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1、目 录课程设计任务书课程设计成绩评定表中 文 摘 要1 设计任务描述11.1 设计题目：电子门卫系统之进出人员计数器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 光电耦合电路44.2触发脉冲控制电路54.3 进出人员计数电路和显示电路74.4 逗留人员可逆计数器电路和显示电路84.5数据监控及报警电路94.5.1参数计算94.6发挥不分105 工作过程分析116 元器件清单127 主要元器件介绍137.1 74LS192双时钟可逆计数器137.1.1 74LS192可逆计数器的管脚图13
2、7.1.2 74LS192可逆计数器的功能表137.2 74LS290十进制计数器147.2.1 74LS290十进制计数器管脚图147.2.2 74LS290计数器的功能表157.3 7448共阴极译码器157.3.1 7448管脚图157.3.2 7448功能表及功能介绍167.4 LED显示器（七段数码管）177.4.1显示器管脚图177.4.2显示器的功能介绍177.5 NE555定时器管脚图187.5.1 NE555功能表19小 结20致 谢21参考文献22附 录 A1 逻辑电路图23附 录 A2 实际接线图241 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
3、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）当人次计数器达到9990-9999时，发出溢出报警信号： （2）考虑有人经过A（或B）
4、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 设计思路我们组选择了电子门卫之进出人员计算器，初一看题目觉得很难，但在张老师的细心讲解下，大概了解了一下思路。其实这个题目有两个难点，第一个就是怎样把人员出去进入转化成高底电平的变化，第二个就是每一组都面临的计数器的级联使计数器扩大计数容量这个难点和重点。首先，需要有个光电耦合器，将人员进出的情况转变为电信号的高低电平的变化。光电耦合电路的作用是，每当有人经过它时，人的身子遮挡住发光二极管发出的光束，使三极管由导通变为截至，使它的输出电平从0跳变为1；每当有人完全通过它时，此时刚好相反，使它的输出电平从1跳变为0。其次，要有个
5、逻辑控制电路,对两个光电耦合器发出的信号实现接收。然后将高低变化的电平转化为一个一个脉冲用于计数器计数。这个我准备用两个集成边沿D触发器7474，这个逻辑电路就可以实现当有人经过的时候就会产生一个脉冲的作用,是整个电路的开始,只有这个电路才能开启下面的功能。然后要用计数器和显示器,对两个集成边沿D触发器7474转换来的脉冲实现计数。计数器显示的数字用7段显示器来实现显示,用4-7译码器7448对计数器进行译码，最大可显示9999，正好满足题目要求。计数器要分为2种：一种是实现加法计数器，我选择是异步十进制加法计数器74LS290，分别用于进出人员的计数;另一种要实现可逆计数,我选着了74LS1
6、92，它有2个输入端口，分别为进位CO和借位BO，能分别实现加减法，对逗留人数的计数。这个电路就是当有人经过的时候就会有一个脉冲会给计数器，显示器个位由1增大9，然后向高位进位，以此类推，最后直到显示最大计数9999。 然后是报警系统,这里我用了当进出计数器到达9990-9999时或逗留计数器达到500的时候,就会对报警系统产生一个低电平脉冲,加到模拟声响电路，此信号加在多谐振荡起上产生矩形脉冲使扬声器发出报警。以上是电路的主体部分我还选择了二个发挥部分：第一个是实现进出人数到达9990-9999的时候报警；第二个发挥部分是我巧妙的动过判断电路来实现人员二次经过A或B的情况，从而大大的减少了元
7、器件的使用。以上就是我设计的电子门卫计数器的基本思路，难免有不妥之处，之后的设计中将逐步完善。3 设计方框图3.1设计装置方框图进入人员显示器 出去人员计数器进入人员计数器出去人员显示器 逗留人员计数器 报警器人员溢出、人员超限逗留人员显示器 B传感器 A传感器图3.1电子门卫系统之出入人员计数器设计方框4 各部分电路设计及参数计算 4.1 光电耦合电路逻辑控制电路逻辑控制电路4.1图光电耦合电路 工作过程分析：电子门卫系统的门外和门内分别装有两个传感器。当有人通过传感器时，人的身影将二极管发出的光遮挡住，此时三极管处于截至区，输出电平为电源Vcc的高电平（即为“1”）；人完全通过传感器时，人
8、的身影不遮挡住三极管发出的光，此时三极管处于导通区，输出电平为接地的低电平（即为“0”）。两个传感器分别为A和B，当有人从电子门卫系统的门外进入时，即从A到B时，电平的变化依次为00，10，11，01，00，当有人从电子门卫系统的门内出去到门外时，即从B到A时，电平的变化依次为00，01，11，10，00，进出人员的实际情况转化为电平的高低变化，然后再传送给下一个单元的逻辑控制电路中的边沿D触发器。4.2触发脉冲控制电路出去人员计数器进入人员计数器逗留人员计数器传感器B传感器A4.2 触发脉冲控制电路工作过程分析：电子门卫系统中门内和门外分别安装两个传感器A、B，与A相连的触发器为D1，与B相
9、连的触发器为D2，无人经过时传感器输出信号为低电平，有人经过时输出变为高电平，当接通电源后，无人经过时传感器输出为低电平，与传感器相连的D触发器的R端有效，Q端输出为0此时不计数。当有人经过A时而未经过B时，A输出变为高电平，D1清零端无效，但此时D1触发器无时钟脉冲信号输入，Q1端输出保持不变仍为0，而由于触发器B没有信号变化，D2的状态不发生变化输出Q2也为0，当有一时刻人既经过A又经过B传感器时，B传感器输出变为高电平，该电平脉冲上升沿触发D1，使Q1端输出变为高电平，此脉冲信号的上升沿触发进人计数器加一，说明有一人进入，而此时D2无时钟脉冲输入，Q2端输出仍为0。当有人经过B而未经过A
10、时，由于此时A触发器没有状态变化输出为0，D2触发器无时钟脉冲信号输入，Q2端输出保持不变仍为0，而D1的状态不发生变化输出Q1也为0，当有一时刻既经过B又经过A传感器时，A传感器输出变为高电平，该电平脉冲上升沿触发D2，使Q2端输出变为高电平，此脉冲信号的上升沿触发出去计数器加一说明有一人出去，而此时D1无时钟脉冲输入，Q1端输出仍为0。为了进一步说明，现画说明。说明当人只过A时，由于输出为1，D1清零端无效，无脉冲，Q不计数，当同时经过B时，给A沿，A计数。由于经过A时，给D2的上升沿超前于经过B的动作，当然上升沿已经无效了，B不计数。由于我这部分的巧妙设计，使得发挥部分2-人员二次经过A
11、或B，但没有继续前进，退出的情况，得到了有效的解决。即人只有同时经过A又经过B时计数器才计数。4.3 进出人员计数电路和显示电路逻辑控制电路图4.3 人员计数电路和显示电路工作过程分析：进出人数计数电路的计数器由74LS290组成，将脉冲CP加在CLK1端时，将CLK2端与QA端时，此时74LS290构成异步十进制计数器。当有人进入时，Q1端输出信号从低电平变为高电平，此脉冲信号的上升沿触发74LS290计数器加一，当再有人进入时同样原理加一，当进入超出10人后，个位的计数器产生进位信号，进位信号端从低电平变为高电平，产生的脉冲信号的上升沿触发十位的计数器加一，当个位循环十次后，十位的计数器产
12、生进位信号触发百位上的计数器加一，十位循环十次后，使百位产生进位信号触发千位上的计数器加一，如此进行下去记录进入的人员次数。出去计数也是同理，不多做累述。尽以QD的进位过程可参照下图。4.4 逗留人员可逆计数器电路和显示电路图4.4 逗留人员可逆计数器电路和显示电路工作过程分析：进出人数计数电路的计数器由74LS192级联组成，当有人进入时，Q2非端的输出始终保持为1，Q1端输出信号从低电平变为高电平，则此脉冲信号的上升沿触发74192使其进行加法运算，个位计数器加一，当再有人进入时同样原理加一，当进入超出10人后，个位的计数器产生进位信号，进位信号端从低电平变为高电平，产生的脉冲信号的上升沿
13、触发十位的计数器加一，十位进位原理也相同，当有人出去时，Q1非端输出始终保持为1，则此脉冲信号的上升沿触发74192使其进行减法运算，个位计数器减一，当再有人出去时同样原理减一，当出去人数超出10人后，个位的计数器产生借位信号，使产生的脉冲信号的上升沿触发十位的计数器减一，十位向百位借位原理相同。用四七段显示译码器7448与七段显示器连接显示进出人员的人次，将计数器四位二进制的输出端与译码器的四位输入端连接，输出端分别驱动七段显示器的对应字段。4.5数据监控及报警电路逗留显示电路图4.5(1)监控报警电路工作过程分析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
14、.要完成此功能,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,所以为了节省器件,降低电路成本,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.4.5.1参数计算下图所示为应用555触发器实现多频震荡器功能的电
15、路连接方法.关于具体频率设定.设78管角之间电阻为R1,76管角间电阻为R2,21管角之间电容为C.则输出低电平时间TL=0.7CR2,输出高电平时间为TH=0.7C(R1+R2)由两式得信号总周期为T=0.7(2 R2+R1)C.所以得电路输出信号频率为f=1.43/(R1+2 R2)C对应人耳可以听到的声音频率设计参数即可. 4.6发挥不分图4.5报警电路工作过程分析：当人员没有到达9990时，与门输出0。分析D触发器可知其实现翻转功能，输出1，发光二极管不工作，而当人员到达9990时，与门输出1。分析D触发器可知其实现翻转功能，输出0，发光二极管工作，表示人员溢出5 工作过程分析现实把边
16、沿把D触发器的R、S、D端至1实现保持.当有人进入的时候,AB分别产生触发脉冲信号D触发器是上升沿发生翻转,因为Q2非初始值为1,A信号脉冲与Q2非经过与门后,产生脉冲流过D1触发器CP端,使其Q端产生信号脉冲翻转,这个时候人走到B处产生一个触发脉冲信号与Q1经过与门后产生脉冲翻转提供给进入计数器,以此来实现进入人员计数的,由于Q1首先被触发,所以当人走到B的时候Q1非变为0,与B产生的脉冲信号经过与门后并不发生翻转,所以Q2无脉冲信号产生.不能对出去人员进行计数。有人出去的时候,BA先后产生触发脉冲信号.因为Q1非是1,B信号在与Q1非经过与门后,产生脉冲留过D2触发器CP端,使Q2产生脉冲
17、翻转,然后人走到A,产生一个触发脉冲信号与Q2经过与门后产生脉冲翻转提供给出去计数器,来实现出去人员计数的,由于Q2首先被出发,所以当人走到A的时候Q2非变为0,与A产生的脉冲信号经过与门后并无翻转,所以被抑制,不能实现进去计数。然后就是,人经过A但是没有进去又出来了,A处产生了一个脉冲信号,Q2非是1,两者同过与门后产生脉冲进入D1触发器的CP端,产生翻转信号Q提供给与门然而B没产生脉冲,这样就无翻转信号提供给进入计数器,不计数.经过B但没经过A与这个分析方法一样。由Q1与Q2处产生的脉冲翻转信号分别进入进入和出去的计数器,Q1和Q2都进入逗留人员计数器中,当有CP脉冲留入的时候,进入和出去
18、计数器就开始计数,在通过译码器转化为七段显示器上实现数字输出,人员逗留计数器用的是可逆计数器实现的当Q1有效实现加1,Q2有效实现减1。当计数器到达9990-9999时,逗留计数器达到500的时候,就会对报警系统产生一个低电瓶脉冲,加到单稳触发电路,经过它可以输出高电平既暂稳态,此信号加在多谐振荡起上产生矩形脉冲使扬声器发出报警。 这个电路就是这么进行工作的,研究了很长的时间,最后才得到这个功能,这个功能把设计要求基本含廓了,并且包含2个发挥部分：一个是出入人员人数超出9990就发出报警；另一个是解决了人员二次通过A或B而没有进去的情况。6 元器件清单表6.1 元器件清单型号名称个数光电耦合器
19、传感器27474边沿D触发器3NE555多谐振荡器17448七段译码器11显示器四七段显示器1174LS192十进制可逆计数器374LS290十进制计数器874LS85比较器1CD4082BMS与门12,4K/1K电阻20.1F/33uF/0.01F电容3SPEAKER扬声器17 主要元器件介绍7.1 74LS192双时钟可逆计数器7.1.1 74LS192可逆计数器的管脚图 图7.1 74LS192的管脚图7.1.2 74LS192可逆计数器的功能表 表7.1 74LS192的功能表清零预置时 钟预置数据输入输 出RLDCPCPABCDQQQQHXXXXXXXLLLLLLXXABCDABCD
20、LHHXXXX加计数LHHXXXX减计数其中: 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输入。7.2 74LS290十进制计数器7.2.1 74LS290十进制计数器管脚图图7.2管脚排列图 74LS290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，引脚排列图和逻辑功能示意图如图所示，功能如表所示7.3。7.2.2 74LS290计数器的功能表表7.1 74LS290的功能表复位输入置位输入时钟输出R0（1）R0（2）R9（1）R9（2）CPQAQBQCQDHH
21、LXXLLLLHHXLXLLLLXXHHXHLLHLXLX计数LXXL计数XLLX计数XLXL计数7.3 7448共阴极译码器7.3.1 7448管脚图图7.3 7448的管脚图7.3.2 7448功能表及功能介绍表7.3 7488功能表 7448七段显示译码器输出高电平有效，用以驱动共阴极显示器。该集成显示译码器设有多个辅助控制端，以增强器件的功能。 7448的功能表如表7.3所示，它有3个辅助控制端LT、RBI、BI/RBO,现简要说明如下： 灭灯输入BI/RBO：特殊控制端，有时作为输入，有时作为输出。当BI/RBO作输入使用且BI0时，无论其它输入端是什么电平，所有各段输入ag均为0，
22、所以字形熄灭。 试灯输入LT：当LT0时，BI/RBO是输出端，且RBO1，此时无论其它输入端是什么状态，所有各段输出ag均为1,显示字形8。动态灭零输入RBI：当LT1，RBI0且输入代码DCBA0000时，各段输出ag均为低电平，与BCD码相应的字形熄灭，故称“灭零”。利用LT=1与RBI=0可以实现某一位的“消隐”。此时BI/RBO是输出端，且RBO=0。 动态灭零输出RBO：BI/RBO作为输出使用时，受控于LT和RBI。当LT1且RBI0，输入代码DCBA=0000时，RBO=0；若LT=0或者LT1且RBI1，则RBO=1。该端主要用于显示多位数字时，多个译码器之间的连接。从功能表
23、还可看出，对输入代码0000，译码条件是：LT和RBI同时等于1，而对其它输入代码则仅要求LT1，这时候，译码器各段ag输出的电平是由输入BCD码决定的，并且满足显示字形的要求7.4 LED显示器（七段数码管）7.4.1显示器管脚图图7.4 LED显示器7.4.2显示器的功能介绍LED内部的所有发光二极管有共阴极接法和共阳极接法两种，即将LED内部所有二极管阴极或阳极接在一起并通过com引脚引出，并将每一发光段的另一端分别引出到对应的引脚，LED的引脚排列一般如图所示，使用时以具体型号的LED资料为依据。通过点亮不同的LED字段，可显示数字0，1,，9和A，b，C，d，E，F等不同的字符及自定
24、义一些段发光代表简单符号。com端接5V电压，其它引脚端通过限流电阻接到锁存器74ACT11373的输出，当各段输入端为逻辑“1”，对应的LED不亮；各段输入端为逻辑“0”时，对应LED才发亮。使用时要根据LED正常发光需要的电流参数估算限流电阻取值。电阻取值越小，电流大，LED会更亮，但要注意长时间过热使用烧坏LED。LED多数情况用于显示十进制数字，要将09的数字用7段显示，必须将数字转换为LED对应七段码的信息，比如，要显示“0”，就是让a、b、c、d、e和f段发光，显示“1”，让b和c段发光，等等如表3.2.1所示。然后根据LED是共阴极还是共阳极接法确定LED各输入端应接逻辑1还是逻
25、辑0，如果是共阳接法，要显示“0” 时，a、b、c、d、e和f段就要输入逻辑0，共阴极接法则恰巧相反。也就是说，对于共阴极和共阳极两种不同的接法，显示同一个字符时，对应的显示段码是不同的，互为反码。下表列出了这两种接法下的字形段码关系表。表中的段码数字是以LED的8段与二进制字节数以下列对应关系为前提得到的：比如为了显示“0”，对应共阴极应该使D7D6D5D4D3D2D1D0 = 00111111B，即3FH；对共阳极应该使D7D6D5D4D3D2D1D0 = 11000000B，即C0H。如表所示，从表中可以看出，对于同一个显示字符，共阴极和共阳极的七段码互为反码。表7.3 7段LED显示器
26、字符段码7.5 NE555定时器管脚图 图7.2 NE555的管脚图7.5.1 NE555功能表2 NE555的功能表清零端高触发端THR低触发端TRGQn+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 其中：GND接地端Vcc外接电源一般用5VOUT输出端VoTRG低触发端 THR高触发端RST直接清零端 (当RST端接低电平，则时基电路不工作)CV控制电压端 (该端不用时，该端串入一只0.01F电容接地，以防引入干扰)DSCHG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)小 结在设计此电路的过程中，夸张点说可谓艰难重重，这真是可以说是“不经一番寒彻骨哪
27、知梅花香如故”。在题目的实现过程是一步步的想，层层分解。最后把这系统定格在五部分，即判断人员进出电路、人员进出计数器、逗留人员计数器、比较电路以及发挥部分。然后把这几部分电路一一实现，其具体实现如下：判断人员进出电路，在设计这部分电路之前首先考虑的是如何来设计一个判断电路来判断人员是进还是出的， 最后确定用两个光电耦合电路和JK触发器来做如图4.1，它可以判断人员是进还是出，从而达到判断人员进出的目的。人员进出计数器，在设计这个电路时首先考虑要用一个计数器来统计，最后确定用四个双时钟4位二进制同步可逆计数器74290进行级联构成模大于10000的计数器，来对进入人员的计数问题，最后结果用七段显
28、示译码器7448来显示，如图4.2所示。逗留人员计数器电路的设计理念是将进出人员计数器的信号连接到4位超前进位二进制并行加法器74193上，通过进来与出去的人员数执行减法运算。最后结果用七段显示译码器7448来显示，如图4.3所示。发挥部分的电路主要分为两个，一个是计数器大的报警设计另一个是人员控制电路的设计，当人员计数器计数的量超过一定时会产生溢出报警，这时要有一个清零信号，其电路设计如图4.5所示；人员控制电路的设计是通过一个比较电路的信号输出到进入人员计数器当中通过对其信号的控制来达到控制人员进出的目的，如图4.6所示。最后，在那软件ORCAD的使用方面，还是得经过一番摸索，不过最后还是
29、勉强能应用那软件，并把他部分的图都给画出来了。在整个系统的设计过程中，从开始设计到系统的部分实现再到大部分功能的实现。它的步步完善的过程以及各个部分电路的连接，刚开始都有点让我不知所措，后来还是基本完成了，不过那里面的欠缺是在所难免的。这一周的课程设计让我懂得了很多，先感谢老师们的指导和同学的帮助。致 谢 一周的课程设计时间虽然不长但它带给我对老师同学们的感激之情却是无限的，首先感谢老师们对我们的课程设计的辛勤付出，再要感谢的就是我同学们对我的无私帮助。在这一周的时间我是体会到设计的艰辛，在这我对老师们的精神确实佩服，我们做一个题目而老师他们却要做多个题目，而且能做到百密而无大漏这真是我所难以
30、理解的。“书到用时方恨少！”应用时的捉襟见肘才让我认识到了自己知识基础上的不足，只有把他们有机联系起来才有可能实现一个完整的功能，本次实训使我体会到只有付出才会有收获，只有平日认真学习关键时刻才会不捉襟见肘，只有团结一致才会成功，只有互助才会顺利。在这一周的实训中，老师每天都要早来晚归，来到指定地点，给学生提供帮助。这分炎热的爱行，体现了老师和同学之间深切的感情，正由于老师爱学生，学生体量老师。作为一名学生没有什么能回报老师只有用成果来给老师回报。这次课程设计中我们不仅完成了老师交给的各项任务，还增加了很多知识。这包括课程上的还包括自身修养方面，它让我明白了团结的力量是很伟大的，它可以战胜一切
31、困难，给以我们无穷的力量。可以说这次的成绩不只属于我们自己，更多属于老师和同学的帮助，至此我要向老师说一声老师您辛苦了，向同学说一声谢谢。我相信我们以后的前途会更好，因为我们曾经遇见过这样的老师和同学，我能为我有这样的老师和同学而感到自豪。此时此刻,我不知道该用什么样的语言来表达我对你们的感谢，千言万语都无法表达我的谢意。从您们身上，我们知道什么是人梯，什么是奉献，什么是言传身教，什么是永恒的真善美.在您们身上，充分展现了新时代人民教师的精神风貌和人格魅力。最后还是得感谢老师们在这段时间的对我们的指导，祝你们工作顺利，家庭幸福美满。我想此时言语是无法表达我的感激之情的，一切感激之情都将融入以我
32、以后的学习当中，这份感情将变成我学习的动力。总之，我最亲爱的老师，感谢您们。参考文献1华中理工大学电子学教研室，康华光，邹寿彬.电子技术基础数字部分（第四版）.高等教育出版社，1998 2赵文博等.新型常用集成电路速查手册.人民邮电出版社，20063王新贤.通用集成电路速查手册.山东科学技术出版社，20023 胡锦.数字电路与逻辑设计.北京：高等教育出版社,20025绳广基.数字逻辑电路设计与实验.上海交通大学出版社，19876何小艇电子系统设计杭州：浙江大学出版社,2001 7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刘维恒，陈恒荣，刘继承，张明莉.实用电子电路基础.电子工业出版社，20049陈振新，关绮玲，陶金龙.脉冲与数字电路实验教程.复旦大学出版社，1990附 录 A1 逻辑电路图附 录 A2 实际接线图
