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实验室人数统计电路设计.doc

发布时间：2022-06-06 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：0.30M 资料格式：doc 举报 版权申诉
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    沈阳航空航天大学 课 程 设 计 （说明书） 实验室人数统计电路的设计 班级 / 学号 学 生 姓 名 指 导 教 师
    沈阳航空航天大学 课 程 设 计 任 务 书 课 程 名 称 数字逻辑课程设计 院（系） 计算机学院 专业 网络工程 班级 学号 姓名 课程设计题目 实验室人数统计电路的设计 课程设计时间: 2010 年 07 月 15 日 至 2010 年 07 月 24 日 课程设计的内容及要求： 一、设计说明 设计一个利用光线的通断来统计实验室人数的电路。 设计两路光控电路，一路放置在门外，另一路设置在门里，当有人通过门 口时（无论是进入或是走出房间），都会先触发一个光控电路，再触发另一个 光控电路。要求根据光控电路产生触发的先后顺序，判断人员是进入还是离开 实验室，当有人进入时令计数器进行加计数，当有人离开实验室时进行减计 数。其电路原理框图如图 1 所示。它由光电控制电路，脉冲整形电路，控制逻 辑电路，计数器电路，译码显示电路等组成。 光 电 电 路 I 光 电 电 路 II 脉 冲 整 形 脉 冲 整 形 控 制 逻 辑 电 路 加 减 法 可 逆 计 数 器 显 示 译 码 手动 复位 数码 显示 声、光报 警电路 图 1 实验室人数统计电路原理框图
    二、技术指标 计数器的最大计数容量为 99，并用数码管显示。 三、设计要求 1．在选择器件时，应考虑成本。 2．有手动复位（清零）功能。 3．要求计数器每计一个数，发光二极管指示灯闪烁一次（或蜂鸣器响一 次）。 4．可选元件：(1)红外发光二极管和光电三极管(对管); (2)集成译码显示电 路 74LS47 或其它；(3)可逆计数器 74LS190 或者 74LS192；(4)LED 数码管； (5)555 定时器；(6)发光二极管等。 四、实验要求 1．根据技术指标制定实验方案；验证所设计的电路。 2．进行实验数据处理和分析。 五、推荐参考资料 1.谢自美. 电子线路设计·实验·测试. [M]武汉：华中理工大学出版社，2000 年 2.阎石. 数字电子技术基础. [M]北京：高等教育出版社，2006 年 3. 付家才. 电子实验与实践. [M]北京：高等教育出版社，2004 年 六、按照要求撰写课程设计报告 指导教师 负责教师 学生签字 成绩评定表 评语、建议或需要说明的问题： 年 月 日 年 月 日 年 月 日 成 绩
    指导教师签字： 日期： 一、概述 对于现在这个信息高速发展的社会，已经开始更加广泛的用机器代替人力 来工作，已达到节省人力资源的目的。同时使用机器，可以更加高效、少出 错，减少了成本付出，可以在相同的时间内获得更多的利润，创造更多的价 值。对于此次要设计的电路----实验室人数统计电路，我认为，它就是一个机 器的“看门人”，用来记录出的人数和入的人数以及总人数。而此次设计的实验 室人数统计电路正是体现了这一点。用红外线感应器来感知有无人出入，根据 光控电路产生触发的先后顺序，判断人员是进入还是离开实验室，然后将感应 到的结果经过逻辑电路的处理，即通过计数器的计数和译码器的译码功能，当 有人进入时令计数器进行加计数，当有人离开实验室时进行减计数，将结果通 过显示器反映到眼前。 因此，在信息高速发展、人群日益密集的今天，在一些公共场所安装人数 统计器，对于信息管理、资源配制、企业方案的确定等方面有重大的意义。所 以，简易、安全、可靠地人数统计器，在当今社会里，其开发前景是无比广阔 的。 二、方案论证 方案一： 方案一工作原理:本电路由主体电路和扩展电路两部分组成。主体电路完成 基本的计数显示译码功能，即判断人员进入还是离开实验室，当有人进入时计 数器进行加计数，有人离开时进行减计数，并能够显示出当前时刻在实验室里 的人数，可以显示最大的数字为 99。扩展电路完成手动复位（即计数器清零 功能）和光提示功能（即当有人进入或离开时可以发出提示）。 方案一原理框图如图 1 所示。
    光 电 电 路 I 光 电 电 路 II 脉 冲 整 形 脉 冲 整 形 控 制 逻 辑 电 路 加 减 法 可 逆 计 数 器 显 示 译 码 手动 复位 数码 显示 声、光报警 电路 图 1 实验室人数统计电路原理框图一 方案二： 方案二原理：通过单片机来实现。将出入门感应传递给单片机，通过单片 机来判断人员的进出，并进行加减计数，然后通过数码管实现显示功能，通过 蜂鸣器或二极管实现声、光报警功能。 方案二原理框图如图 2 所示。 光 电 电 路 光 电 电 路 脉 冲 整 形 脉 冲 整 形 单 片 机 显示 译码 声、光报警 电路 图 2 实验室人数统计电路原理框图二 本设计采用的是方案一。由于还没有学习过单片机方面的内容，对单片机 的具体功能并不了解，故不选用方案二；方案一中涉及的内容较容易实现且电 路不复杂，性价比较高，故选用方案一。 三、电路设计 1.控制逻辑部分电路 控制逻辑部分电路如图 3 所示。
    图 3 开关模拟光电感应的电路图 由于在仿真环境下无法实现光线遮蔽现象，所以感应电路部分用两个开关 J1、J2 来模拟。J1 开关放置在门外，J2 开关放置在门外，J1、J2 都处于低电 平状态。当有人进入时，J1、J2 依次转换为高电平，人通过后 J1、J2 又依次 恢复低电平；当有人离开时，J2、J1 依次转换为高电平，人离开后 J2、J1 又 依次恢复低电平。根据 J1、J2 接高电平的顺序，从而实现了判断人员是进入还 是离开实验室。 4013 的引脚排列图如图 4 所示。 图 4 4013BP_5V 引 脚排 列 图 4013 是一双 D 触发器,由两个相同的、相互独立的数据型触发器构成。每 个触发器有独立的数据、置位、复位、时钟输入和 Q 及 Q 输出，此器件可用作 移位寄存器，且通过将 Q 输出连接到数据输入，可用作计算器和触发器。在时 钟上升沿触发时，加在 D 输入端的逻辑电平传送到 Q 输出端。置位和复位与时 钟无关，而分别由置位或复位线上的高电平完成。 4013 的一个 D 有 6 个端子：2 个输出，4 个控制。4 个控制分别是 R、S、 CP、D。R 和 S 不能同时为高电平。当 R 为 1、S 为 0 时，输出 Q 一定为 0，因此 R 可称为复位端。
    当 S 为 1、R 为 0 时，输出 Q 一定为 1。当 R、S 均为 0 时，Q 在 CP 端有脉 冲上升沿到来时动作，具体是 Q=D，即若 D 为 1 则 Q 也为 1，若 D 为 0 则 Q 也为 0。CD4013 的 Q1 输出接 74LS192 中 U4 的 UP，Q2 输出接 74LS192 中 U5 的 DOWN。 接线时，Q1、Q2 分别接两个二极管， —— Q1接 U2 的 UP 端， —— Q2接 U2 的 DOWN 端。 当有人进入室内时，由于 4013 的选择作用，Q1 输出一个正脉冲，Q2 输出 低电平，实现加计数。当有人从室内离开时，由于 4013 的选择作用，Q2 输出 一个正脉冲，Q1 输出低电平，实现减计数。下图为判断人员进出的时序逻辑 图。图（a）为进人时的时序逻辑图，图（b）为出人时的时序逻辑图。 VA VB Q1 Q2 VA VB Q1 Q2 t t t t t t t t （a）有人进入时的时序逻辑图 （b）有人离开时的时序逻辑图 图 5 进出判断时序逻辑图 2.计数译码显示部分电路 计数译码显示部分电路如图 6 所示。
    图 6 计 数译 码 显示 部 分电 路 74LS192 是十进制可预置同步可逆 BCD 码计数器 ，它具有双时钟输入， 并具有清除和置数功能，其引脚排列图如图 7 所示： 图 7 74LS192 引脚排列图 DOWN 为减计数脉冲输入，当作减计数操作时 UP 接高电平。UP 为增计数脉 冲输入，当作加计数操作时 DOWN 接高电平。BO 为借位输出信号，在减计数时 出现，低电平有效。CO 为进位输出信号，加计数时出现，低点平有效。LOAD 为 加载，即对计数器作置数操作时的控制信号。当 LOAD 位某个电平时，计数器可 以预置初始值，除清零控制外，其他操作被禁止。 接线时，输出端 QDQCQBQA 接数码管，BO、CO 分别为借位端和进位端，U2 的借位端接 U3 的 DOWN，U2 的进位端接 U3 的 UP，从而实现十、个二位数计 数。
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