1、1設計任務描述1.1設計題目：電子門衛(wèi)系統之進出人員計數器1.2設計要求1.2.1設計目的（1）掌握電子門衛(wèi)系統之進出人員計數器的構成、原理與設計方法；（2）熟悉集成電路的使用方法。1.2.2基本要求（1）對通過門禁系統進出的人員數目進行計數顯示，從0-9999；（2）門禁系統里、外分別安裝兩個傳感器（比如紅外傳感器）A、B，每當有 人進入時將順序經過A、B，每當有人出去時將順序經過B、A，設計電 路能夠區(qū)分此人士進入還是出去；（3）要求分別統計和顯示進去的人員人次、出來的人員人次、里面還逗留的人 員人數；（4）當逗留人數超限時報警（比如500人）。1.2.3發(fā)揮部分（1）當人次計數器達到99

2、90-9999時，發(fā)出溢出報警信號：（2）考慮有人經過A （或B）但沒有繼續(xù)前進又退出一一即連續(xù)且只經過兩次 A （或B）的情況如何處理？2設計思路電子門衛(wèi)系統之進出人員計數器是一個通過門禁系統人員的進出、出去和 逗留人數的統計和顯示的綜合性電路。一個能夠正常應用到實際環(huán)境中的電 路，應該能正確判斷人員是進去還是出去，并且對逗留人數進行準確的計算及 顯示。本人本次課程設計的思路如下：（1）傳感器部分：在門禁初順次安裝兩個傳感器 A、B，每當有人順序通 過AB或BA時，通過光敏二極管及配套元件將光信號轉化為電信號傳給整個 電路，使電路開始工作。（2）觸發(fā)其部分：利用JK觸發(fā)器，將人通過門禁系統的

3、電信號轉化為CP 脈沖，從而驅動進入人員計數器、出去人員計數器及逗留人員計數器等其他部 分工作。（3）計數器部分：將計數器分為兩部分，一個是同步加法計數器 74LS160N，對進入及出去人員分別進行統計。一個是可逆計數器74LS192D， 將進出人員信號分別輸入到計數器中，通過計算得出逗留人員數目。（4）譯碼及顯示部分：利用譯碼器將計數器將輸出結果通過譯碼器4511BD 及七段數碼顯示管譯碼顯示。（5）報警部分：每當逗留人員達到800時，計數器輸出信號與555多諧振 蕩器震蕩器產生的脈沖信號通過與門輸出信號，使喇叭發(fā)聲起到報警作用。（6）發(fā)揮部分：當人次計數器達到9990-9999時，發(fā)出溢出

4、報警信號； 有人經過A （或B）但沒有繼續(xù)前進又退出一一即連續(xù)且只經過兩次A （或 B）時，應實現當人員順序經過傳感器A、B時應由傳感器B發(fā)出控制進入人 數計數器工作的CP脈沖；當人員順序經過傳感器B、A時應由傳感器A發(fā)出 控制進入人數計數器工作的CP脈沖。當進入人數計數器達到9990時應發(fā)出CP 脈沖信號激活溢出報警電路。基于以上思路，如若完成本次設計，則必須要精確設計好能識別人員進、出 的CP脈沖，做到當人員進入房間時，只驅動進入人員計數器和逗留人員計數 器，當人員出房間時，只驅動出去人員計數器和逗留人員計數器。并且能夠準 確做到當逗留人數達到800時進行報警。本次課題在解決這些問題時，兩

5、個JK 觸發(fā)器起到了很關鍵的作用，加法計數器和可逆計數器起到了核心作用，通過 計數器正確反映該門衛(wèi)系統是否正常。3設計方框圖此系統即電子門衛(wèi)系統之進出人員計數器，它的設計主要分為三部分外加 一些發(fā)揮部分的電路及元器件，三部分分別是：傳感器觸發(fā)電路、進出人員計 數器、逗留人員計數器，發(fā)揮部分的電路設計主要還是報警用的。其具體的流 程方框圖如圖所示：4各部分電路及參數計算4.1傳感器電路部分4.1.1傳感器電路圖4.1.1圖4.1.1傳感器原理圖4.1.2傳感器工作原理此電路是作為一個把人員進、出動作轉化為電信號的轉換工具，采用的是 光電耦合的原理。正常狀態(tài)下輸出為低電位，當有人進或出時，經過傳感

6、器擋 住二極管的發(fā)光，這是輸出為高電位。上圖為傳感器的原理圖。4.2觸發(fā)器電路部分4.2.1觸發(fā)器電路u.n=JU1AU34Au.n=J圖4.2.1觸發(fā)器工作接線圖u.n=JU1AU34Au.n=J圖4.2.1觸發(fā)器工作接線圖4.2.2觸發(fā)器工作原理此電路是CP脈沖發(fā)生電路，其主體是兩個JK觸發(fā)器，其觸發(fā)器1的J和 觸發(fā)器2的CP是由傳感器A控制；觸發(fā)器1的CP和觸發(fā)器2的J是由傳感器 B控制。其A、B分別接在傳感器A、B的輸出端，常態(tài)下為高電平，E端接 往進人員計數器的CP端F端接往逗留人數可逆計數器的CPu端（即此時為加 記數），C端接往出人員計數器的CP端，D接往逗留人數可逆計數器的CP

7、D端 （即此時為減記數）。此電路不僅能實現基本要求2的功能還能同時達到發(fā)揮部 分2的要求。現以人員順序經過A、B時的波形分析來說明以上觀點:11CPCP1從以上波形圖可知當人在順序經過A、B時，只有觸發(fā)器1能發(fā)出有效CP 波形，而觸發(fā)器1正是進人員計數器和逗留人員加計數器的驅動，且此時若人 員只是多次重復經過傳感器A而未經過傳感器B就不會有CP1，自然也就不回 有O的輸出波形，這就成功的解決了發(fā)揮部分（2）所提出的問題。4.3計數器電路部分4.3.1加法計數器電路;$與Q - ,WT商 Y英3*目Q ;$與Q - ,WT商 Y英3*目Q -. Y任3WT CFYOT-圖4.3.1計數器接線圖4

8、.3.2加法計數器74LS160工作原理進入人員統計器與出去人員計數器的工作原理相同，它們分別由4個74LS160十進制加法器級聯組成四位十進制加法計數器。當CLK輸入一個高電 平時74LS160計一次數，直到加法計數器達到最大值（1001）時，進位端RCO 輸出一個低電位，然后傳給下一個74LS160作為CLK輸入信號，下一個74LS160計一位數。后面的級聯同理。4.3.3可逆計數器74LS192D電路圖4.3.2可逆計數器接線圖圖4.3.2可逆計數器接線圖4.3.4可逆計數器74LS192D工作原理此電路的功能是隨時顯示逗留在房間內的人數，其主體是一個十進制的可 逆計數器74LS192。

9、在這個電路中可逆計數器有兩個CP控制端，分別為UP和 DOWN。當UP有脈沖輸入時，此計數器為加計數工作，所以如上圖所示UP與 Q1相連；當DOWN脈沖輸入時，此計數器為減加計數工作，所以如上圖所示 DOWN與Q2相連。此計數器之間還可以構成進位輸入和借位輸出。如上圖所 示CO與UP相連就構成了進位輸入，BO與DOWN相連就構成了借位輸出， 這樣此電路就完成了可逆計數的功能。4.4顯示電路 4.4.1顯示電路部分圖4.4.1顯示器、譯碼器接線圖4.4.2顯示部分功能介紹七段顯示譯碼電路由半導體晶體管（LED），限流電阻R和4511BD七段顯 示譯碼器構成。管腳DA、DB、DC、DD為4511B

10、D的數據輸入腳，接收計數 器傳遞的數值，然后通過半導體（LED）顯示出來，其中R在電路中起限流作 用，用來保護半導體晶體管不被燒毀。功能表如下表所示。一般數字系統中處理和運算結果都是用二進制編碼、BCD碼或其他編碼 表示的，要將最終結果通過LED顯示器用十進制數顯示出來，就需要先用譯碼 器將運算結果轉換成段碼，當然，要使發(fā)光二極管發(fā)亮，還需要提供一定的驅 動電流，所以，這兩種顯示器也需要有相應的驅動電路4.5報警器電路4.5.1報警器電路圖74F08NFIn項4.5報警器電路4.5.1報警器電路圖74F08NFIn項F111TirnBrBUZZER2kHz圖4.5.1報警器電路圖4.5.2報警

11、器工作原理報警器是當逗留人數達到800時報警。報警器有一個多諧振蕩器組成。在報警電路之前設置一個與門，因為多諧振蕩器產生的是脈沖信號。所以 當逗留人員達到800時，將有一個高電平信號輸入與門給報警器，使報警器工 作。當振蕩器接通電源后，電容C被充電，2腳電平上升，當其上升到2/3Vcc 時，觸發(fā)器被復位，同時放點BJTT導通，此時3腳為低電平，電容C通過R2 和T放電，使2腳端電壓下降。當其下降到1/3Vcc時觸發(fā)器又被置位，3腳翻 轉為高電平。電容C放電所需時間為：tpL=R2Cln2=0.7R2C當C放電結束時，T截止，Vcc將通過R1、R2向電容器C充電，2腳電壓 又1/3Vcc上升到2

12、/3Vcc所需要的時間為：TpH=(R1+R2)Cln=0.7(R1+R2)C當2腳上升到2/3Vcc時，觸發(fā)器又發(fā)生翻轉，如此周而復始，在輸出端就 得到一個周期性的方波，其頻率為：f=1/(tp1+tp2)=1.43/(R1+2R2)C所以，報警器報警時聲響是蜂鳴的。5工作過程分析為了完成電子門衛(wèi)系統之進出人員計數器課程設計題目，整體工作過程和 分析分為下面幾步：傳感器部分此傳感器電路能將人員進出房間的動作，轉化為電信號送入主電路中， 并作為控制整個電路工作的總開關。觸發(fā)器電路此觸發(fā)器是將傳感器送來的信號進行智能分析，能區(qū)別出人員的進出， 和是否真的進入或出去房間，并向不同的計數器發(fā)出CP脈

13、沖，控制其 工作。計數器電路此電路能正確接受由觸發(fā)器送來的的CP脈沖，在此脈沖的作用下計數 器能進行正確的工作譯碼顯示電路此電路是將計數器傳來的信號，送到七段譯碼顯示器譯碼，通過七位 LED七段顯示器顯示出來。報警電路此報警電路是在進如人員和逗留人員達到警報人限時自動識別報警信 號，并適時發(fā)出報警。6.元器件清單序號元件名稱型號數量1曰二職 顯示器112譯碼器4511BD113加法計數器74LS160N84可逆計數器74LS192D35JK觸發(fā)器74109N26555計時器555VIRTUAL27二輸入與門7408NVHDL28六輸入與門19蜂鳴器BUZZER210七腳電阻排PRACK1111

14、電阻1012發(fā)光二級管213光敏三極管214電容415開關67.主要元器件介紹7.1譯碼器4511BD7.1.1功能介紹CD4511是一個用于驅動共陰極LED （數碼管）顯示器的BCD碼一七段碼 譯碼器，特點如下：具有BCD轉換、消隱和鎖存控制、七段譯碼及驅動功能的 CMOS電路能提供較大的拉電流。可直接驅動LED顯示器。譯碼是編碼的逆過程，它將編碼時賦予代碼的含義“翻譯”過來，實現姨 媽的邏輯電路稱為譯碼器。譯碼器輸出與輸入代碼有唯一的對應關系，4511BD 是輸入低電平有效的七段字形譯碼器，它在這里與數碼管配合使用。表7-1列 出了 4511BD的真值表，表示了它與數碼管的關系。7.1.2

15、功能表十進制數或功 能輸入車俞出LE非BL非LTD3D2D1D0abcdefg0LHHLLLLHHHHHHL1LHHLLLHLHHLLLL2LHHLLHLHHLHHLH3LHHLLHHHHHHLLH4LHHLHLLLHHLLHH5LHHLHLHHLHHLHH6LHHLHHLLLHHHHH7LHHLHHHHHHLLLL8LHHHLLLHHHHHHH9LHHHLLHHHHHLHH10LHHHLHLLLLLLLL11LHHHLHHLLLLLLL12LHHHHLLLLLLLLL13LHHHHLHLLLLLLL14LHHHHHLLLLLLLL15LHHHHHHLLLLLLL燈測試XXLXXXXHHHHH

16、HH滅燈XLHXXXXLLLLLLL鎖存HHHXXXX*圖7.1.1 4511BD功能表7.1.3管腳功能介紹BI： 4腳是消隱輸入控制端，當BI=0時，不管其它輸入端狀態(tài)如何，七段 數碼管均處于熄滅(消隱)狀態(tài)，不顯示數字。LT： 3腳是測試輸入端，當BI=1，LT=0時，譯碼輸出全為1，不管輸入DCBA狀態(tài)如何，七段均發(fā)亮，顯示“8”。它主要用來檢測數碼管是否損壞。LE:鎖定控制端，當LE=0時，允許譯碼輸出。LE=1時譯碼器是鎖定保持 狀態(tài)，譯碼器輸出被保持在LE=0時的數值。A1、A2、A3、A4、為 8421BCD 碼輸入端。a、b、c、d、e、f、g：為譯碼輸出端，輸出為高電平1有

17、效。7.2 74LS160集成十進制同步加法計數器7.2.1功能介紹74LS160是一個4為二進制的計數器，它具有異步清除端，與同步清除端 不同的是，他不受時鐘脈沖的控制，只要來有效電平，就立即清零，無需再等 下一個計數脈沖的有效沿到來。當清除端/MR為低電平時，不管時鐘端CP狀態(tài)如何，即可完成清除功 能。74LS160的預置是同步的。當置入控制器/PE為低電平時，在CP上升沿 作用下，輸出端Q0Q3與數據輸入端P0-P3 一致。74LS 160的計數是同步 的，靠CP同時加在四個觸發(fā)器上而實現的。當CEP、CET均為高電平時，在 CP上升沿作用下Q0Q3同時變化，從而消除了異步計數器中出現的

18、計數尖 峰。74LS 160有超前進位功能。當計數溢出時，進位輸出端(TC)輸出一個 高電平脈沖，其寬度為Q0的高電平部分。在不外加門電路的情況下，其可級 聯成N位同步計數器。7.2.2功能表MR CP CEP CET PE DH ON TC0XXK XX00Reset (clear)1X :k ri001X ;K IhtE1h 11hXcourt1( :k hXQiHoy 施 nothin 1X 1hXD圖 7.2.174LS160 功能7.3 74LS192D十進制可逆計數器7.3.1功能介紹74LS92的清除端是異步的。當清除端（MR ）為高電平時，不管時鐘端 （UP、DOWN）狀態(tài)如何

19、，即可完成清除功能。192的預置是異步的。當置入控 制端（LOAD）為低電平時，不管時鐘CP的狀態(tài)如何，輸出端（Q0Q3）即可 預置成與數據 輸入端（P0P3 ）相一致的狀態(tài)。74LS192的計數是同步的，靠UP、DOWN同時加在4個觸發(fā)器上而實現。 在UP、DOWN上升沿作用下Q0Q3同時變化，從而消除了異步計數器中出現 的計數尖峰。當進行加計數或減計數時可分別利用UP或DOWN，此時另一個時 鐘應為高電平。當計數上溢出時，進位輸出端（CO）輸出一個低電平脈沖，其 寬度為UP低電平部分的低電平脈沖；當計數下溢出時，錯位輸出端（BO）輸 出一個低電平脈沖，其寬度為UP低電平部分的低電平脈沖。當

20、把T C和T C分別連接后一級的CP、CP，即可進行級聯7.3.2功能表輸入輸出說明CR LD CP+ CP- D 3 D2 D1 D0Q3 Q2 Q1 Q01乂乂X X X X X0 0 XX d3 d2 dl d000上升沿1 XXXX0 1 11 X X X X011上升沿XXXX0 0 0 0d3 d2 d1 d0十進制加計數保持十進制減計數異步清0異步置數CO=CP+ Q3 Q0BO=CP- Q3 Q2 Q1 Q0圖 7.3.174LS192D 功能表BO借位輸出端CO進位輸出端（低電平有效）DOWN 減計數時鐘輸入端（上升沿有效）UP加計數時鐘輸入端（上升沿有效）LR異步清除端LO

21、AD異步并行置入控制端（低電平有效）QA-QD 輸出端7.4 JK 觸發(fā)器 74109N7.4.1功能表INPUTSOUTPUTSPRECLRCLKJK 1OQLKXXHLHIXXXLHLLXXXHtHtHIfI!LHKfwL施gl 土 VCC,VL2上時,C1=0,C2=1,基本 RS 被置 0. T 導通,V0=0. HYPERLINK l bookmark72 o Current Document 321,VL1v 土 VCC,VL2v 上時,C1=1,C2=0,基本 RS 被置 1,T 截止,V0=1.33 HYPERLINK l bookmark83 o Current Docume

22、nt 21VL1v2VCC,VL2i時,基本RS,R=1,S=1,觸發(fā)器狀態(tài)不變，電路也保持原狀33態(tài)不變.7.6.2功能表+J輸入4+J輸出u閥值輸入P 4 Acc+JJ4Vcc*J觸發(fā)輸入尸X+J妃Vcw對Vcw3 W-JW-復位4服IPN輸出p0服不變q放電管m導通N導通-不業(yè)Q圖7.6.1 555真值表7.7邏輯電路與門7.7.1功能介紹與門又稱“與電路”。執(zhí)行“與”運算的基本門電路。有幾個輸入端， 只有一個輸出端。當所有的輸入 同時為“1”電平時，輸出才為“1”電 平，否則輸出為“0”電平。邏輯符號：咨I 7.7.2真值表ABZ000010100111圖7.7.2與門真值表課程設計總

23、結光陰似箭，轉眼間一周的電子課程設計告一段落，在這周緊張而又充實的 學習中，我深深的感到時間的寶貴。我將自己的題目順利的完成了。我認為我 盡力了，發(fā)揮出了自己的水平，感受到由理論到實踐的使用過程。將近一年的電子技術課就要以這一周電子技術課程設計的結束而結束了。 我很感謝曲老師在這一年時間的孜孜教誨，在這一周里循循善誘的指導，同時 也感謝同學們對我的幫助。在這一周里，讓我體驗到什么是緊迫，什么是效 率，什么是高強度的訓練。自從接到課設任務書以后，我就開始了緊張的準備 工作。課程題目是45人一組，這樣分組有一個好處，就是做同一個課題大家 可以互相幫助。但同樣也有弊端，那就是容易出現雷同。為了防止雷

24、同的發(fā) 生。在準備課設時，由組長組織我們開了很多次會，大家把找到的資料都拿出 來，分類列表，然后由組長向我們每人分配器件。這樣就可以防止我們做的課 題出現雷同。經過了系統的分配，我們每人都有了一套自己的思路。利用周末 的兩天時間，我們把方框圖和原理圖都畫了出來，周一老師檢查圖紙并指出錯 誤。我們知道了我們的課題相較其他組還是簡單一點的。所以這更加鼓舞了我 們把這個課題做好的信心。經過了老師的檢查和改錯，我們又利用一天時間動手把接線圖的草圖繪制出 來，我們一組同學在一起一同研究，一起討論。教學樓、自習室都留下我們的 身影。有時甚至就在食堂里并個桌討論起來。草圖繪制完畢，我們就開始著手 準備答辯。因為事先的分工明確和組長的講解，我們準備起答辯來簡單了很 多。因為準備充分，基本圖紙上出現的所有問題我們都在一起研究過了，所以 我很輕松的通過了周四的答辯。這與我們共同的努力是分不開的。在這次設計過程中所得到的體會，在過去是沒有過的，在書本是也是無法 找到的。所以，我十分珍惜和留戀這次的課程設計。我認為這種形式有效的鍛 煉了我們獨立解決問題的能力。我們重新熟悉了數字電子這一學期以來說學到 的各種內容，并向知識結構的更深層次邁進，對各種器件的多方面應用擴展進行 了研究.這讓我們的思維跟加活躍，也對