫系统之进出人员记数器1.2 设计要求1.2.1 设计目的(1) 掌握电子门卫系统之进出人员计数器的构成、原理与设计方法； (2) 熟悉集成电路的使用方法。1.2.2 基本要求(1)对通过门禁系统进出的人员数目进行记数显示，从0-9999；(2)门禁系统里、

9、外分别安装两个传感器（比如红外传感器）A、B，每当有人进入时将顺序经过A、B，每当有人出去时将顺序经过B、A，设计电路能够区分此人士进入还是出去；(3)要求分别统计和显示进去的人员人次、出来的人员人次、里面还逗留的人员人数； (4)当逗留人数超限时报警（比如500人）。1.2.3 发挥部分(1)当开启请场系统后，进入门内的动作将被禁止，一旦出现系统将发出报警；(2)当有人经过A（或B）但没有继续前进又退出即连续且只经过两次A（或B）的情况如何处理？ 2 设计思路既然要显示进入与出去人数，就少不了用传感器。我选用的是发光二极管和与之相配的光敏电阻，当有光照射到光敏电阻时，其电阻非常小，此时系统不

10、工作，当有人进入时，电阻阻值迅速增大，给555定时器一个信号，系统开始工作。当人进入时，信号进入记数器，计数器开始工作，人数在0-9999之间，所以我选用了4个74160用做进入人员记数，又因为计数器本身记录的是二进制数，所以记数器接连译码器7448，译码器接连显示器。同样的，出去人数的电路也是如此。大体思路如此，下面是一些细节方面的问题。怎样辨别人是进入还是出去呢？因为有A、B两个传感器，而根据这两个传感器发出感应信号的先后就可以判断经过传感器的个体进出的情况。将A靠外放置，将B靠内放置，当有人进来的时候，必然会先碰触A传感器，A传感器发出的信号被判别电路直接送到计数电路中，记录的进入人数加

11、1，而人经过B时，B所发的信号被直接滤掉，从而完成一次计数。同理，出去人数的记录过程一致。另外，逗留人员是利用减法电路来计算的。减法电路是用两个加法器相连，第一个加法器求被减的原数和被减的反数后，如果减的开，则经过第二个加法器加零后输出。当本位不够时，输出结果经过第二个加法器加十，就完成了一位的减法计算，求两个四位输出之差就需要四个这样的装置相连来实现。而最后输出的结果再接个数字显示系统就可显示出来。而清场系统则是将所求逗留人数接入一个可控制开启关闭的电路，当电路工作时，此电路检测减法器输出的数据，如果不为0，则持续输出一个信号，当进入信号再次出现时控制报警灯开启，实现了禁止进入的目的。当电路

12、不再检测到有滞留人数后，便不再输出信号，从而达到清场的目的。最后，由555组成的多谐振荡器报警系统就只是将求减所得数据接入一个数据比较器，当其输出大于设定值4便输出信号使喇叭工作报警。3 设计方框图数据显示器译码器计数器入传感器A判断电路计数器出 传感器B数据显示器译码器减法电路清场控制电路译码器数据显示器比较器报警器4 各部分电路设计及参数计算4.1传感器及进出判定电路4.1.1传感器如图所示为传感器及进出判定电路。光敏电阻受到发光二极管照射电阻接近于零，则传感器向555控制电路持续输出高电频，当有人经过门卫时，身体将发光二极管发出的光线挡住，使光敏电阻阻值上升,即输出一个低电平给555定时

13、器。4.1.2控制电路两个555，分别构成单稳态触发电路，当其中一个收到第一个传感器的信号后，开始在3端输出一个长为T的信号。并且在T的这段时间内阻止另一个触发器接受信号工作。当第二个传感器发出信号后，电路向对应记数器发出一个信号CP，使计数器工作。4.2记数电路四个计数器并排接在一起，前一个的进位端接入后一位的使能端。触发同时接于CLK四个记数器上，原理是当CLK记数信号出现时第一计数器开始工作，由于其他计数器使能端无信号则无法正常工作。由于74160为10进制，所以当第一个计数器到10进位时进位端RCO发出一信号给第二触发器使能端。当再来CLK信号时第二计数器可以工作，记录数据加1。以此类

14、推，从而实现了四位数8421BCD码的记数功能。4.3显示电路7448直接接受8421BCD码并将其转换成7位码，然后将其输出。当RBI端接高电平时如果接到信号为0000则显示0，接低电平时无显示。两器件组合成一个显示单元，实现一位数字的显示。四个单元共同作用实现了四位数输出的功能。除了本电路系统适用外，任何需要整数输出的工作电路中都能应用。具体采用件数由显示位数决定。4.4减法电路被减数和减数的反码(原码的非)相加等于两数的差, 当本位不够时，输出结果经过第二个加法器加十，就完成了一位的减数计算，输出的同时也将在其上位输出一个信号，告诉上一位本位相加时是否向前借位，使上位自动减1或不减，最高

15、位的输出端接入最低位输入端形成进位循环，从而全面实现全减功能。但本电路都是依据被减数大于等于减数进行设计，极不考虑为负情况。 这样就很好的实现了用加法器作用的减法功能,而且这种接法,最大的好处就在于直接将被减数和减数的8421BCD码输入部件中,即可算得所得的得数相对应的8421BCD码.无须转换,无须编码,方便快洁,使本系统中没有任何二进制计算,所有数据都根据8421BCD码的相对关系进行处理运算,最后实现功能.提高了系统运算的效率,剩去了编码器,译码器等多余的部件,降低了成本,也使本电路的可行性和直观性更强,更容易理解.具体计算原理如下:将8421BCD码表示的减数的反码送到第一加法器,记

16、过的原码或反码送到第二加法器,这里加1010还是0000,取决于该十进制数的符号和最终结果的符号.正的或负的最终结果的例子如图,箭头指出到下一十进位的进位或循环进位.举例如下所示:4.5清场控制器比较器传感器 S开关开通时,端线所接减数器所接数据输出信号,因为是或的关系所以只要输出不全为0则一直使与门前S开关端输出一个1的信号.当这时再有进的信号进入,则发光二极管接到1信号发光报警.与S门支线相对的关系也为或的支线,连接在比较器端,当滞留人数超过500人后,起到和闭合S开关一样的效果. 4.6人数监控及报警电路 此电路的组合效果就是当室内滞留人数超过500以后,系统便报警由喇叭发出报警信号.要

17、完成此功能,先要知道室内到底有多少人,而这一点由前面的电路都已实现,只要引入减法电路的输出即可,然后将其输入到数据比较器中进行比较,因为题目所设为500人,对人数要求精度只到百位,电路中只用一个数据比较器对减法器的百位输出端进行比对,并把比较数设置为4,这样当减法电路输出数据百位一旦大于4(首先为5时符合条件),比较器大于位信号端便持续输出一个信号.而电路把这个信号输送给由555定时器组成的多谐震荡电路的工作控制端,让震荡电路工作,产生一定频率的脉冲信号,催动交流喇叭发出报警音,实现电路功能.5 工作过程分析下面将电子门卫的工作的整套流程做以下分析:正常状态下:当电源开启,电子门卫计数系统开始

18、正常工作.当有人进入房间时,则触发传感器, 经过判断电路判断为进,向进入计数器发出一个脉冲信号,使计数器得到信号,记录数据加1.随后,有N个人进入房间进行房间内提供的规定活动,计数器便全部记录了进入的人次.当有人离开房间时,进出判定系统判定为出,则传感器向出计数器发出一个脉冲信号,使出计数器记录加1.而同时接受两个计数器信号的减法运算电路随时随刻将两个计数系统中的现时数据进行求差处理并把结果同总共进入人数,总共离开人数两数据一样同过数字显示系统显示在数字显示屏上.当超过500人时:减数电路输出信号对应数据高于500人后,系统中检测电路数据比较器将发出报警信号,使由多谐震荡器和交流电源喇叭组成的

19、报警音提供电路工作,发出报警音,并且持续向报警发光二极管端发出一个高电平信号,使系统保持禁止进入状态,当判断电路又向进计数器系统中发出有效信号时,警报发光二极管工作发光,示意报警.当将清场开关闭合时:把S开关闭合,使电子门卫系统进入清场状态.清场电路将实时监控减法电路输出端所有信号,只要有不为0的信号出现,则会向警报发光二极管端输出一个高电平信号,当进出判断电路向进计数器系统发出有效信号时,则报警发光二极管工作发光,发出警报说明非法进入.当减数系统不再输出有1信号后,证明已经清场完毕,就不再向警报发光二极管送出信号.6 元器件清单名称型号数量计数器74160N8数据比较器74HC85AD1译码

20、器7448N12加法器7483N8数字显示器SEVEN-SEG-COM12555定时器555-VIRTUAL3另有与门,非门,发光二极管,交流电源喇叭,光敏电阻等.7 主要元器件介绍7.1计数器74160N 做为集成计数器,74160是最基本的一个器件.它从0开始记数,周期为10,即到9后归零.功能表如下:DCBALQA QBQCQDDCBACLETEPLD输 出预置数据输入时钟使能预置L L L LX X X XLH保 持X X X XLXH计 数X X X XHHH保 持A B C D由功能表可知74160,CLK每来一个上升沿，计数器的值增1. RD为异步清零端,LOAD是预置数控制端,

21、A,B,C,D是预置数据输入端,ENP和ENT是计数器使能端,RCO是进位输出端,它的设置为多片集成计数器的级联提供了方便.它的时序图如下:由图可知,首先加入一个清零信号RCO=0,使触发器的状态为0,即计数器清零.RD变为1后,加入一置数信号LD=0,该信号需维持到下一个时钟脉冲的正跳变到来后,在这个置数信号和时钟脉冲上升沿的共同作用下,各触发器的输出状态与预置的输入数据相同,这就是预置操作.接着是EP=ET=1,在此期间74160处于计数器状态.这里是从淤滞的DCBA=1100开始计数,直到EP=0.ET=1,计数状态结束,转为保持状态,计数器输出保持EP负跳变前的状态不变,图为输出为00

22、10,RCO=0.7.2加法器7483N SN7483是课内没有涉及的四位二进制加法器,它的执行内部连接成行波(串行)进位的并行加法.对每一位都提供和的输出,结果的进位输出C0和C4是从最后的全加器级得的.7.3数据比较器74HC85AD 集成数值比较器74HC85AD是四位数值比较器,提功能如下图所示.两个四位数的比较是从A的最高为A3和B的最高位B3进行比较,如果它们不相等则该位的比较结果可以作为两个数的比较结果.若最高位A3=B3,则再次比较次高位A2和B2,余类推.显然,如果两数相等,那么比较步骤必须进行到最低位才得到结果.输 入输 出A3 B3A2 B2A1 B1A0 B0IABIA

23、BFA B3HLLA3 B2HLLA3 = B3A2 B1HLLA3 = B3A2 = B2A1 B0HLLA3 = B3A2 = B2A1 = B1A0 VCC,VL2时,C1=0,C2=1,基本RS被置0. T导通,V0=0. 2, VL1VCC,VL2时,C1=1,C2=0,基本RS被置1,T截止,V0=1.3, VL1时, 基本RS,R=1,S=1,触发器状态不变,电路也保持原状态不变 不变不变0截止1导通0 T VOVI2VI1输 出输 入导通.小 结经过一学期的电子学习，我对模拟电子和数字电子有不同于以前的了解。最后，以一周的数字电子设计圆满的结束了我的电子技术学习生涯。在电子设计

24、中，我不但巩固了课上学习的一些知识，例如由555定时器组成的单稳态触发器和多谐振荡器，对其工作波形和功能表有了更深刻的了解；由74160组成的十进制计数器等。还对一些课外的知识有了初步的了解。利用加法器7483N使被减数和减数的反码即原码的非相加，结果为两数的差，当本位不够时，输出结果经过第二个加法器加十，就完成了一位的减数计算，这些在前面已经说过，在这里就不多说了。在一周的电子设计中，尽管面临着期末的四科考试，我还是按时的交原理图，答辩，设计报告。有时候遇到没有弄明白的问题也在老师耐心的讲解下成功的克服了。同时也加深我对一些涉及到的零件的运用和理解，熟悉了工具书的查找与运用，为以后的工作学习

25、打下了基础。在数字课设的设计阶段，我们重新熟悉了数字电子这一学期以来说学到的各种内容，并向知识结构的更深层次迈进，对各种器件的多方面应用扩展进行了研究。这让我们的思维更加活跃，也对电子技术的诸多方面也有了更深的理解。当然，在电子设计的报告制作时，避免不了用软件，在多次尝试各种软件绘制图形时，我对软件的应用也有了进步，最后用的是Multisim软件，使我对它的一些功能能更了解。在这段期间，我对电子制图的方法有了更深的理解和技术水平上的提升。总之，这周的电子设计使我受益匪浅。致 谢最后，再一次感谢老师，谢谢您们！参考文献1 康华光.电子技术基础（数字部分）.北京:高等教育出版社,20062 赵负图.数字逻辑集成电路手册.北京:化学工业出版社,20053 刘建成,严捷.电子技术试验与设计教育.北京:电子工业出版社,20074 杨刚，周群 电子系统设计与实践。北京：电子工业出版社 20045 巴益久 译.TTL集成电路.上海:上海人民出版社,1975附 录 A1 逻辑电路图附 录 A2 印刷电路图