数字电子技术基础课程设计(论文)-水位自动控制装置

数字电子技术基础课程设计(论文)-水位自动控制装置内容摘要：

水接通到所在的探头；而当水位下降时断开，因此只要测出哪些探头接通电信号时，就大概可以确定水位的高度。 比如说只有 abcd 有电信号输出，而 efgh 都没信号 (或者说输出低电平 )输出时，就基本上可以确定水位在探头 d 以上 e 以下，即 在 4— 5 米之间，再将该电信号输入到信号处理 本科生课程设计（论文） 4 部分进行 处理输出相应的控制信号即可。 图 探头 原理图 信号处理电路 设计 经过信号产生电路产生的信号 ， 还必须经过编码处理。 由以上电路的设计与分析可知， 该编码电路最少应有八个输入端，作为八个探头输出信号的输入端，而且有效电平为低电平，因此应设计成具有优先编码功能的编码电路，所谓“优先”编码即多个输入端同时满足编码条件时，只对最高位编码。 根据要求该电路设计成以编码器为核心的编码电路，具体设计的电路图如图 23 所示： U27 4 LS 1 4 8 DA09A17A26GS14D313D41D52D212D111D010D74D63EI5EO15GND8VCC16U57 4 LS 0 0 D1A1B1Y2A2B2YGND 3Y3B3A4Y4B4AVCCV C C5VU 7 A7 4 LS 0 4 DU 9 A7 4 LS 0 4 DABCD 图 信号编码电路 本科生课程设计（论文） 5 上图中，左侧八个引脚为信号输入端，右侧 ABCD 四个端口为信号输出端口，编码器选 74LS148， 反相器为 74LS04。 水位显示 电路设计 该部分主要是用七段数码显示器显示水位。 七段数码显示器一般有两种接法：一种是共阴极接法；一种是共阳极接法。 无论哪种接法，其都是由七组发光二极管构成。 当其为共阴极接法时则对高电平有效，即要输入高电平时才能使其点亮；当其为共阳极接法时对低电平有效，只有输入低电平时才会显示，显示器原理图如下图 24 中（ a）、（ b）、（ c）所示。 (a)结构引脚图 (b)共阴极接法 (c)共阳极接法 图 七段数码管显示器原理 由原理图可知，该显示器有七个发光二极管分别用 a、 b、 c、 d、 e、 f、 g，因此只要点亮相应的发光二极管，就能使其显示特定的数字，比如说对于共阴极接法的显示器同事对 a、 b、 c 输入高电平时使 a、 b、 c 段二极管点亮而其他的都灭即显示出数字“ 7”。 该部分电路直接由显示译码器对编码 信号译码后驱动显示器工作，电路图如图 25所示： 本科生课程设计（论文） 6 V C C5VU67 4 L S 4 7 DA7B1C2D6OA13OD10OE9OF15OC11OB12OG14~LT3~RBI5~BI/RBO4GND8VCC16U8A B C D E F GCAR1220Ω R2220Ω R3220ΩR4220Ω R5220Ω R6220ΩR7220Ω 图 显示器原理图 其中， DCBA 为二进制码信号输入端， OA— OG 为译码后信号的输出端。 信号输出后经过限流电阻直接接到显示器输入端，驱动显示器工作。 电机控制电路设计 该部分为整个设计电路的重点部分，也是难点部分。 主要目的即是要靠那个值电机的工作通过控制电机的工作来控制水位，这也就是本实验的主要设计目的。 由任务的设计要求：要将水塔的水位控制在 26 米。 即水位低于 2 米时使电机工作升到 6 米时使电机停止工 作。 而由信号产生部分设计可知：当水位低于 2 米时只有探头a 接通电信号。 因此要将该电信号设计为控制电机转动的控制信号。 而该电信号通过编码处理后输出为四位二进制码 0001，所以就是要使输出信号为 0001 时使电机工作。 而水位上升到 6 米时要控制电机停止工作。 因此时水位在 6 米时有六个探头接通电信号，为 a、 b、 c、 d、 e、 f。 根据编码器的工作原理，只有探头 f 的电信号才为有效信号，即只对 f 的电信号编码处理。 此时才为有效信号，即只对 f 的电信号编码处理。 此时由 f引进来的信号经过编码后成为二进制码 0110，因此要将 0110 设计为 电机停止工作的控制信号，即当输入到电机驱动的信号为 0110 时使电机停止。 根据分析将该部分电路设计成如图 26所示： 本科生课程设计（论文） 7 图 电机控制电路 DCBA 为信号输入端。 74LS20 为四输入与非门，手动开关为三路选择开关。 报警控制电路设计 根据任务设计要求只要将编码处理输出的信号 DCBA 为 0000 或 0111 时设为报警电路的控制信号即可 当水位低 至 1 米或升到 7 米时编码器编码输出的信号 DCBA 为 0000 或 0111，再经过反相器输入到四输入或非门输入端后电阻驱动报警器工作。 因此可以通过报警器来判断整个控制电路输出为低电平再经过反相器后变为高电平。 该高电平通过或门后再经过限流的工作是否正常。 四输入与非门选用 74LS20，反相器为 74LS04， 与门为 74LS32，报警器用 发光二极管 替代。 、 图 报警控制电路 本科生课程设计（论文） 8 元器件型号选择 信号处理部分电路：编码器 74LS148，反相器 74LS04。 74LS148 为优先编码器，编码输入有效电平为低电平，编码输出为 BCD 反码，即当输入端有“ 0”输入时，输出端就输出与之对应的 BCD 反码。 如“ 2”，“ 4”同时输入“ 0”，则按“ 4”进行编码，内部编码成 BCD 码 0100，输出则为 BCD 反码 1011 水位显示电路：译码器选用 BCD7 段译码显示器驱动器 74LS47；显示器为共阴极七段数码显示器； R 阻值 220 欧姆。 报警控制电路：编码器 74LS20 片子，反相器 74LS04，继电器两个。 水位报警电路： 74LS20 芯片， 反相器 74LS04，与门 74LS32。 当水位低于 1 米或升到 7 米时编码器编码输出的信号 DCBA 为 0000 或 0111，再经过反相器输入到四输入或非门输入端后输出为低电平再经过反相器后变为高电平。 该高电平通过或门后再经过限流电。