水塔水位控制器

1、电子课程设计水塔水位控制器学院：电子信息工程学院专业班级： 姓名： 学号：指导老师：2014 年 12 月目录一、课程设计题目及要求 1二、总体框图 1三、选择器件 2四、功能模块 6五、总体设计电路图 11六、硬件实验 12七、心得体会 12水塔水位显示、缺水报警控制及自动补水电路一、任务设计与要求当水塔水位的高度为任意值时， 可通过显示电路显示。 当水塔水位低于规定 值时，报警电路输出报警信号， 同时自动补水装置启动水泵给水塔补水。 当水塔 中水位达到规定值时，报警结束，补水装置自动停止补水。 要求完成的任务如下：1. 画出整体电路图。2. 利用设计软件对电路进行仿真，使电路具有所规定的逻

2、辑功能。3. 调试所设计的电路，使之达到技术指标要求。4. 分析实验结果，写出设计说明书。二、总体框图总体框图如图 2-1 所示。图 2-1 总体设计框图设计思路及每一块的功能：1、显示电路利用水位的来触发线路的联通与否，采用74LS147 的八-三编码器，显示水位用 DCD_HEX 来显示，管脚 1，2，3，4分别接 74LS147的 0、 1、2、3。2、控制电路要使用 555定时器组成的施密特触发器，利用输入端高低电平的， 输出不同的电压。3、利用继电器控制水泵的开关，灯泡的亮暗来表示水塔发出警报。三、选择器件器件选择如表 3-1 所示。表 3-1 选择的器件型号名称数量LM555CM5

3、55定时器174LS147N八线-三线编码器174LS04D非门42N1711三极管17525 5.1k 100电阻10.01uf电容1继电器11、LM555CM 结构图国产双极型定时器 LM555 电路结构图如图 3-2 所示它是由比较器 C1和 C2，基本 RS触发器和集电极开路的放电三极管 TD 三部 分组成。VH是比较器 C1的输入端， v12是比较器 C2的输入端。 C1和 C2的参考电压 VR1 和 VR2由 V CC经三个五千欧电阻分压给出。在控制电压输入端 VCO 悬空时， VR1=2/3VCC,VR2=1/3VCC。如果 VCO 外接固定电压，则 V R1=V CO,V R2

4、=1/2V CO。RD 是置零输入端。只要在 RD 端加上低电平，输出端 v0 便立即被置成低电 平，不受其他输入端状态的影响。正常工作时必须使RD处于高电平。 555 定时器的逻辑符号如图 3-2 所示，图中的数码 18 为器件引脚的编号。图 3-2 555 定时器的逻辑符号555定时器的逻辑功能：当 VI1VR1、VI2VR2时，比较器 C1的输出 Vc10、比较器 C2 的输出 Vc2 1，SR锁存器被置 0，TD 导通，同时 Vo 为低电平。当 VI1VR2 时， V c1 1、 V c2 1，锁存器的状态保存不变，因而TD 和输出的状态也维持不变当 VI1VR1、VI2VR1、VI2

5、VR2时，Vc10、Vc20，锁存器处于 Q Q 1 的状 态，Vo 处于高电平，同时 TD 截止。 555定时器逻辑功能如表 3-3所示。表 3-3555 定时器逻辑功能输入输出RDV I1VI2VoTD 状态0低导通1低导通1不变不变1高截止1高截止2、 74LS147逻辑功能如表 3-4 所示。表 3-4 74LS147 的逻辑功能表优先编码器是当多个输入端同时有信号时 ,电路只对其中优先级别最高的输 入信号进行编码。常用的集成优先编码器 IC 有 10 线-4 线、8 线-3 线两种。 10 线-4线优先编码器常见的型号为 54/74147、54/74LS147，8 线-3线优先编码器

6、常 见的型号为 54/74148、54/74LS148。TTL 中规模集成电路 74LS147 介绍 BCD 码优先编码器的功能。10线-4线 8421 BCD码优先编码器 74LS147的真值表见表 3.5。74LS147的 引脚图如图所示，其中第 9 脚 NC 为空。 74LS147优先编码器有 9 个输入端和 4 个输出端。某个输入端为 0，代表输入某一个十进制数。 当 9 个输入端全为 1 时， 代表输入的是十进制数 0。4个输出端反映输入十进制数的 BCD 码编码输出。74LS147 优先编码器的输入端和输出端都是低电平有效， 即当某一个输入端 低电平 0时，4个输出端就以低电平 0

7、的输出其对应的 BCD 编码。当 9个输入 全为 1时， 4个输出也全为 1，代表输入十进制数 0的BCD 编码输出。3、74LS04D多发射极三极管的基区和集电区是共用的， 而在P的基区上制作了两个 （或 多个）高掺杂的 N 型区，形成了两个互相独立的发射极。我们可以把多发射极 三极管看作两个发射极独立而基极和集电极分别并联在一起的三极管多发射极 三极管可实现与运算。74LS04D 逻辑功能如表 3-5 所示。表 3-5 74LS04D 逻辑功能输入输出AYLHHLY=A74LS04 的逻辑功能描述如下： 假设 A 为输入端， Y 为输出端。当输入端 A=0 时，输出端 Y 为高电平，即 Y

8、=1； 当输入端 A=1 时，输出端 Y 为高电平，即 Y=0；74LS04逻辑图如图 3-6 所示。图 3-6 74LS04 逻辑图4、LED 数码显示器如图 3-8 所示。图 3-8 LED 数码显示器本实验采用的为 DCD_HEX ，管脚 1234 分别接输出端的 0、1、2、3，图形显示如图所示 。四、功能模块1、555定时器555 定时器的功能主要由两个比较器决定。两个比较器的输出电压控制 RS 触发器和放电管的状态。在电源与地之间加上电压，当 5 脚悬空时，则电压比 较器 A1 的反相输入端的电压为 2VCC/3，A2 的同相输入端的电压为 VCC/3 。 若触发输入端 TR 的电

9、压小于 VCC/3 ，则比较器 A2 的输出为 1，可使 RS 触 发器置 1，使输出端 OUT=1。如果阈值输入端 TH 的电压大于 2VCC/3 ，同时 TR 端的电压大于 VCC/3，则 A1 的输出为 1，A2 的输出为 0，可将 RS 触发器 置 0 ，使输出为 0 电平。555 定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多 谐振荡器、 单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。 它也常作为定 时器广泛应用于仪器仪表、 家用电器、 电子测量及自动控制等方面。 它内部包括 两个电压比较器，三个等值串联电阻，一个 RS 触发器，一个放电管 T 及功率 输出级。它提

10、供两个基准电压 VCC /3 和 2VCC /3 。555 定时器的引脚排列图 如图 4-1 所示。图 4-1 555 定时器2、三极管和继电器电磁继电器如图 4-2 所示图 4-2 电磁继电器、三极管图示电磁继电器的构造： A 是电磁铁， B 是衔铁， C 是弹簧， D 是动触点， E 是 静触点。电磁继电器工作电路可分为低压控制电路和高压工作电路组成。 控制电 路是由电磁铁 A、衔铁 B、低压电源 E1 和开关组成；工作电路是由小灯泡 L、 电源 E2 和相当于开关的静触点、动触点组成。连接好工作电路，在常态时， D、 E 间未连通，工作电路断开。用手指将动触点压下，则 D、 E 间因动触

11、点与静触 点接触而将工作电路接通，小灯泡 L 发光。闭合开关 S，衔铁被电磁铁吸下来， 动触点同时与两个静触点接触，使 D、E 间连通。这时弹簧被拉长，观察到工作 电路被接通，小灯泡 L 发光。断开开关 S，电磁铁失去磁性，对衔铁无吸引力。 衔铁在弹簧的拉力作用下回到原来的位置， 动触点与静触点分开， 工作电路被切 断，小灯泡 L 不发光。电磁继电器的构造如图 4-3 所示。图 4-3 电磁继电器的构造工作原理：电磁铁通电时，把衔铁吸下来使 D 和 E 接触，工作电路闭合。 电磁铁断电时失去磁性，弹簧把衔铁拉起来，切断工作电路。结论：电磁继电器 就是利用电磁铁控制工作电路通断的开关。我们所用的

12、三极管是功率三极管其主要功能是用一个小电流经过三极管的 放大作用变成一个大的电流。 工作原理： 当三级管得导通电压大于死区电压的时 候，集电极正偏，三极管开始工作。3、水位显示电路水位显示电路如图 4-4 所示。图 4-4 水位显示电路水塔水位显示如图 4-5，4-6 所示。图 4-5 水塔水位显示 9 位置的电路当水塔水位较低，低于规定值时显示器会显示数字 9，水塔水位发出警报并 且水泵开始加水。图 4-6 水塔水位显示 0 位置的电路10当水塔水位较高，达到规定值的时候显示器会显示数字 0，会停止警报并且 水泵停止加水。五、总体设计电路图总体设计电路如图 5-1 所示。本次设计的总体电路工

13、作原理大体描述如下：1、首先当水塔水位满时，就好象所有的开关闭合，此时LED 数码管显示数为 0，555 定时器输入高电平，输出低电平，导致三极管的集电极电压小于导 通电压，继电器断开，灯泡熄灭，类似于水塔没有发出警报。2、当水塔水位低于最低值即相当于开关全部断开 ,LED 数码管显示 9， 555 定时器输入低电压， 输出高电压， 导致三极管的集电极电压大于导通电压， 继电 器通电，触电闭合，灯泡发光，相当于水塔发出警报。3、当水塔水位从高到低是，相当于开关依次闭合 LED 数码管显示水位从 0 到 9 ，表示水塔水位的高度。11硬件实验硬件实验如图结硬件实实验图图数码管从 9依次递减至 2

14、，灯保持亮度；将最后一个开关闭合时， LED 数码管显 示 0 ，灯灭；再将灯依次断开，数码管从 0 递增，灯保持熄灭；将最后一个开关断开后，数码管显示 9，灯变亮，依次循环。从而实现水塔水位的控制七、心得体会通过这次课程设计 ,我对 74LS147N 和 555 定时器等元件的逻辑功能有了更 加深入的了解和认识 ,对 Multisim10 软件应用的更加熟练。在课程设计中 ,遇到了一些问题 ,例如选择控制水塔水位相当于高低电压的不 同，如何解决这问题呢。 在解决这个问题时， 我想到了用 555 定时器对信号进行 分析和利用，既能得到合适的脉冲，又使误差得以减小，达到了很好的效果，为 后面的设计