初始條件：數電和模電知識，中、小規模數字集成觸發器、優先編碼器、定時計數器、數碼管、led、按鍵開關等器件。

③ 電梯內設置可選擇所去樓層的開關及樓層顯示，電梯外設有表示電梯目前所處運動狀態

（上升或下降）以及電梯位于哪一層樓的指示裝置。

④ 電梯內設置開門、關門按鍵開關，設置一指示燈模擬開門狀態。在收到停靠信號后，開門指示燈亮，時鐘信號中止，同時輸出清除信號清除本層的該次請求信號。開門時間持續5秒后，開門指示燈滅，時鐘信號恢復出現，電梯繼續運行。若在開門時間內要求提前關門運行，可按動關門開關，開門指示燈滅并繼續運行。若在5秒內，希望延長開門時間，可按動開門按鈕，開門狀態將再延長5秒，此功能可多次使用，直到認為允許關門為止。

⑤ 確定設計方案，按功能模塊的劃分選擇元、器件和中小規模集成電路，進行各功能模塊電路及總體電路的設計，畫出相應電路原理圖并分析論述工作原理及參數設計。

是根據邏輯控制電路完成四層電梯升降控制系統的設計。電梯運行規則：上升時，僅響應電梯所在位置以上的上樓請求信號，依樓層次序逐個執行，直到最后一個請求執行完畢。然后運行到有下樓請求的最高樓層，開始下樓請求信號。下降時，僅響應電梯所在位置以下的下樓請求信號，依樓層次序逐個執行，直到最后一個請求執行完畢。然后運行到有上樓請求的最低樓層，開始上樓請求信號。一旦電梯執行完全部請求信號后，應停留在原來層等待，有新的請求信號時再運行。脈沖信號由555定時器構成多諧振蕩器產生。

方案選擇

方案一：

使用中、小規模數字集成芯片設計電路，用觸發器驅動開關，有消抖功能，并可以對開關的信號產生記憶；用編碼器、顯示譯碼器和數碼管是時顯示電梯所在位置；按鍵開關控制電梯各項功能；555產生時序脈沖信號；計數器實現定時功能。

此方案實施起來邏輯原理清晰，思路明確，但實驗中使用邏輯芯片較多，增加了電路的調試難度。

方案二：

   使用單片機進行控制，此方案僅需外接開關、數碼管、蜂鳴器、LED等外圍元件。使電路焊接相當簡單，容易調試。但對軟件編程要求較細，當電路功能增加后，會對電路的軟件調試帶來困難。

方案三：

   采用單片機系統與適當邏輯芯片相結合的方法設計電路。系統中對開關信號的記憶使用觸發器搭建，脈沖可用555電路也可以直接用單片機產生，數碼管顯示也可以使用單片機或者譯碼器，本系統使用譯碼器，有更多的IO口可用來對電梯功能進行控制。

由于單片機有關知識掌握得不是很多，所以綜合考慮，決定采用方案一。

3.設計目的及意義

本設計是利用已學過的數電知識，設計四層電梯控制系統。

3.1目的

（1）重溫自己學過的數電知識；

（2）掌握數字集成電路的設計方法和原理；

（3）熟悉555方波振蕩器的應用，D觸發器，編碼器，比較器，計數器，譯碼器的應用和顯示電路的整體配合；

（4）通過完成該設計掌握實際問題的邏輯分析，學會對實際問題進行邏輯狀態分配，化簡；

（5）掌握數字電路各部分電路與總體電路的設計，調試，模擬仿真方法。

3.2意義

通過本次的數電設計，使自己能清楚了解設計的過程和意義，檢驗自己學過的知識，掌握各種芯片的功能和使用方法，提高自己利用所學知識和網絡資源的能力。

4.整體設計

4.1設計目標

（1）系統控制的電梯往返于1至4層樓。

（2）乘客要去的樓層可以手動輸入并顯示（所在樓層的二極管亮）。

（3）電梯運行的樓層可以自動顯示。

（4）當A>B時，系統能輸出使電梯正向運行的時序信號，使電梯上升；

    當A<B時，系統能輸出使電梯正向運行的時序信號，使電梯下降；

    當A=B時，系統能輸出停機信號，使電梯停止運行。

（5）各層電梯門外應有使電梯上升或下降到乘客所在樓層的“呼叫”開關。

4.2設計要求

（1）根據設計原理初步畫出實驗電路圖。

（2）根據實驗電路圖在計算機上用Multisim仿真，找出初步設計電路的不足加以改正和改進。

（3）根據改進實現后的電路連接實際電路，實現設計。

4.3整體設計流程圖

5.控制電路設計

5.1脈沖電路設計

脈沖電路采用555構成多諧振蕩器，給電路中的觸發器提供脈沖信號，電路如圖所示：

理論值計算，由于脈沖信號不需要很精確，上k級的脈沖信號就可以滿足要求。

5.2樓層輸入電路設計

利用四個D觸發器實現樓層的輸入功能,實現所在樓層的指示燈顯示。由于D觸發器的沒有接電平,所以默認為高電平，每個相應的開關被按下的時候,送給CP信號一個高電平,因為74S74D是上升沿觸發的D觸發器,所以D觸發器開始工作,其對應的的燈變亮當電梯運行到對應樓層時,彩燈熄滅。這樣就可以顯示電梯所在的樓層。

圖5.2 樓層輸入電路

5.3樓層顯示電路設計

本電路主要是利用十進制加減計數器74LS192，通過控制電路分配加1或減1信號給UP和DOWN，實現對現樓層號的加1或減1，有數碼管顯示所到樓層。

5.4樓層報警電路設計

其中四個開關分別安裝在四層電梯的里面，當里面有求救報警信號的時候按下開關，蜂鳴器鳴叫。

圖5.4 樓層報警電路

5.5四層電梯控制系統總電路設計

利用D觸發器74LS74作為控制電梯按鈕(即觸發電平),經過編碼器74LS148及比較器74LS85、計數器74LS192來實現其電梯控制功能。木電路使用555的定時功能來控制上一層樓或下一層樓所用的時間,利用數碼管來顯示所到樓層數,并用四個發光二極管來作為四層樓的指示燈。
   四個D觸發器的同步置“1”端都接了74LS00D的輸出端,這樣可以讓當電梯運行到相應的樓層時,可以同步置“1”。這樣每個D觸發器~1Q所產生低電平,這樣相應樓層的燈滅。
   而編碼器74LS148對四個D觸發器產生的信號進行編碼,共中D0~D4分別接D觸發器的輸出,D5~D7接高電平,即“1”。由于編碼器74LS148是低電平有效的編碼器,所以當D觸發器燈變亮的時候,其輸出低電平被編碼器74LS148編碼,之后再把編碼后的信號輸出到比較器74LS85中,計數器的功能是輸出從1到4的數碼管編碼的信號,這樣就可以觀察數碼管的數字知道所在樓層。

圖5.5電梯控制系統總電路

6.主要元器件介紹

6.1D觸發器

此電路D觸發器采用74LS74。74LS74內含兩個獨立的D上升沿雙d觸發器,每個觸發器有數據輸入(D)、置位輸入(~SD) 、復位輸入(~RD) 、時鐘輸入(CP)和數據輸出(Q)。~SD、~RD的低電平使輸出預置或清除,而與其它輸入端的電平無關,當~SD、~RD均無效(高電平式)時,符合建立時間要求的D數據在CP上升沿作用傳送到輸出端。

圖6.1.1 D觸發器真值表

圖6.1.2 74LS74引腳圖

6.2譯碼器

譯碼器是一個多輸入，多輸出的組合邏輯電路.它的作用是把給定的代碼進行“翻譯”成相應的狀態，使輸出通道中相應的一路有信號輸出。譯碼器在數字系統中有廣泛的用途，不僅用于代碼的轉換，終端的數字顯示，還用于數據分配，存貯器尋址和組合控制信號等。不同的功能可選用不同種類的譯碼器。

CD4511是一個用于驅動共陰極LED（數碼管)顯示器的 BCD 碼一七段碼譯碼器，具有 BCD轉換、消隱和鎖存控制、七段譯碼及驅動功能的CMI0S電路能提供較大的拉電流。可直接驅動LED顯示器。

用 CD4511實現LED接口方法如下圖:

圖6.2 CD4511引腳圖及實現LED電路

6.3編碼器

74LS148為8線一3線優先編碼器，將8條數據線(0-7)進行3線（4-2-1）二進制（八進制)優先編碼，即對最高位數據線進行譯碼。利用輸入選通端（EI）和輸出選通端(EO)可進行八進制擴展。

0-7編碼輸入端低電平有效，EI選通輸入端(低電平有效)，A0、A1、A2三位二進制編碼輸出信號即編碼輸出端(低電平有效)，GS優先編碼輸出端即寬展端（低電平有效)，EO 選通輸出端，即使能輸出端。

圖6.3.1 74LS148引腳圖

圖6.3.2 74LS148功能表

6.4比較器

本次實驗所用的比較器是74LS85，為4位數值比較器。兩個4位數的比較是從A的最高位A3和B的最高位B3進行比較，如果它們不相等，則該位的比較結果可以作為兩數的比較結果。若最高位A3=B3，則再比較次高位A2和B2，其余類推。顯然，如果兩數相等，那么比較步驟必須進行到最低位才能得到結果。

圖6.4.1 74LS85引腳圖

真值表中的輸入變量包括A3與B3、A2與B2、A1與B1、A0與B0和A與B的比較結果。其中A和B是另外兩個低位數，IA>B、IA<B和IA=B是它們的比較結果。設置低位數比較結果輸入端是為了能與其他數值比較器連接，以便組成位數更多的數值比較器。

圖6.4.2 74LS85真值表

6.5計數器

74LS192是同步十進制可逆計數器，它具有雙時鐘輸入，并具有清除和置數等功能，其引腳排列及邏輯符號如下所示：

圖6.5.1 74LS192引腳圖

圖6.5.2 74LS192真值表

邏輯符號圖中：~PL為置數端，CPU為加計數端，CPD為減計數端，~TCU為非同步進位輸出端，~TCD為非同步借位輸出端，P0、P1、P2、P3為計數器輸入端，MR為清除端，Q0、Q1、Q2、Q3為數據輸出端。

6.6數碼管

一個LED數碼管可用來顯示一位0~9十進制數和一個小數點，小型數碼管(0.5寸和0.36寸)，每段發光二極管的正向壓降，隨顯示光(通常為紅綠，黃,橙色)的顏色不同略有差別,通常約為2~2.5V,每個發光二極管的點亮電流在5~ 10mA。LED數碼管要顯示BCD碼所表示的十進制數字就需要有一個專門的譯碼器，該譯碼器不但要完成譯碼功能,還要有相當的驅動能力。此設計的數碼管采用共陰型數碼管，主要用來顯示樓層號。

圖6.6 一位共陰數碼管引腳圖

7.電路的焊接

7.1制作元件清單

根據實驗原理圖制作相應元件清單，并買所需原件，焊接用萬用版，銅導線以及排針等。

7.2焊接電路

1.運用電路板進行實際的排線工作。將元件放置于萬用版上，對線路進行優化整理，盡量做到精簡排線，讓線與線之間的距離盡可能的小，并且盡量做到線與線間沒有交叉。

2.將元件依次焊接到電路板上，由于此次焊接選擇用銅線作為導線而非焊錫故連接時應讓元件與導線同時連接。不要讓電焊在元件的引腳上停留太久以防溫度過高燒壞元器件。

圖7.2 實物連接圖

7.3焊接電路的調試

1.用萬用表打到蜂鳴測試檔，依次測試相應節點是否接通。

2.當電路板檢查無誤后，接通±5V電源通過示波器觀察555定時器輸出波形。

3.按照要求調節開關，按鈕，觀察樓層指示燈和數碼管顯示變化。

4.經過許多次的電路調試，最后沒有得到想要的結果。