1、電子課程設計水塔水位控制器學院：電子信息工程學院專業班級： 姓名： 學號：指導老師：2014 年 12 月目錄一、課程設計題目及要求 1二、總體框圖 1三、選擇器件 2四、功能模塊 6五、總體設計電路圖 11六、硬件實驗 12七、心得體會 12水塔水位顯示、缺水報警控制及自動補水電路一、任務設計與要求當水塔水位的高度為任意值時， 可通過顯示電路顯示。 當水塔水位低于規定 值時，報警電路輸出報警信號， 同時自動補水裝置啟動水泵給水塔補水。 當水塔 中水位達到規定值時，報警結束，補水裝置自動停止補水。 要求完成的任務如下：1. 畫出整體電路圖。2. 利用設計軟件對電路進行仿真，使電路具有所規定的邏

2、輯功能。3. 調試所設計的電路，使之達到技術指標要求。4. 分析實驗結果，寫出設計說明書。二、總體框圖總體框圖如圖 2-1 所示。圖 2-1 總體設計框圖設計思路及每一塊的功能：1、顯示電路利用水位的來觸發線路的聯通與否，采用74LS147 的八-三編碼器，顯示水位用 DCD_HEX 來顯示，管腳 1，2，3，4分別接 74LS147的 0、 1、2、3。2、控制電路要使用 555定時器組成的施密特觸發器，利用輸入端高低電平的， 輸出不同的電壓。3、利用繼電器控制水泵的開關，燈泡的亮暗來表示水塔發出警報。三、選擇器件器件選擇如表 3-1 所示。表 3-1 選擇的器件型號名稱數量LM555CM5

3、55定時器174LS147N八線-三線編碼器174LS04D非門42N1711三極管17525 5.1k 100電阻10.01uf電容1繼電器11、LM555CM 結構圖國產雙極型定時器 LM555 電路結構圖如圖 3-2 所示它是由比較器 C1和 C2，基本 RS觸發器和集電極開路的放電三極管 TD 三部 分組成。VH是比較器 C1的輸入端， v12是比較器 C2的輸入端。 C1和 C2的參考電壓 VR1 和 VR2由 V CC經三個五千歐電阻分壓給出。在控制電壓輸入端 VCO 懸空時， VR1=2/3VCC,VR2=1/3VCC。如果 VCO 外接固定電壓，則 V R1=V CO,V R2

4、=1/2V CO。RD 是置零輸入端。只要在 RD 端加上低電平，輸出端 v0 便立即被置成低電 平，不受其他輸入端狀態的影響。正常工作時必須使RD處于高電平。 555 定時器的邏輯符號如圖 3-2 所示，圖中的數碼 18 為器件引腳的編號。圖 3-2 555 定時器的邏輯符號555定時器的邏輯功能：當 VI1VR1、VI2VR2時，比較器 C1的輸出 Vc10、比較器 C2 的輸出 Vc2 1，SR鎖存器被置 0，TD 導通，同時 Vo 為低電平。當 VI1VR2 時， V c1 1、 V c2 1，鎖存器的狀態保存不變，因而TD 和輸出的狀態也維持不變當 VI1VR1、VI2VR1、VI2

5、VR2時，Vc10、Vc20，鎖存器處于 Q Q 1 的狀 態，Vo 處于高電平，同時 TD 截止。 555定時器邏輯功能如表 3-3所示。表 3-3555 定時器邏輯功能輸入輸出RDV I1VI2VoTD 狀態0低導通1低導通1不變不變1高截止1高截止2、 74LS147邏輯功能如表 3-4 所示。表 3-4 74LS147 的邏輯功能表優先編碼器是當多個輸入端同時有信號時 ,電路只對其中優先級別最高的輸 入信號進行編碼。常用的集成優先編碼器 IC 有 10 線-4 線、8 線-3 線兩種。 10 線-4線優先編碼器常見的型號為 54/74147、54/74LS147，8 線-3線優先編碼器

6、常 見的型號為 54/74148、54/74LS148。TTL 中規模集成電路 74LS147 介紹 BCD 碼優先編碼器的功能。10線-4線 8421 BCD碼優先編碼器 74LS147的真值表見表 3.5。74LS147的 引腳圖如圖所示，其中第 9 腳 NC 為空。 74LS147優先編碼器有 9 個輸入端和 4 個輸出端。某個輸入端為 0，代表輸入某一個十進制數。 當 9 個輸入端全為 1 時， 代表輸入的是十進制數 0。4個輸出端反映輸入十進制數的 BCD 碼編碼輸出。74LS147 優先編碼器的輸入端和輸出端都是低電平有效， 即當某一個輸入端 低電平 0時，4個輸出端就以低電平 0

7、的輸出其對應的 BCD 編碼。當 9個輸入 全為 1時， 4個輸出也全為 1，代表輸入十進制數 0的BCD 編碼輸出。3、74LS04D多發射極三極管的基區和集電區是共用的， 而在P的基區上制作了兩個 （或 多個）高摻雜的 N 型區，形成了兩個互相獨立的發射極。我們可以把多發射極 三極管看作兩個發射極獨立而基極和集電極分別并聯在一起的三極管多發射極 三極管可實現與運算。74LS04D 邏輯功能如表 3-5 所示。表 3-5 74LS04D 邏輯功能輸入輸出AYLHHLY=A74LS04 的邏輯功能描述如下： 假設 A 為輸入端， Y 為輸出端。當輸入端 A=0 時，輸出端 Y 為高電平，即 Y

8、=1； 當輸入端 A=1 時，輸出端 Y 為高電平，即 Y=0；74LS04邏輯圖如圖 3-6 所示。圖 3-6 74LS04 邏輯圖4、LED 數碼顯示器如圖 3-8 所示。圖 3-8 LED 數碼顯示器本實驗采用的為 DCD_HEX ，管腳 1234 分別接輸出端的 0、1、2、3，圖形顯示如圖所示 。四、功能模塊1、555定時器555 定時器的功能主要由兩個比較器決定。兩個比較器的輸出電壓控制 RS 觸發器和放電管的狀態。在電源與地之間加上電壓，當 5 腳懸空時，則電壓比 較器 A1 的反相輸入端的電壓為 2VCC/3，A2 的同相輸入端的電壓為 VCC/3 。 若觸發輸入端 TR 的電

9、壓小于 VCC/3 ，則比較器 A2 的輸出為 1，可使 RS 觸 發器置 1，使輸出端 OUT=1。如果閾值輸入端 TH 的電壓大于 2VCC/3 ，同時 TR 端的電壓大于 VCC/3，則 A1 的輸出為 1，A2 的輸出為 0，可將 RS 觸發器 置 0 ，使輸出為 0 電平。555 定時器成本低，性能可靠，只需要外接幾個電阻、電容，就可以實現多 諧振蕩器、 單穩態觸發器及施密特觸發器等脈沖產生與變換電路。 它也常作為定 時器廣泛應用于儀器儀表、 家用電器、 電子測量及自動控制等方面。 它內部包括 兩個電壓比較器，三個等值串聯電阻，一個 RS 觸發器，一個放電管 T 及功率 輸出級。它提

10、供兩個基準電壓 VCC /3 和 2VCC /3 。555 定時器的引腳排列圖 如圖 4-1 所示。圖 4-1 555 定時器2、三極管和繼電器電磁繼電器如圖 4-2 所示圖 4-2 電磁繼電器、三極管圖示電磁繼電器的構造： A 是電磁鐵， B 是銜鐵， C 是彈簧， D 是動觸點， E 是 靜觸點。電磁繼電器工作電路可分為低壓控制電路和高壓工作電路組成。 控制電 路是由電磁鐵 A、銜鐵 B、低壓電源 E1 和開關組成；工作電路是由小燈泡 L、 電源 E2 和相當于開關的靜觸點、動觸點組成。連接好工作電路，在常態時， D、 E 間未連通，工作電路斷開。用手指將動觸點壓下，則 D、 E 間因動觸

11、點與靜觸 點接觸而將工作電路接通，小燈泡 L 發光。閉合開關 S，銜鐵被電磁鐵吸下來， 動觸點同時與兩個靜觸點接觸，使 D、E 間連通。這時彈簧被拉長，觀察到工作 電路被接通，小燈泡 L 發光。斷開開關 S，電磁鐵失去磁性，對銜鐵無吸引力。 銜鐵在彈簧的拉力作用下回到原來的位置， 動觸點與靜觸點分開， 工作電路被切 斷，小燈泡 L 不發光。電磁繼電器的構造如圖 4-3 所示。圖 4-3 電磁繼電器的構造工作原理：電磁鐵通電時，把銜鐵吸下來使 D 和 E 接觸，工作電路閉合。 電磁鐵斷電時失去磁性，彈簧把銜鐵拉起來，切斷工作電路。結論：電磁繼電器 就是利用電磁鐵控制工作電路通斷的開關。我們所用的

12、三極管是功率三極管其主要功能是用一個小電流經過三極管的 放大作用變成一個大的電流。 工作原理： 當三級管得導通電壓大于死區電壓的時 候，集電極正偏，三極管開始工作。3、水位顯示電路水位顯示電路如圖 4-4 所示。圖 4-4 水位顯示電路水塔水位顯示如圖 4-5，4-6 所示。圖 4-5 水塔水位顯示 9 位置的電路當水塔水位較低，低于規定值時顯示器會顯示數字 9，水塔水位發出警報并 且水泵開始加水。圖 4-6 水塔水位顯示 0 位置的電路10當水塔水位較高，達到規定值的時候顯示器會顯示數字 0，會停止警報并且 水泵停止加水。五、總體設計電路圖總體設計電路如圖 5-1 所示。本次設計的總體電路工

13、作原理大體描述如下：1、首先當水塔水位滿時，就好象所有的開關閉合，此時LED 數碼管顯示數為 0，555 定時器輸入高電平，輸出低電平，導致三極管的集電極電壓小于導 通電壓，繼電器斷開，燈泡熄滅，類似于水塔沒有發出警報。2、當水塔水位低于最低值即相當于開關全部斷開 ,LED 數碼管顯示 9， 555 定時器輸入低電壓， 輸出高電壓， 導致三極管的集電極電壓大于導通電壓， 繼電 器通電，觸電閉合，燈泡發光，相當于水塔發出警報。3、當水塔水位從高到低是，相當于開關依次閉合 LED 數碼管顯示水位從 0 到 9 ，表示水塔水位的高度。11硬件實驗硬件實驗如圖結硬件實實驗圖圖數碼管從 9依次遞減至 2

14、，燈保持亮度；將最后一個開關閉合時， LED 數碼管顯 示 0 ，燈滅；再將燈依次斷開，數碼管從 0 遞增，燈保持熄滅；將最后一個開關斷開后，數碼管顯示 9，燈變亮，依次循環。從而實現水塔水位的控制七、心得體會通過這次課程設計 ,我對 74LS147N 和 555 定時器等元件的邏輯功能有了更 加深入的了解和認識 ,對 Multisim10 軟件應用的更加熟練。在課程設計中 ,遇到了一些問題 ,例如選擇控制水塔水位相當于高低電壓的不 同，如何解決這問題呢。 在解決這個問題時， 我想到了用 555 定時器對信號進行 分析和利用，既能得到合適的脈沖，又使誤差得以減小，達到了很好的效果，為 后面的設計