电子设计基础.doc

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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流电子设计基础.精品文档.电子设计基础课程报告设计题目：室内人数统计器学生班级：通信0902学生学号：20096166学生姓名：胡赋指导教师：刘春梅时 间：2011.6西南科技大学信息工程学院目录一：设计题目及要求.2二：题目设计方案.2三：设计原理及基本元器件介绍.3 1：基本元器件.3 (1)：74LS192芯片.3 (2)：CD4511芯片.5 (3)：CD4013芯片.7 (4)：LM393L芯片.8 (5)：74LS04芯片.8 2：传感器与电压比较器部分.9 3：进出判断电路设计.10 4：计数及译码部分电路设计.11 5：报警部分

2、电路设计.12四：设计仿真图、原理图、PCB板图.12五：总结体会.13六：元器件清单.14七：参考文献.15 一：室内人数实时统计器设计及要求。1：某场所只有一个且仅能一人通过的出入口，要求实时显示场内人数（至少一位数码管显示），进入一人自动加一，反之则减一。2：当人数超过12人，发出报警声。二：预想设计方案及方案确定。1：方案一通过进出门感应器（红外），将收集到的数据送入到计数器中，通过译码器译码后，数据被送入显示器中显示出来，显示现有人次。如若计数超过了预设报警计数值，则蜂鸣器的报警电路会发出警报。2：方案二通过进出门感应器（红外），有两组红外线发射和接收系统组成，将信号传递给控制单片机

3、，由其判断两组信号的触发顺序来给出室内人数是增加还是减少，然后将结果控制LCD液晶显示模块显示。单片机控制模块主要以MSP430F2274单片机为核心，主要由555定时器构成的多谐振荡器给红外线发射脉冲信号，单片机通过对接收到的信号进行运算处理，将信号转为LCD显示屏显示。如若超过计数器的预设报警计数，则蜂鸣器会发出警报。3：方案确定 由于本次电子电路课程设计中未涉及到单片机，从课程考核考虑，选用方案一。 4：预想设计流程图三：基本元器件介绍及设计原理。本次设计的电路由74LS192，CD4511,CD4013,LM393,74LS04芯片搭建而成，采用直流稳压电源为系统提供5V电源。1：基本

4、元器件：74LS192芯片 74LS192：可预置同步可逆BCD码计数器 特点：芯片内部有级联电路 同步操作 每触发器有单独的预置端74LS192引脚图：个别引脚说明：Cdn-减计数脉冲输入，当作减计数操作时Cup接高电平。 Cup-增计数脉冲输入，当作加计数操作时Cdn接高电平。BO-借位输出信号，在减计数时出现，低电平有效。CO- 进位输出信号，加计数时出现，低点平有效。 LD-加载，即对计数器作置数操作时的控制信号。当LD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。真值表：H=高电平 L=低电平 X=不定（高或低电平） =由“低”“高”电平的跃变引脚功能表：74LS

5、192的逻辑符号：接线时， Cup或Cdn接单脉冲或1Hz时钟脉冲信号。输出端QDQCQBQA接数码管，CO和BO接发光二极管。其余的控制信号和输入信号接逻辑开关，LD对低电平有效。CD4511芯片 CD4511是一个用于驱动共阴极 LED （数码管）显示器的 BCD 码七段码译码器，特点：具有BCD转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能的CMOS电路能提供较大的拉电流。可直接驱动LED显示器。CD4511 是一片 CMOS BCD锁存/7 段译码/驱动器，引脚排列如图 2 所示。其中a b c d 为 BCD 码输入，a为最低位。LT为灯测试端，加高电平时，显示器正常显示，加低电平时，显示

6、器一直显示数码“8”，各笔段都被点亮，以检查显示器是否有故障。BI为消隐功能端，低电平时使所有笔段均消隐，正常显示时， B1端应加高电平。另外 CD4511有拒绝伪码的特点，当输入数据越过十进制数9(1001)时，显示字形也自行消隐。LE是锁存控制端，高电平时锁存，低电平时传输数据。ag是 7 段输出，可驱动共阴LED数码管。另外，CD4511显示数“6”时，a段消隐；显示数“9”时，d段消隐，所以显示6、9这两个数时，字形不太美观 图3是 CD4511和CD4518配合而成一位计数显示电路，若要多位计数，只需将计数器级联，每级输出接一只 CD4511 和 LED 数码管即可。所谓共阴 LED

7、 数码管是指 7 段 LED 的阴极是连在一起的，在应用中应接地。限流电阻要根据电源电压来选取，电源电压5V时可使用300的限流电阻。CD4511 引脚图其功能介绍如下： BI：4脚是消隐输入控制端，当BI=0 时，不管其它输入端状态如何，七段数码管均处于熄灭（消隐）状态，不显示数字。 LT：3脚是测试输入端，当BI=1，LT=0 时，译码输出全为1，不管输入 DCBA 状态如何，七段均发亮，显示“8”。它主要用来检测数码管是否损坏。 LE：锁定控制端，当LE=0时，允许译码输出。 LE=1时译码器是锁定保持状态，译码器输出被保持在LE=0时的数值。 A1、A2、A3、A4、为8421BCD码

8、输入端。 a、b、c、d、e、f、g：为译码输出端，输出为高电平1有效。 CD4511具有锁存、译码、消隐功能，通常以反相器作输出级，通常用以驱动LED。各引脚的名称：其中7、1、2、6分别表示A、B、C、D；5、4、3分别表示LE、BI、LT；13、12、11、10、9、15、14分别表示 a、b、c、d、e、f、g。左边的引脚表示输入，右边表示输出，还有两个引脚8、16分别表示的是VDD、VSS。CD4511的工作真值表如下：锁存功能 译码器的锁存电路由传输门和反相器组成,传输门的导通或截止由控制端LE的电平状态。 当LE为“0”电平导通，TG2截止；当LE为“1”电平时，TG1截止，TG

9、2导通，此时有锁存作用。译码 CD4511译码用两级或非门担任，为了简化线路，先用二输入端与非门对输入据B、C进行组合，得出四项，然后将输入的数据A、D一起用或非门译码。 消隐 BI为消隐功能端，该端施加某一电平后，迫使B端输出为低电平，字形消隐。消隐控制电路如图3-4所示。 消隐输出J的电平为 J=（C+B）D+BI如不考虑消隐BI项，便得J=（B+C）D据上式，当输入BCD代码从1010-1111时，J端都为“1”电平，从而使显示器中的字形消隐。CD4013芯片（1）CD4013芯片是一种双D式触发器。CD4013是CMOS双D触发器,内部集成了两个性能相同,引脚独立(电源共用)的D触发器

10、,采用14引脚双列直插塑料封装,在以CD4013为主组成的若干个二分频电路的基础上，加上异或门等反馈控制，即可很方便地组成N/2分频电路。是目前设计开发电子电路的一种常用器件。CD4013引脚图（1）真值表: CD4013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。 一个CD4013有6个端子：2个输出，4个控制。4个控制分别是R、S、CP、D。 （

11、1）R和S不能同时为高电平。（2）当R为1、S为0时，输出Q一定为0，因此R可称为复位端。（3）当S为1、R为0时，输出Q一定为1。（4）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。 （4）LM393L芯片LM393L是电压比较运放集成电路，引脚图如下：74LS04芯片74ls04是带有6个非门的芯片。74LS04是6非门(反相器)他的工作电压5V，他的内部含有6个coms反相器，74LS04的作用就是反相把1变成0。引脚图如下：2：传感器与电压比较器部分 传感器部分由红外对管TCRT5000，74LS04，LM393N和CD40

12、13组成的双稳态电路组成。其中两个传感器分别安装在门的靠外侧和内测。 基本原理是红外对管采用TCRT5000，常态输出高电平，当有物体挡住时，接收管导通。即当传感器没有感应到有人通过时，LM393N的3管脚接高电平，输出高电平。当传感器感应到有人通过时，LM393N的3管脚接地，输出低电平。电路图如下： LM393是电压比较器，当”输入端电压高于”输入端时，电压比较器输出为高电平； 当”输入端电压低于”输入端时，电压比较器输出为低电平。当传感器没有感应到人时，J1A打开，LM393“+”输入端的电压为5V，“-”输入端的电压为5/(10+10)*10，即2.5V，因而“+”输入端的电压比“-”

13、输入端的电压高，电压比较器输出为高电平。当传感器感应到有人通过时，J1A闭合，LM311“+”输入端电压为零，而，“-”输入端电压为2.5V，因而“+”输入端比“-”输入端电压低，电压比较器输出为低电平。传感器与电压比较器部分实现将传感器输出的交流电压转化为直流电输出，并通过并接电容去除毛刺电压。3：进出判断电路设计 CD4013的1CLK和2RST相连，2CLK和1RST相连，从而实现了当一个红外对管工作时，另一个屏蔽，即实现了进门还是出门的判断。常态时输出底电平，一旦红外对管检测到有人走过，那么就输出一个上升沿。将输出端Q1通过74LS04接到74LS192的UP端，实现加计数；将输出端Q

14、2也通过过74LS04取反，然后接到实现统计当前人数的CD40192的DOWN管脚，这样就实现了减计数，从而实现了加减计数。对于CD4013，本此设计使用时将其D端给5V电压，SD接地，通过控制其CLK和RST端的变化来实现。图中，通过J1的打开和闭合表示出门感应经过LM393后输出的电压的大小，通过J2的打开和闭合表示进门感应经过LM393后输出电压的大小。当有人进入室内时，出门传感器先感应，进门传感器后感应。即出门传感器先感应到人，经过LM393输出低电平，通过74LS04非门，使1CLK=2RST=1，而此时进门感应还没感应到人，经过LM393输出高电平，通过74LS04非门，使2CLK

15、=1RST=0，由CD4013功能表可知，Q1输出高电平，Q2输出低电平。之后，进门传感器感应到人，使1CLK=2RST=1，使2CLK=1RST=1，由CD4013功能表，Q1输出低电平，Q2输出低电平。即当有人进入室内时，屏蔽了进门感应。出室内同理。 4：计数及译码部分电路设计 计数部分采用十进制同步加/减计数器（有预置端，双时钟）的74LS192芯片，74LS192为可预置BCD 可逆计数器，其内部主要由四位D 型触发器组成，与一般计数器不同之处在于加计数器和减计数器分别由两个时钟输入端。74LS192 具有复位CR、置数控制/LD、并行数据D0D3、加计数时钟CPu、减计数时钟CPD

16、等输入，当CR 为高电平时，计数器置零。当/LD 为低电平时，进行预置数操作，D0D3 上的 数据置入计数器中，计数操作由两个时钟输入控制。当CPD“1”时，在CPu 上跳变时计数器加1 计数；当CPu“1”时，在CPD 上跳变计数器减1 计数。除四个Q 输出外，74LS192 还有一个进位输出/CO 和一个借位输出/BO，/CO 和/BO 一般为高电平，只有在加计数模式，当计数器达到最大状态时，/CO 输出一个宽度为半个时钟周期的负脉冲，在减计数模式，当计数器全为零时，/BO 输出一个宽度为半个时钟周期的负脉冲。此电路图是显示室内总共有多少人数，即74LS192既实现加计数又实现减计数。CD

17、4013的Q1输出接74LS192中U1的UP，Q2输出接74LS192中U1的DOWN。当有人进入室内时，由于CD4013的选择作用，Q1输出一个正脉冲，经过74LS04输出负脉冲，Q2输出低电平，经过74LS04输出高电平，U1的UP下降沿有效，而DOWN一直为高电平，由74LS192功能表，实现加计数。当有人从室内离开时，由于CD4013的选择作用，Q2输出一个正脉冲，经过74LS04输出负脉冲，Q1输出低电平，经过74LS04输出高电平，U1的DOWN下降沿有效，UP一直为高电平，实现减计数。/BO、/CO分别为借位端和进位端，U1的借位端接U7的DOWN，U1的进位端接U7的UP，可

18、以实现十、个两位数计数。 译码部分使用的是共阴级七段数码管，故采用的是CD4511芯片。CD4511 是一片 CMOS BCD锁存/7 段译码/驱动器。其中a b c d 为 BCD 码输入，a为最低位。LT为灯测试端，加高电平时，显示器正常显示，加低电平时，显示器一直显示数码“8”，各笔段都被点亮，以检查显示器是否有故障。BI为消隐功能端，低电平时使所有笔段均消隐，正常显示时， B1端应加高电平。另外 CD4511有拒绝伪码的特点，当输入数据越过十进制数9(1001)时，显示字形也自行消隐。LE是锁存控制端，高电平时锁存，低电平时传输数据。ag是 7 段输出，可驱动共阴LED数码管。共阴 L

19、ED 数码管是指 7 段 LED 的阴极是连在一起的，在应用中应接地。 这部分的电路图见总仿真图。5报警部分电路设计本次设计中，采用有源蜂鸣器来实现报警功能，可以设置当室内人数超过多少时蜂鸣器报警，采用通过接与门的方法来实现任意数值报警，通过与门来驱动蜂鸣器。例如本次实验中要求超过十二人时报警，即可将十位的74LS192的QA端和个位74LS192的QB端通过与门接到蜂鸣器的正端上，蜂鸣器负端接地，即可实现。四：设计仿真图、原理图、PCB板图。五：总结体会 本次实验中遇到了不少的问题和麻烦，虽然依靠查阅资料和网上查找，最终还是完成了。但是还是觉得一个简单初级的设计课题对于我来说，不容易！在做实

20、验的过程中，对于以往所学的例如数字电子技术等课程进行了复习，以往只是为了考试而进行的学习在实际设计中毫无印象，只能重新学习，不得不汗颜。 通过本次的实验，对于触发器以及所涉及的芯片有了实际应用的概念，对于各个芯片所实现的功能有了直观而深刻的印象。在设计电路图的过程中，对于软件的熟悉也非常重要，刚刚开始不熟悉时，找个元件还得到网上搜型号，熟悉之后就得心应手的多了。特别是在芯片的选用上需要斟酌！使用multisim制作仿真图时，经调试后毫无问题，但是在使用protel制作原理图及板图时，却对对于新的元件封装以及元件封装形式颇费了番功夫。总之觉得熟悉一两个专业软件，将它们使用的很熟练是很有必要的！六：元器件清单芯片： 74LS192 2片 CD4013 1片 CD4511 2片 74LS04D 1片 74LS08D 1片 74S04D 2片 LM393N 2片其它元器件： 100NF瓷片电容 2只 红外对管TCRT5000 2只 共阴极七段数码管 2只 10K电阻 8只 蜂鸣器 1只 导线，5V电源七：参考资料数字电子技术 彭容修 主编 武汉理工大学出版社电子设计自动化技术 陈松 主编 电子工业出版社数字电子技术实验与实践 吴慎山 主编 电子工业出版社电路与模拟电子技术 徐淑华 等 著 电子工业出版社 网上下载有关芯片资料和芯片图以及PDF资料