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

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.IV1 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.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V1.2.3 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 传感器电路.44.2 识别脉冲发生电路.44.3 进、出人员计数电路.64.4 译码显示电路.74.5 溢出报警电路.84.6 逗留人员可逆计数电路.85 工作过程分析.106 元器件清单.117 主要元器件介绍.127.1 双 4 输入与门 74LS21.127.2 可逆计数器 74LS192 .127.3 有置位和复位上升沿触发的双 J-K 触发器 74HCT109 .137.4 二-五-十进制计数器 74LS290.147.5 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11 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22 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33 设计方框图 进入人员 译码器 触发器 1700 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 29990 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44 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64.3 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84.5 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105 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116 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127 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YHLXXXHXLXXHXXLXHXXXLHLLLL7.2 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MRP3P2P1P0Q3Q2Q1Q01000000dcbadcba01 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SRCPJKQQSRCPJKQQLHXXXHLHHHL触发HLXXXLHHHLH不变LLXXXHHHHHHHLHHLL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）CPQAQBQCQDHHLXXLLLLHHXLXLLLLXXHHXHLLHLXLX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157.5 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 ABI/RBOa b c d e f g0123456789101112131415H H L L L LH L L L HH L L H LH L L H H H L H L LH L H L HH L H H LH L H H HH H L L L H H L L HH H L H LH H L H HH H H L LH H H L HH H H H LH H H H HHHHHHHHHHHHHHHHHH H H H H H HL H H L L L LH H L H H L HH H H H L L HL H H L L H HH L H H L H HL L H H H H HH H H L L L LH H H H H H HH H H L L H HL L L H H L HL L H H L L HL H L L L H HH L L H L H HL L L H H H HL L L L L L L消 隐脉冲消隐灯 测 试 H L L L L LL LLH 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，我们在图纸上写出自己的设计思路，大家再集体讨论并查找资料，解决不懂的元器件，在讨论过程中，我们总会遇到各式各样的问题，这时大家会各抒己见，解决问题。在本次课程设计中我们用到了许多没学过的知识，不知不觉中查阅资料的能力也得到了很好的锻炼，然后开始在图纸上手绘出原理图。在张老师看完我们的原理图并指出图中的错误和不足之处之后，我们又把自己的原理图又进行了一次仔细严谨的分析和改正。接着我们开始电子版的制作。在制作的过程中，我们遇到了许多难题，首先就是用什么软件绘制，我们通过老师的指导和各方面的搜集，最终找到了一个适合的软件，其中，我们的电子门卫系统之出入人员计数器元件多、较复杂，在绘制时花费了大量时间，在封装过程中充分发挥了集体的力量，开始时我做的很盲目只是一味的追求速度，没有条理和针对性，反复改了几次才最终完成，这反而浪费了时间。在设计过程中，遇到的各种问题都需要做大量的工作，花大量的时间才能解决，从中，我增加了我的耐心。在课程设计的结束的时候，看着自己设计的作品十分激动，回想起课程设计开始时，对在十八周的课设没有信心毫无头绪，并也会减少大量的复习时间，但是过后我端正了心态，课设也是在帮助我复习数电的相关内容，使我发现自己对许多只只掌握的不够准确和牢靠，借助课设我更系统的掌握相关知识。经过本次课设我不仅巩固了书本上的知识，而且学到了许多课外内容，让我对数电的学习又有了新的认识，把书本上的理论与实际接线设计相结合，从中，我也深刻感受到独立思考和团队协作的重要性。在今后的学习中我会发扬在本次课程设计中所学习到的，也会攻克自己的不足。沈阳工程学院课程设计论文18致 谢 参考文献1 杨绪东,刘行景,杨兴瑶.实用电子电路精选.北京:化学工业出版社,1999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192 何希才.新型电子电路应用实例.北京:科技出版社,20053 赵负图.数字逻辑集成电路手册.北京:化学工业出版社,2005附 录 A1 逻辑电路图沈阳工程学院课程设计论文20附 录 A2 实际接线图