1、 數字電子技術課程設計 課題名稱：帶保護裝置的水塔自動進水裝置姓 名 學 號 小組成員 指導老師 班 級 專 業 電子信息工程 電氣與信息工程學院 2015年6月目錄 一：設計目的.1 二：設計任務 .1 2.1：設計題目.1 2.2：設計要求1三：總體設計13.1：設計思路 13.2：總體設計框圖2四：各部分電路設計 34.1：信號產生部分3 4.1 :信號處理部分3 4.3:水位顯示部分3 4.4 :電機控制電路 4五：整體電路圖6六： 總結與體會7七：參考文獻 7一：設計目的通過這次設計熟練對電子設計的動手技能，提高電子設計的能力，同時也培養學生收集、整理、分析和刷選利用資料及各類信息的

2、能力，也使得學生通過這次的設計對所學的數電和模電知識及各種電路、電路元件的功能更好的理解和運用。二：設計任務 （1）：設計題目 帶保護裝置的水塔自動進水裝置 （2）：設計要求 要求有水滿、進水、水量不足指示，當水位低時要自動進水，滿時要及時斷電停水，水位過低時能進行斷電保護。三：總體設計（1）設計思路每部分電路都有其相應功能：首先有信號產生部分產生整個電路的輸入信號，該信號經過信號處理部分處理之后，輸出其他電路的控制信號，控制其他電路工作，電機控制電路部分接收到有信號處理電路輸出的有效控制信號后正常工作驅動電機轉動抽水，使水位上升，而水位的變化有直接關系到信號的產生，因此有個循環的過程，即使水

3、位保持在一定范圍內：水位顯示電路接收到有效信號后驅動顯示器工作，使其顯示該時刻的水位；水位超限時輸出為報警電路的有效控制信號使報警電路工作，驅動報警器報警。由“信號產生信號處理電機控制電機信號產生”這個循環就能使水塔具有自動控制水位的能力。（2）總體設計框圖分析可知該設計電路有三個功能：信號產生、電機控制、水位顯示。因為任務要求是自動控制，所以輸入信號也必須由電路自己產生而不能人為加入，因此可以將整個電路設計為以下部分：信號產生、信號處理、電機控制和水位顯示電路。整體電路框架如下（圖1）。信號產生顯示器 水位顯示信號處理電機電機控制 圖1總體設計框圖四：各部分電路設計（1）信號產生部分 該電路

4、的目的是產生有效的輸入信號，主要原理是利用水的弱導電性。水屬于弱導電質、即使這樣也可以通過水來傳遞微弱的電信號，鑒于此原理，初步將該電路設計成由水面上升與下降來控制電信號的接通與斷開；當水位上升時接通電信號；當水位下降時斷開電信號。按此分析，只要在水塔里放上用來傳遞電信號的探頭，則水位上升到探頭位置時接通電信號；水位低于探頭位置時斷開電信號。把電信號接通時設為有效信號即當做輸入信號，而斷開時設為無效信號，因此可以由電信號的接通與斷開之間的變化產生信號當做控制信號。在水塔的不同位置放置幾個探頭時就可以根據水位的高低接通某些探頭和斷開某些探頭。因此只要知道每個探頭具體位置，再根據其輸出電信號的情況

5、就能大致確定水位的位置，將探頭輸出的電信號當做輸入信號經過處理后成為電路的控制信號。根據設計的要求，設水塔分水滿、不足、兩者之間三部分，因此可用探頭個數設計為三個點的水位，原理圖（圖2）如下：a-c為三個檢測探頭，其中a探頭表示水箱底部水不足的臨界點，b表示在水滿和水不足之間，c探頭表示水滿的觸點。COM為公共電極，接+5V，為了提高精確度，將公共電極盡可能的靠近探頭，即使電極與探頭的距離盡量小，有利于電信號的傳遞。 圖2 探頭原理圖（2）信號處理部分 該部分主要是對輸入信號進行處理輸出其他電路的控制信號，由于水的導電性十分微弱，由公共端通過探頭的電信號會很小，不一定能夠成為滿足電路工作的控制

6、信號，因此可以接一個反相器對輸入信號進行處理。如圖3，該反相器放大信號增大帶負載能力、信號取反等作用。 圖3 反相器對信號處理原理圖（3）水位顯示部分 由以上電路的設計，可選用74LS147的優先編碼器，所謂“優先”編碼即多個輸入端同時滿足編碼條件時，只對最高位編碼。先用優先編碼器把所輸入信號進行編碼，編碼后由于輸出低電平信號有效所以用反相器進行校正，校正后驅動顯示器進行工作。用開關的通斷來分別表示水滿、不足、中等這幾個信號，水滿時顯示器可顯示3，水不足時顯示1。根據要求該電路設計以編碼器為核心的編碼電路，具體設計的電路（圖4）如下所示： 圖4信號編碼電路 74LS147是二十進制優先編碼器，

7、以低電平作為有效的輸入和輸出，它能將I1I9九個輸入信號編成BCD嗎，在I1I9中I9優先權最高，I1優先權最低。74LS147的功能表如下表1： 表1 74LS147功能表輸 入輸 出I1I2I3I4I5I6I7I8I9DCBA1111111111111*00110*010111*0111000*01111001*011111010*0111111011*01111111100*0111111111010111111111110 (4)電機控制電路 該部分為整個設計電路的重點部分，也是難點部分。主要目的就是要控制電機的工作，通過控制電機的工作來控制水位，這也就是本實驗的主要設計目的。現用燈泡

8、的亮滅代替電機的運轉（如圖5）。由于任務要求：當水位低時要自動進水，滿時要及時斷電停水。如圖5所示，當A開關閉合時，A2的2角輸入為低電平，燈滅，電機不工作，;當開關A斷開時，右邊芯片的2腳為高電平，燈亮，電機工作。圖5 電機控制電路電機控制電路是以兩個555時基集成電路為主體搭建而成的，其中左一555芯片搭建成自激多諧振蕩器，右一搭建成單穩態觸發器。在這里選擇的555單穩態觸發器，是由555定時器的基礎上發展而來的。先對555定時器做個簡單的介紹，原理圖如下圖（圖6）。圖6 555定時器原理圖 下表是555定時器的功能表，充分說明了它的特性。如表（2）表2 555功能表555定時器是一種應用

9、極為廣泛的中規模集成電路。該電路使用靈活、方便，只需外接少量的阻容元件就可以構成單穩、多諧和施密特觸發器。因而廣泛用于信號的產生、變換、控制與檢測。在這里用到的555單穩態觸發器其工作特性是沒有觸發信號時，電路只有一種穩定狀態一直保持低電平不變，有觸發信號時，先會進入暫穩態再回到穩定狀態。555時基電路(IC)接成單穩態觸發器形式，繼電器接在IC輸出端3腳與地之間，2腳為觸發信號輸入端。平時3腳輸出信號V=0，單穩態觸發器為穩態。當有一負觸發脈沖Vi作用于2腳時，單穩態觸發器翻轉為暫穩態，3腳輸出信號Vo=VCC。單穩態觸發器驅動電路的特點是每觸發一次555時基電路便驅動負載工作一個固定的時間

10、，該工作時間等于單穩態觸發器的輸出脈寬丁(T=1.1RC)。在這里主要發揮了它的三大特點:其一，觸發電流僅為0.5A，特別適用于電極式水位觸發導通電流越小越好的關鍵技術特性；其二，輸出負載電流大，最大可達200mA，可直接驅動繼電器；其三，可利用單穩態電路的延時特性避免由于水流沖擊導致水塔內水面波動起伏而影響輸出繼電器頻繁跳動的不良現象，以使自控電路工作更加穩定可靠。五：整體電路圖圖7 總體電路原理圖由電機控制電路分析可知，可由優先編碼器的B和A進行與的運算然后代替開關，故可完成用信號處理電路產生的信號控制電機的功能。 表3 總電路功能表開關ABC74LS147輸出DCBA顯示器輸入DCBA顯

11、示器顯示水位燈111110000113滅110110100102亮100111000011亮000111100000亮 對照74LS147的功能表，便可實現： 當水塔滿水時，74LS147輸出信號DCBA=1110 控制燈滅,電機不工作。 當水塔半水時，74ls147輸出信號DCBA=1101控制燈亮，電機工作。 當水塔缺水時， 74LS147輸出信號DCBA=1100 控制燈亮，電機工作。六： 總結與體會（1）設計過程中遇到的問題及解決方法在本次課程設計中，我的一個最大失誤就是電路設計這方面，一方面是網上可供查閱的資料很少，我得自己探索著做，另一方面就是對基礎知識掌握的不牢，很多基本的東西都

12、不記得了，導致出現重大的設計失誤，所幸我對這個設計還算比較熟悉，最后能夠及時彌補設計失誤帶來的時間和人力物力上的浪費。所以說以后需要認真學習，踏實實踐，及時復習，才能將一門課學好。（2）設計體會 通過一周的課程設計，使我對數字邏輯電路這門課又有了新的認識和收獲。這讓我深深地體會到了實踐與理論相結合的重要性，過去學了數字邏輯電路的知識之后就放在一邊了，等到用的時候才發現自己學的很淺，使用仿真軟件一段時間以后，對以前所學的知識進行了復習和鞏固，這對以后的學習是大有裨益的。七：參考文獻 1 康華光.電子技術基礎（數字部分）M. 華中科技大學電子技術課程組編.高等教育出版社 2006年1月第5版. 2008年12