电子技术课程设计-电子门卫系统之进出人员计数器设计3.doc

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 i 沈阳工程学院 课程设计任务书 课程设计题目：课程设计题目：电子门卫系统之出入人员计数器电子门卫系统之出入人员计数器 起止日期：2010 年 7 月 5 日起至 2010 年 7 月 9 日止 教研室主任 秦 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； 沈阳工程学院课程设计论文 ii （4）当逗留人数超限时报警（比如 500 人） 。 1.3 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）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 沈沈 阳阳 工工 程程 学学 院院 数字电子技术数字电子技术 课程设计成绩评定表课程设计成绩评定表 系（部）：系（部）： 自自 指指 导导 教教 师师 评评 审审 意意 见见 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。 0.15 54 43 32 2 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 iii 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， 0.25 54 43 32 2 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。 0.25 54 43 32 2 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。 0.55 54 43 32 2 指导教师评审成绩指导教师评审成绩 （加权分合计乘以（加权分合计乘以 1212） 分分加权分合计加权分合计 指指 导导 教教 师师 签签 名：名： 年年 月月 日日 评评 阅阅 教教 师师 评评 审审 意意 见见 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 0.25 54 43 32 2 工作 量 工作量饱满，难度适中。 0.55 54 43 32 2 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。 0.35 54 43 32 2 评阅教师评审成绩评阅教师评审成绩 （加权分合计乘以（加权分合计乘以 8 8） 分分加权分合计加权分合计 评评 阅阅 教教 师师 签签 名：名： 年年 月月 日日 课课 程程 设设 计计 总总 评评 成成 绩绩分分 中 文 摘 要 本次课程设计的题目为电子门卫系统之进出人员计数器。此计数器主要是对进出、 逗留一个房间的人员数目进行时刻的智能统计并显示出来。当进入人员和逗留人员达到 一定的数目时要求系统能自动报警。 本次课题的计数统计电路中分为进人员计数器，出人员计数器和逗留人员可逆计数 器。所谓智能控制的关键是在于设计一个合适的 cp 脉冲在人员进入十只驱动进人员计数 器工作和逗留人员计数器加计数工作；在人员出去时只驱动出人员计数器工作和逗留人 员计数器减计数工作。在此报告中采用 jk 触发器解决上序问题。其 jk 的触发是基于安 放在门内、门外的两个光电耦合传感器工作而产生。此光电偶合传感系统能将人员进出 的动做转化为电信号送入主电路中去，进而驱动整个系统的有序工作。 沈阳工程学院课程设计论文 iv 在报警电路的设计上，此次课题采用的是一个单稳触发器和一个多谐振荡器构成 30s 和 1.2khz 的报警系统。在输入报警信号时并不是采用比较器的方法而是用一个八输入的 与非门将信号送到报警系统中去。 关键词 计数器，触发器，译码器，报警 目 录 课程设计任务书i 课程设计成绩评定表.iii 中 文 摘 要.iv 1 设计任务描述.1 1.1 设计题目：电子门卫系统之进出人员计数器.1 1.2 设计要求.1 1.2.1 设计目的1 1.2.2 基本要求1 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 v 1.2.3 发挥部分1 2 设计思路.2 3 设计方框图.3 4 各部分电路设计及参数计算.4 4.1 传感器电路.4 4.2 识别脉冲发生电路.4 4.3 进、出人员计数电路.6 4.4 译码显示电路.7 4.5 溢出报警电路.8 4.6 逗留人员可逆计数电路.8 5 工作过程分析.10 6 元器件清单.11 7 主要元器件介绍.12 7.1 双 4 输入与门 74ls2112 7.2 可逆计数器 74ls192 .12 7.3 有置位和复位上升沿触发的双 j-k 触发器 74hct109 13 7.4 二-五-十进制计数器 74ls290.14 7.5 7448 译码显示器.15 小 结.17 致 谢.18 参考文献.19 附 录 a1 逻辑电路图 20 附 录 a2 实际接线图 21 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 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设计题目：电子门卫系统之进出人员计数器 1.2 设计要求设计要求 1.2.1 设计目的设计目的 （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 700 人） 。 1.2.3 发挥部分发挥部分 （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）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？ 沈阳工程学院课程设计论文 2 2 设计思路 此电子门卫系统之进出人员计数器是对一个房间的进入，出去和逗留人数进行统计 的综合性电路。一个合格的电子门卫系统之进出人员计数器必须能做到智能区分人员的 进、出并进行计数显示。为达到此目的，在此提出本人的设计思路： 1 首先利用安装在门外、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 入主电路中去。 2 其次利用触发器将人员进信号转为 cp 脉冲驱动进入人数计数器（14）工作和逗 留人数计数器（912）进行加计数工作并译码显示（112） 。 3 再次利用触发器将人员出信号转为 cp 脉冲驱动出去人数计数器（58）工作和逗 留人数计数器（912）进行减计数工作并译码显示（112） 。 4 最后为实现发挥部分（2）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 b 发出控制进入人数计数器工作的 cp 脉冲；当人员顺序经过传感器 b、a 时应由传感器 a 发出控制进入人数计数器工作的 cp 脉冲。 5 当进入人数计数器达到 9990 和逗留人数计数器达到 700 时应分别发出 cp 脉冲信 号激活溢出报警电路和超限报警电路。 基于以上思路所述如若要完成本次课题，则必须要精确设计好能识别人员进、出的 cp 脉冲，做到当人员进入房间内时只驱动进人员计数器和逗留人员加计数器，当人员出 房间只驱动出人员计数器和逗留人员减计数器。与此同时还要识别人员是否真的进、出 房间。本次课题在解决以上的这些问题时只用两个 jk 触发器，也正是本次课题的核心所 在。下面将对本次课题进行详细叙述。 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 3 3 设计方框图 进入人 员 译码器 触发 器 1 700 人超 限报警电 路 逗留人 数 可逆计数 器 出去人员 计数器 出去人员 译码器 逗留人 员 译码器 出去人 员 显示器 逗留人 员 显示器 传感 器 b 传感 器 a 触发 器 2 9990 预置 报警电路 进入人 员 计数器 进入人 员 显示器 报警信号 报警信号 识别进入 加计数脉冲 识别出去 减计数脉冲 沈阳工程学院课程设计论文 4 4 各部分电路设计及参数计算 4.1 传感器电路 说明：此电路是做为一个把人员进、出动作转为电信号的转换工具。采用的是光 电耦合的原理。正常状态下，发光二极管发光使光敏电阻阻值接近于零，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，此时光敏电阻阻止就会接近 于无穷大，这时输出端为高电位，把输出信号输送到触发器。上图为门外传感器 a,门内 传感器 b 亦是如此。 4.2 识别脉冲发生电路 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 5 此电路是 cp 脉冲发生电路，其主体是两个 jk 触发器，其触发器 1 的 j 和触发器 2 的 cp 是由传感器 a 控制；触发器 1 的 cp 和触发器 2 的 j 是由传感器 b 控制。其 a、b 分别接在传感器 a、b 的输出端，常态下为高电平，e 端接往进人员计数器的 cp 端 f 端 接往逗留人数可逆计数器的 cpu端（即此时为加记数） ，c 端接往出人员计数器的 cp 端， d 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 2 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，只有触发器 1 能发出有效 cp 波形，而 触发器 1 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 就不会有 cp1，自然也就不回有 o1的输出波形，这就成功 的解决了发挥部分 2 所提出的问题。 当人员顺序进入 b、a 时的波形为 沈阳工程学院课程设计论文 6 4.3 进、出人员计数电路 上图所示为进人员计数电路，此电路的主体是 74ls290 既二-五-十进制计数器，正常 计数工作时其置零、置九端都是高有效，故应接低电平。图中的 q1端接往传感器 a 的输 出端，qa、qb、qc、qd 接往译码器。 其自身的 cpb端和 qa端相连就构成了自身的十进制，当低位计数器的 qd端和高位 计数器的 cpa端相连时就构成了两个计数器之间的十进制，下面以 qd的输出波形来分析 此计数器的进位过程； 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 7 如波形图所示，当低位计数器完成一次十进制的计数时其 qd端自然会形成一个 cp 脉冲波形，这样当这个波形送到高位计数器的 cp 端后就成功的完成了进位。出人员计数 电路的工作原理同上。 4.4 译码显示电路 这部分电路所要完成的工作是将计数器所记录的时间显示出来，首先 led 显示器是 无法直接从计数器读取数据进行显示的，所以在计数器和显示器中间需要加上一个译码 器，译码器选用的是七段显示译码器 74ls78，它是一个共阴极译码器所以对应的，用了 一个共阴极的 led 显示器，所谓的共阴极就是把显示器里所有二极管的阴极接到了一起 并且接地，所以译码器输出的应是高信号。 沈阳工程学院课程设计论文 8 4.5 溢出报警电路 当输入端输入一个高电平时，报警电路报警，发光二极管发光。 4.6 逗留人员可逆计数电路 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 9 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。 沈阳工程学院课程设计论文 10 5 工作过程分析 为了完成本次课题，整体工作过程和分析分为下面 4 步 1 设计传感器电路 此传感器电路能将人员进出房间的动作转化为电信号并送入主电路中，并做为控制 整个电路工作的总开关。 2 研究合适触发器，使其功能满足基本要求和发挥要求 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。 3 研究合适计数器，使其适合触发器工作 此电路能正确接受由触发器送来的的 cp 脉冲，在此脉冲的作用下计数器能进行正确 的工作。 4 设计报警电路 此报警电路是在进如人员和逗留人员达到警报人限时自动识别报警信号，并发出报 警信号。 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 11 6 元器件清单 序号名称型号个数 （片） 备注 1显示器bs20111共阴极 2计数器74ls2908二-五-十进 制 3计数器74ls1923可逆计数 4触发器74hct1092正边沿触发 5与门74ls213双 4 输入 6译码器74ls4811七段显示 沈阳工程学院课程设计论文 12 7 主要元器件介绍 7.1 双 4 输入与门 74ls21 管脚图 功能表 输入 abcd 输出 y h l x x x h x l x x h x x l x h x x x l h l l l l 7.2 可逆计数器 74ls192 管脚图 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 13 功能表 输入 输出 m r p3p2p1p0q3q2q1q0 10000 00 dcbadcba 01 1 加计数 011减计数 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 有置位和复位上升沿触发的双 j-k 触发器 74hct109 管脚图 沈阳工程学院课程设计论文 14 功能表 输入输出输入输出 srcpjkqqsrcpjkqq lhxxxhlhhhl触发 hlxxxlhhhlh不变 llxxxhhhhhhhl hhll不变hhhxx不变 7.4 二-五-十进制计数器 74ls290 管脚图 功能表 复位输入置位输入时钟输出 r0（ 1） r0（ 2） r9（ 1） r9（ 2） cpqaqbqcqd hhlxxllll hhxlxllll xxhhxhllh lxlx计数 lxxl计数 xllx计数 xlxl计数 cpb与 qa相连后组成十进制，cpa输入计数脉冲。 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 15 7.5 7448 译码显示器 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。它有 3 个辅助控制端 lt、rbi、bi/rbo,现简要说 明如下： 1. 灭灯输入 bi/rbo bi/rbo 是特殊控制端，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，所以字形熄灭。 2. 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。该输入端常用于检查 7488 本身及显示器的好坏 功能表 沈阳工程学院课程设计论文 16 十进制 或功能 输入 lt rbi d c b a bi/ rbo a b c d e f g 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 h h l l l l h l l l h h l l h l h l l h h h l h l l h l h l h h l h h l h l h h h h h l l l h h l l h h h l h l h h l h h h h h l l h h h l h h h h h l h h h h h h h h h h h h h h h h h h h h h h h h h h h h l h h l l l l h h l h h l h h h h h l l h l h h l l h h h l h h l h h l l h h h h h h h h l l l l h h h h h h h h h h l l h h l l l h h l h l l h h l l h l h l l l h h h l l h l h h l l l h h h h l l l l l l l 消 隐 脉冲消隐 灯 测 试 h l l l l l l l l h l l l l l l l l l l l l l l h h h h h h h 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 17 小 结 为期一周的数电课程设计结束了，在这短暂而匆忙的的一周里我充分锻炼了自己， 在期末阶段的课程设计使我们很担心时间分配问题，但通过我们集体的智慧我们顺利的 完成数电课设，在这次课设中提高了对各器件的认识和团队合作精神。 在课设的第一天，我们在