电子技术课程设计电子门卫系统之进出人员计数器设计1.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 电子门卫系统之进出人员计数器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技术显示，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、里面逗留的人员人数。（4）当逗留人员超限时报警（比如500人）。1.

2、3 发挥部分（1）当人员计数器达到9990-9999时，发出溢出报警信号；（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3000字。图纸为A3，附录中的大图可以手绘，所有插图不允许

3、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12010.7.05讲解主要设计内容，学生根据任务书做出原始框图22010.7.06检查框图及初步逻辑图完成情况，讲解及纠正错误32010.7.07检查及改正逻辑图；讲解印刷电路板图绘制及报告书写42010.7.08继续修正逻辑图，指导印刷电路板图绘制方法，布置答辩52010.7.09答辩、写报告201

4、0-7-2指导教师评审成绩（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 两个加计数器和可逆计数器及判断执行电路等组成电子门卫进出人员

5、计数器，对射光线选择在人员出入必须经过的地方。如果没有人员出入，对射光线没有被遮挡时，接收电路输出低电平；而当有人员等物体通过时，光线被遮挡，接收电路就输出高电平。于是就产生了一个输出脉冲。 当人员外进入时，由A到B有人经过A再经过B应该使记录进入人次的计数器计数，人经过B再经过A时应使记录出去的计数器计数 ，同时使可逆计数器也分别进行相应的加计数或减计数，又要考虑只经过A或B的情况应为无效状态，于是我利用两个JK触发器组成的一个控制电路来控制计数器的计数。然后就是驱动部分和显示部分，我利用八个74LS290来进行十进制加计数三个74LS192来进行十进制可逆计数器，又用7448七段译码/驱动

6、器来驱动共阴极的显示器。这些是主体部分的设计，而发挥部分是人次计数器打到999x时进行报警，而这个部分需要我们学过的555定时器组成的单稳和脉振做成的报警系统。它需要两片5G555芯片，第一片接成单稳态触发电路，当有外加低电平触发信号触发后，电路由稳态翻转到暂稳态即为高电平，于是它的输出信号接在另一个5G555芯片组成的多谐振荡器，则多谐振荡器工作产生矩形脉冲波使扬声器发出警报声。另一个发挥部分是两个JK触发器同时也是这段电路的主体，其触发器1的CP和触发器2的J是由传感器A控制.触发器1的J和触发器2的CP是由传感器B 控制。其传感器A、B的输出端常态下为低电平，Q1端接往进人员计数器的CP

7、端。1与R1连接并接往逗留人数可逆计数器的CPU端（即此时为加记数），Q2端接往出人员计数器的CP端，2与R2连接并接往逗留人数可逆计数器的CPD端（即此时为减记数）。此电路不仅能实现基本要求的功能还能同时达到发挥部分2的要求。这就是进出人员计数器人数识别系统的基本原则。关键词：加计数器电路，可逆计数器电路，共阴极的显示器，报警系统，触发控制电路目 录课程设计任务书I课程设计成绩评定表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传感识别

8、脉冲发生电路44.2 进、出人员计数电路64.3 逗留人员可逆计数电路74.4译码显示器电路84.5溢出报警电路和超限报警电路94.5.1 溢出报警电路简介95 工作过程分析106 元器件清单117 主要元器件介绍127.1 二-五-十进制计数器74290127.2 十进制可逆计数器74192137.2.1 74192可逆计数器的功能表137.3 八输入与非门7430147.4 555定时器157.4.1 555定时器的组成和功能157.5译码器及数字显示器167.6 有置位和复位正边沿触发的双J-K触发器74HCT10918小 结19致 谢20参考文献21附 录 A1 逻辑电路图22附 录

9、A2 实际接线图23 1 设计任务描述1.1 设计题目：电子门卫系统之进出人员计数器1.2 设计要求1.2.1 设计目的掌握图书馆系统之进出人员计数器的构成、原理与设计方法。熟悉集成电路的使用方法。1.2.2 基本要求对通过门卫系统进出的人员数目进行计数显示，从0-9999；门禁系统里、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；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；当逗留人数超限时报警（比如500人）。1.2.3 发挥部分当人次计数器达到9990-9999时

10、，发出溢出报警信号：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？2 设计思路初次尝试电子技术数字设计，困难重重，经过大家的琢磨与商量，其次是到图书馆查阅相关资料，最终确定了此次课程设计的思路。首先，我用了11个LED显示屏，8个用于显示进出人员计数，剩余3个用于显示逗留人员。本次课程设计中，我还用到了大家最熟悉的74290计数器，7448译码驱动器，74192可逆加减计时器分别用于记述所要的结果。要智能判断出人员的进出有点困难，所以我采用了逻辑性最好的JK触发器来实现首先利用安装在门禁系统外、门内的A，B两个传感器将人员的进出动作转化为电信号送入JK

11、触发器中去，我采用光电技术来实现其次利用JK触发器将人员进信号转为CP（）脉冲驱动进入人数计数器（1-4）工作和CP(）脉冲驱动逗留人数加减计数器（912）进行加计数工作并译码显示进入（14）和逗留（9-11）。在利用JK触发器将人员出信号转为CP（）脉冲驱动出去人数计数器（5-8）工作和CP(）脉冲驱动逗留人数加减计数器（912）进行减计数工作并译码显示出去（5-8）和逗留最后为实现发挥部分的要求，在这里还应实现当人员顺序经过传感器A、B时应由传感器A发出控制JK触发器（进入）工作的CP()脉冲,之后B发出控制J的脉冲；当人员顺序经过传感器B、A时应由传感器B发出控制JK触发器（出去）的CP

12、()脉冲，之后A发出控制J的脉冲。（9-11）当进入人数计数器达到9990和逗留人数计数器达到500时应分别发出CP脉冲信激活溢出报警电路和超限报警电路。报警部分我用到了单稳态触发器并设定了其报警的时间，用555构成的多谐震荡电路给报警部分一个震荡脉冲。总体思路如上所述，看似简单，但当真正付诸于实践画图时才发现其中的微小部分都需要我们仔细揣摩。3 设计方框图进入人数显示器逗留人数显示器出去人数显示器译码驱动器译码驱动器译码驱动器逗留人数超限控制出去人员计数器电路进入人员计数器电路人数超限报警器逗留人员可逆计数器 电路光电传感开关控制电路触发控制脉冲电路4 各部分电路设计及参数计算4.1传感识别

13、脉冲发生电路图4.1.1图4.1.2此电路是做为一个把人员进、出动作转为电信号并且判断是进入还是出去同时控制计算器工作。 A与B传感器采用的是光电导通的原理。正常状态下，发光二极管发光使VT导通，输出端电压为低电位；当有人进或出使会经过传感器挡住二极管的发光，此时VT截止，阻值就会接近于无穷大，这时输出端为高电位。 两个JK触发器是这段电路的主体，其触发器1的CP和触发器2的J是由传感器A控制.触发器1的J和触发器2的CP是由传感器B 控制。其传感器A、B的输出端常态下为低电平，Q1端接往进人员计数器的CP端。1与R1连接并接往逗留人数可逆计数器的CPU端（即此时为加记数），Q2端接往出人员计

14、数器的CP端，2与R2连接并接往逗留人数可逆计数器的CPD端（即此时为减记数）。此电路不仅能实现基本要求的功能还能同时达到发挥部分2的要求。现以人员顺序经过A、B时的波形分析来说明以上观点从以上波形图可知当人在顺序经过A、B时，触发器A、B能发出有效CP波形与J脉冲，而这正是进人员计数器和逗留人员加计数器的驱动，且此时若人员只是多次重复经过传感器A而未经过传感器B，Q就不会产生CP1，自然也就不会有的输出波形，这就成功的解决了发挥部分2所提出的问题。当人经过B、A产生对出去人员计算器与逗留人员减计数器的驱动。4.2 进、出人员计数电路图4.2.1计数器部分由4个72LS290二-五-十计数器构

15、成。RO1、R02为计数器72LS290的清零端，当RO1、RO2接高电平时，计数器清零。R91、R92为计数器72LS290的置九端。当RO1、RO2、R91、R92都为低电平时计数器正常工作。当CPB端与QA端相连就构成十进制计数器。当有人进入时的脉冲进入驱动计数器计数，72LS290在脉冲的下降沿处计数一次。将QD与下一计数器的输入端CPA相连，当计数器达到9后QD会输出一个高电平，做为下一计数的输入脉冲。当计数器达到9990时，发出报警信号。显示部分是由4个七段数字显示器和4个74HC4511七段显示译码器构成。74HC4511七段显示译码，当输入8421BCD码时，输出高电平有效，用

16、以驱动共阴极显示器。当输入为1010-1111六个状态时，输出全为低电平，显示器无显示。该集成显示译码器设有三个辅助控制端，当LE为低电平，BL非和LT非端为高电平时，正常工作。出去人数计数器的工作原理与进入人数计数器工作原理相同。下面以QD的输出波形来分析此计数器的进位过程。4.3 逗留人员可逆计数电路图4.3.1此电路的功能是随时显示逗留在房间内的人数，其主体是一个十进制的可逆计数器74LS192。在这个电路中可逆计数器有两个CP控制端，分别为CPU和CPD。当CPU有脉冲输入时，此计数器为加计数工作，所以如上图所示CPU与Q1相连；当CPD有脉冲输入时，此计数器为减加计数工作，所以如上图

17、所示CPD与Q2相连。此计数器之间还可以构成进位输入和借位输出。如上图所示CO与CPU相连就构成了进位输入，BO与CPD相连就构成了借位输出，这样此电路就完成了可逆计数的功能。44译码显示器电路显示译码器的主要功能为把计数器中的输出的编码一对一的编译成LED显示器所用的编码。如图7.4所示a,b,c,d,e,f,g.分别对应LED显示器的a,b,c,d,e,f,g端，由显示器分别显示数值1，2，3，4，5，6，7，8八个数。此显示器为共阳极显示器当接低电平时显示器根据计数的状态来显示数值。4.5溢出报警电路和超限报警电路4.5.1 溢出报警电路简介上图所示为一溢出报警电路，其主体是有单稳触发器

18、和多谐振荡器构成。Vi通过一与非门和计数器相连。常态时单稳触发器的输入端输入为一高电平故输出端3脚输出为一低电位，则多谐振荡器一直处于复位状态，此时报警电路不工作；当进人员计数器超过9990时，单稳触发器输入端输入为一低电平，多谐振荡器被激活工作报警。单稳触发器1产生持续秒报警，多谐振荡器2产生报警。电路参数计算5 工作过程分析我做的电子门卫系统之进出人员计数器。其原理是1 设计传感器电路。此传感器A与B电路能将人员进出房间的动作转化为电信号并送入触发器中，并做为控制整个电路工作的总开关。2 JK触发器能够智能判断是进入还是出去，使其功能满足基本要求和发挥要求.A与B传感器采用的是光电导通的原

19、理。正常状态下，发光二极管发光使VT导通，输出端电压为低电位；当有人进或出使会经过传感器挡住二极管的发光，此时VT截止，阻值就会接近于无穷大，这时输出端为高电位。此触发器是将传感器送来的信号进行智能分析，能区分出人员的进、出和是否真的进入出去房间，并向不同的计数器发出CP脉冲控制其工作。当有人进入时的脉冲进入驱动计数器计数，72LS290在脉冲的下降沿处计数一次。将QD与下一计数器的输入端CPA相连，当计数器达到9后QD会输出一个高电平，做为下一计数的输入脉冲。3如果人次计数达到999X时，或者可逆计数器达到500时，555定时器组成的单稳触发电路，在外加低电平触发信号触发后，电路由稳态翻转到

20、暂稳态即为高电平，于是它的输出信号接在另一个5G555芯片组成的多谐振荡器，则多谐振荡器工作产生矩形脉冲波使扬声器发出警报声。6 元器件清单元器件型号数量备注共阴极显示器11二-五-十进制计数器74LS2908四位十进制可逆计数器74LS19234线-七段译码/驱动器744811双J-K触发器74HCT1092上升沿触发三极管3两输入与非门74001八输入与非门74LS301两输入与门74LS081555定时器NE5552报警器电源接地1电阻电容4扬声器1报警器7 主要元器件介绍7.1 二-五-十进制计数器7429074LS290是一种典型的集成异步计数器，具有异步清0、异步置9和异步计数功能

21、，引脚排列图和逻辑功能示意图如图所示，功能如表所示。复位输入置位输入时钟输出R0（1）R0（2）R9（1）R9（2）CPQAQBQCQDHHLXXLLLLHHXLXLLLLXXHHXHLLHLXLX计数LXXL计数XLLX计数XLXL计数7.2 十进制可逆计数器741927.2.1 74192可逆计数器的功能表 输入输出CRLDCPuCPDD3D2D1D0Q3Q2 Q1Q01000000Dcbadc ba01上升沿1加计数011下降沿减计数 D0、D1、D2、D3置数并行数据输入； Q0、Q1、Q2、Q3计数数据输出； CR清零端； LD置数端； CPU加法计数CP输入； CPD减法计数CP输

22、入；此计数器为一十进制可逆计数器，其中CPU为进位输出端，CPD为借位输出端，当CP脉冲分别与CPU、CPD相连时就实现了计数器的加、减计数。7.3 八输入与非门7430八输入与非门功能表输入输出输入输出ABCDEFGHABCDEFGHLXXXXXXXHXXXXXLXXHXLXXXXXXHXXXXXXLXHXXLXXXXXHXXXXXXXLHXXXLXXXXHHHHHHHHHHXXXXXLXXH7.4 555定时器7.4.1 555定时器的组成和功能 下图是555定时器内部组成框图。它主要由两个高精度电压比较器A1、A2，一个RS触发器，一个放电三极管和三个5K电阻的分压器而构成。它的各个引脚

23、功能如下：1脚：外接电源负端VSS或接地，一般情况下接地。8脚：外接电源VCC，双极型时基电路VCC的范围是4.5 16V，CMOS型时基电路VCC的范围为3 18V。一般用5V。3脚：输出端Vo2脚：低触发端6脚：TH高触发端4脚：是直接清零端。当端接低电平，则时基电路不工作，此时不论、TH处于何电平，时基电路输出为“0”，该端不用时应接高电平。5脚：VC为控制电压端。若此端外接电压，则可改变内部两个比较器的基准电压，当该端不用时，应将该端串入一只0.01F电容接地，以防引入干扰。7脚：放电端。该端与放电管集电极相连，用做定时器时电容的放电。在1脚接地，5脚未外接电压，两个比较器A1、A2基

24、准电压分别为2/3VCC,1/3VCC的情况下，555时基电路的功能表如下表所示。清零端高触发端TH低触发端Qn+1放电管T功能00导通直接清零10导通置011截止置11Qn不变保持7.5译码器及数字显示器7448译码器也称七段显示译码器.它与BS201数字显示器直接相连成为数字显示电路,构成输入8431BCD码输出数字图形的功能7448的功能表如图所示,可以看出7448的书粗高电平有效,用以驱动共阴极显示器.它有多个辅助控制端,用以增强器件功能.功能端有：LT，RBI，BI/RBO简要说明如下：1， 灭灯输入BI/RBO：BI/RBO是特殊控制端，有时做为输入，有时做为输出。当BI/RBO作

25、为输入使用且得到低电平时，无论其他输入端、是什么电平，所有各段输出都为空2， 试灯输入LT：当得到低电平，且BI/RBO为高电平时，无论输入端是什么信号各输出电子管都被驱动发光。动态灭灯输入RBI：当LT=1，RBI=0且输入代码为0000时，各段电子管都熄灭。这样就可以实现高位无信号时的“消隐”。 功能表7.6 有置位和复位正边沿触发的双J-K触发器74HCT109功能表输入输出输入输出SRCPJKQQSRCPJKQQLHXXXHLHHHL触发HLXXXLHHHLH不变LLXXXHHHHHHHLHHLL不变HHHXX不变小 结 为期一周的数电课程设计匆匆而又疲劳得度过，虽说是一周可由于初次尝

26、试，陌生而又不清晰的对所学课程的掌握，大家都勤勤恳恳加班加点最终在第十九周圆满完成任务。课设是艰苦的。但其磨练了我们的意志，增强了大家自主学习的能力。同时也促进了同学之间更加深厚的情谊。首先感谢老师不厌其烦的指导，每一份智慧结晶产生的同时也是老师辛勤耕耘的硕果，其次感谢帮助我的同学，是大家让我懂得了在如此充满竞争的社会里，效率的重要性。老师提前发放了所要设计的课题，当我拿到我的设计题目时，我的脑海中一片空白，不知道从哪下手，不知道该怎样设计也不知道应该怎样查找资料，每天忙忙碌碌但却一无所获。之后我查阅了图书馆的相关资料。经过几天的摸索知道了我们小组所要设计的课题的主题部分主要是计数器，起初对计

27、数器并不是很了解。经过老师课上的详细讲解与剖析明白了不同进制之间的相互转换，掌握了一些常见计数器的功能表。同时通过本次课程设计，可以教会我们将书本上学到的知识应用于实践，学会了电路排版。虽然过程中遇到了一些困难，但是在解决这些问题得过程中无疑也是对自己自身专业素质的一种提高与肯定。此次设计不仅增强了自己在专业设计方面的信心，鼓舞了自己，更是一次兴趣的培养。一个看似简单的电路，要动手把它设计出来就比较困难了，这是因为涉及要求我们具备坚韧的意志，美好的品质，刻苦的求学精神，以及顽强的毅力。这也是我们今后走向工作岗位所必备的品质。电子门卫系统进出人员计数器综合了电子技术数字部分的大部分内容。涉及显示

28、器，译码驱动器，不同进制计数器以及555相关内容及其应用，要掌握好本次设计的要求必须把握每一部分的内容，理解深透，透彻，重要部件的熟记，这是课设教会我们的，也是我们人生路上一身相伴的精神与灵魂的寄托，懂得知之为知之，不求甚解得中华民族优良传统。从一无所知到熟练基本对电路的掌握，这是一个学习的过程，也是提升自我的过程。 致 谢 我的数字电子课程设计是在地悉心指导下完成的。老师虽然忙碌但其渊博的专业知识，严谨的治学态度，精益求精的工作作风，诲人不倦的高尚师德，严以律己、宽以待人的崇高风范，朴实无华、平易近人的人格魅力对我影响深远。不仅使我树立了远大的学术目标、掌握了基本的研究方法，还使我明白了许多

29、待人接物与为人处世的道理。本设计能够顺利完成，每一步都是在张老师的指导下完成的，倾注了大量的心血。在此，向老师表示崇高的敬意和衷心的感谢！本课设地顺利完成，离不开各位老师、同学和朋友的关心和帮助。在此感谢我的组员；对我的提示，关心，支持和帮助。在课设期间，我感谢我的室友给我的帮助。同时对我同学的指导和帮助，在此表示深深的感谢。没有他们的帮助和支持是没有办法完成我的课程设计，同窗之间的友谊永远长存。参考文献1康华光.电子技术基础.北京：高等教育出版社，20002吕广平,徐笑貌.集成电路应用500例.北京：人民邮电出版社，19833胡锦.数字电路与逻辑设计.北京：高等教育出版社,20024肖景和,赵健初学无线电-电子电路分析北京：人民邮电出版社,20065杨刚,周群.电子系统设计与实践.北京：电子工业出版社,20046何小艇电子系统设计杭州：浙江大学出版社,20017尹雪飞,陈克安集成电路速查大全 西安：西安电子科技大学出版社,20028绳广基.数字逻辑电路设计与实验.上海：上海交通大学出版社，19879孙余凯，项绮明等.精选实用电子电路260例.北京：电子工业出版社，2007附 录 A1 逻辑电路图附 录 A2 实际接线图