实验室人数统计课程设计 甄苗军培训讲学.doc

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1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。实验室人数统计课程设计 甄苗军-课程设计大纲学院名称电气工程及自动化学院课程名称传感器原理开课系（或教研室）测控技术与仪器执笔人甄苗军审定人修（制）订日期山东轻工业学院课程设计任务书学院电气工程及自动化学院专业测控技术与仪器姓名甄苗军班级102学号201002051050题目电子体温计的设计主要内容、基本要求、主要参考资料等：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

2、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数码显示声、光报警电路脉冲整形光电电路II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

3、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年完成期限：自年月日至年月日指导教师：系（或教研室）主任：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

4、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

5、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数码显示声、光报警电路脉冲整形光电电路II脉冲整形

6、控制逻辑电路加减法可逆计数器显示译码手动复位图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

7、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44013BP_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

8、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

9、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。（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

10、图如图7所示：图774LS192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。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

11、数。通过此部分电路，实现了室内现有总人数二位数的统计。以此类推，则可实现更高位数的人数统计，即可满足人次计数的需要，使产品具有更好的销售市场。3.光提醒部分电路光提醒部分电路如图8所示。图8光提示部分电路图该部分可以实现开关控制，LED1接双D触发器的Q1端，LED2接双D触发器的Q2段。当有人进入时LED1亮，有人离开时LED2亮，从而起到提示的作用。四、性能的测试电路整体性能测试：电路整体性能测试表如表1所示。表1电路整体性能测试表J1（外）J2（里）原示数现示数LED1LED2进门100001亮灭110101灭灭000101灭灭出门019998灭亮119898灭灭009898灭灭通过开关

12、控制模拟有人进入或离开时，电路能实现加减计数功能，每进一人或出一人，都有灯亮提示，且手动复位功能够起到真正作用。各个部分功能都得以实现。电路整体测试图如图9所示。图9电路整体测试图当有人进入时示波器显示的波形图如图10所示。图10进人时示波器显示的波形图当有人离开时示波器显示的波形图如图11所示。图11出人时示波器显示的波形图五、结论本次课程设计的题目为设计一个实验室人数统计电路。本次课程设计的电路设计符合任务书中要求的各项任务指标，即当有人通过门口时（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。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

13、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。此外，还要实现手动复位功能，计数器每计一个数，指示灯闪烁一次。电路仿真结果也同样符合要求。本次课程设计设计的电路使用的元器件比较常见，并且可以充分地利用所学的知识，很好的实现了人数统计的功能，除此之外，电路设计简单，便于理解和使用。六、性价比本次课程设计所用到的元器件都比较常见，例如优先编码器74LS192以及元件译码器74LS48、双D触发器CD4013等，价格相对便宜，由此可见，本次课程设计所设计的电路的性价比较高。七、课设体会及合理化建议本次课程设计的完满成功，使我认识到自己对知识的不足。对此，谢谢老师的耐心指导。通过本次的课程设计，

14、我对数字电子技术的相关知识又有了更深一步的了解，并且学会了怎样运用所学的知识。刚刚拿到课程设计题目的时候，通过翻阅一些有关的书籍，将我的思路具体化。但是连接好电路进行仿真的时候，我意识到了理论与实际的差距，在仿真的初期并没有出现我预期的结果，而且多次检验连接电路均未见起色。后来通过翻阅参考书并且和同学讨论，解决了仿真过程中遇到的问题，得到了正确的仿真结果。通过这次的课程设计使我了解到，只掌握理论的知识是不够的，课堂上的知识仅仅是理论，而且书本太狭隘，我们以后的学习不应该只局限于书本，局限于理论，必须要通过动手实践、多做实验、多思考把理论和际相结合起来，让所学的知识能在实际当中应用，做到学以致用

15、，把所学的东西具体化，体现出知识的重要。并且，只有做到了学以致用，才能使我们对知识有更进一步的了解，才能更好的掌握知识。通过这次的课程设计使我积累了很多的经验，同时也让我了解到了自己在学习上的不足，我会通过以后的学习来弥补这些不足。参考文献1阎石主编.数字电子技术.M北京：高等教育出版社，2006年2陈振官等编著.新颖高效声光报警器.M北京：国防工业出版社，2005年3汤山俊夫著.数字电路设计与制作.M北京:科学出版社,2005年4葛汝明主编.电子线路实验与课程设计.M山东：山东大学出版社，20065康晓明、卫俊玲编著.电路仿真与绘图快速入门教程.M北京:国防工业出版社，2008年附录I总电路图附录II元器件清单序号编号名称型号数量1U1双D触发器4013BP12U2、U3加减计数器74LS19223U4、U5译码器74LS48N24U6、U7数码管SEVEN_SEG_COM_K25J1、J2、J3开关SPDT36LED1、LED2发光二极管LED_blue2-