数字电路课程设计.docx

目 录 1速度表选题背景2 2速度表设计方案论证22.1速度表设计的要求及技术指标22.2 设计方案论证22.3 总体设计方案框图及分析23速度表各单元电路设计33.1 脉冲发生源电路设计33.2 信号处理电路设计33.3 显示电路设计54速度表整体电路设计74.1 整体电路图及工作原理74.2 电路参数计算84.3 整机电路性能分析85设计总结8参考文献101. 速度表选题背景汽车在日常生活中应用已经很广泛了，而不同情况下对汽车的行驶速度有很多不同的要求，这就需要在车上装有精确便捷的速度表从经济等因素来看，汽车目前乃至今后都有着广阔的发展空间。目前市面上汽车的速度表都是机械的，看起来不够直观与方便。如果能用led直接显示出来速度值，就可节省用户的时间及精力处理汽车行进过程中的突发事件。应用数电课所学的知识，以及各逻辑器件的合理组合可以设计出满足要求的速度表。2.速度表设计方案论证2.1速度表设计的要求及技术指标1显示汽车km/h数； 2车轮每转一圈，有一传感脉冲；每个脉冲代表1m的距离； 3采样周期设为10s； 4要求显示到小数点后边两位； 5用数码管显示；6，最高时速小于300km/h。 2.2设计方案论证本设计先通过霍尔式传感器采集车轮每转一圈所产生的传感脉冲，但这个脉冲一个不规则的方波信号且信号幅度很小，所以要通过放大电路和整形电路对采集的脉冲进行处理，再通过计数器记录产生脉冲的个数，最后通过译码器和数码管对汽车的速度进行显示。本设计简单易懂，操作起来容易，而且较节省费用。2.3总体设计方案框图及分析图2-1 总设计框图首先通过霍尔式传感器收集车轮每转一周所产生的脉冲，放大电路和整形电路是为了将霍尔式传感器收集来的不规则且幅度小的脉冲放大和整形，然后通过计数器计算产生脉冲的个数并输出，最后通过译码器和led数码管显示汽车的速度。3.速度表各单元电路设计3.1脉冲发生源电路设计本设计采用了霍尔式转速传感器，霍尔式转速传感器是利用霍尔效应的原理制成的。霍尔效应是指在一个矩形半导体薄片上有一电流通过，此时如有一磁场也作用于该半导体材料上，则在垂直于电流方向的半导体两端，会产生一个很小的电压，该电压就称为霍尔电压。霍尔式转速传感器是使转盘的输入轴与被测转轴相连，当被测转轴转动时，转盘随之转动，固定在转盘的霍尔传感器便可在每一个小磁铁通过时产生一个相应的脉冲，检测出单位时间的脉冲数，便可知被测转速。根据磁性转盘上磁铁数目多少就可确定传感器测量转速的分辨率。图3-1 磁性转盘构造图3.2信号处理电路设计由于霍尔式传感器输出的脉冲信号是一个不规则的方波信号且信号幅度很小，所以必须进行信号的放大整形。放大电路可用三极管组成，采用开关三极管可以保证放大器具有良好的高频响应。当输入信号为零或负电压时，三极管截止，电路输出高电平；而当输入信号为正电压时，三极管导通，此时输出电压随着输入电压的上升而下降，由于放大器的放大功能降低了对待测信号的幅度要求。图3-2 信号处理电路利用施密特触发器状态转换过程中的正反馈作用，可以把边沿变化缓慢的周期性信号变换为边沿很陡的矩形脉冲信号。输入的信号只要幅度大于vt+，即可在施密特触发器的输出端得到同等频率的矩形脉冲信号。从传感器得到的矩形脉冲经传输后往往发生波形畸变。当传输线上的电容较大时，波形的上升沿将明显变坏；当传输线较长，而且接受端的阻抗与传输线的阻抗不匹配时，在波形的上升沿和下降沿将产生振荡现象；当其他脉冲信号通过导线间的分布电容或公共电源线叠加到矩形脉冲信号时，信号上将出现附加的噪声。无论出现上述的那一种情况，都可以通过用施密特反相触发器整形而得到比较理想的矩形脉冲波形。只要施密特触发器的vt+和vt-设置得合适，均能受到满意的整形效果。图3-3 施密特触发器波形图3.3显示电路设计 本设计采用四位同步二进制计数器74160，当rco=load=enp=ent=1时，电路工作在计数状态，图中与非门g起译码作用，当电路进入1010状态时，它输出低电平信号。sr锁存器q端输出低电平作为计数器的置零信号。若计数器从0000状态开始计数，则第十个计数输入脉冲上升沿到达时计数器进入1010状态，g输出低电平，将sr锁存器置1，q端低电平立刻将计数器置零。这时虽然g输出的低电平信号随之消失了，但sr锁存器的状态仍保持不变，因而计数器的置零信号得以维持。直到计数脉冲回到低电平以后，sr锁存器被置零，q端的低电平信号才消失。可见，加到计数器rcd端的置零信号宽度与输入计数脉冲高电平持续时间相等。让一个脉冲的持续时间为一秒，则十个脉冲为十秒，十秒一置零，可使采样周期为十秒。图3-4四位同步二进制计数器74160最后一个计数器采用二进制计数器，使其只能输出到2，让速度表的的显示值小于300km/h。图3-5四位同步二进制计数器74160为了能以十进制数码直观的显示数字系统的运行数据，本设计使用七段数码管，这种数码管的每个线段都是一个发光二极管，并且数码管中还在右下角处增设了一个小数点，形成了所谓的八段译码器，八段发光二极管的阴极是做在一起的，属于共阴极类型发光二极管使用的材料与普通的硅二极管和锗二极管不同，有磷砷化镓、磷化镓、砷化镓等几种，而且半导体中的杂质浓度很高。半导体数码管不仅具有工作电压低、体积小、寿命长、可靠性高等优点，而且响应时间短，亮度也比较高。bcd译码器的输入是一位bcd码（以d,c,b,a表示），输出是数码管各段的驱动信号，也称4-7译码器。用它驱动共阴led数码管，则输出应为高电平，即输出为高时，相应的显示段发光。本设计采用7448bcd译码器。图3-6 7448bcd译码器4.速度表整体电路设计4.1整体电路图及工作原理图4-1整机电路图 霍尔式传感器利用霍尔效应使转盘的输入轴与被测转轴相连，当被测转轴转动时，转盘随之转动，固定在转盘的霍尔传感器便可在每一个小磁铁通过时产生一个相应的脉冲，检测出单位时间的脉冲数，便可知被测转速。根据磁性转盘上磁铁数目多少就可确定传感器测量转速的分辨率。由于霍尔式传感器输出的脉冲信号是一个不规则的方波信号且信号幅度很小，所以必须进行信号的放大整形。放大电路采用三极管组成，则整形电路应用了施密特触发器，可使其变成规则的矩形波，每个脉冲代表汽车行进了0.001公里，接着将处理过的信号脉冲接入四位同步二进制计数器74160，当rco=load=enp=ent=1时，电路工作在计数状态，图中与非门g起译码作用，当电路进入1010状态时，它输出低电平信号。sr锁存器q端输出低电平作为计数器的置零信号。若计数器从0000状态开始计数，则第十个计数输入脉冲上升沿到达时计数器进入1010状态，g输出低电平，将sr锁存器置1，q端低电平立刻将计数器置零。这时虽然g输出的低电平信号随之消失了，但sr锁存器的状态仍保持不变，因而计数器的置零信号得以维持。直到计数脉冲回到低电平以后，sr锁存器被置零，q端的低电平信号才消失。可见，加到计数器rcd端的置零信号宽度与输入计数脉冲高电平持续时间相等。让一个脉冲的持续时间为一秒，则十个脉冲为十秒，十秒一置零，可使采样周期为十秒。最后一个计数器采用二进制计数器，使其只能输出到2，让速度表的的显示值小于300km/h。然后将其输出的bcd码输入到7448bcd译码器中，用它驱动共阴led数码管，则输出应为高电平，即输出为高时，相应的显示段发光。然后就led数码管就能显示汽车的速度了。4.2电路参数计算汽车的车轮每转一圈，电路将产生一个脉冲，可以测量出车轮的转速，每个脉冲代表0.001公里的距离，则可计算出车子的速度，让一个脉冲的持续时间为一秒，则十个脉冲为十秒，十秒一置零，可使采样周期为十秒。用计数器记录输入脉冲的个数在led数码管上显示，最后一个计数器采用二进制计数器，使其只能输出到2，让速度表的的显示值小于300km/h。4.3整机电路性能分析这个设计采用了霍尔式传感器，三极管放大电路，用施密特触发器对脉冲进行整形，74160计数器，7448bcd译码器和led数码管。基本满足了课程设计所提供的要求，但还是有一些不足，本设计简单易懂，操作起来容易，而且较节省费用。5.设计总结这是在大学的第一次课程设计，看到数量很多的课程题目，一时不知道选择什么，后来在仔细思考后决定做速度表这一题目，我在网上查了一下速度表的有关内容，但可用内容页不是很多，而且大多数是用单片机做的。然后我又到图书馆去找相关资料，只找到了少数的资料，很多知识比较高深，不知在说什么，也觉得自己所学确实有限，于是决定重新再看看课本，后来发现利用课本中的基本知识也是似乎可以做到的，于是我有了大概的思路。我主要以课本为资料做了这个设计，所以电路设计过于简单，没有什么复杂的元器件，并不象其它的教材那样用到了很复杂的元器件或是用到了复杂的芯片。在电路的设计和创新上自己做的还很不够,所以设计之后再回想一下，里面自己的东西很少，这也是以后需要改进的地方。 我在这次课程设计中学到了很多的知识，也对速度表有了了解，也对一些应用软件以及数电这门课有了一定的了解，了解了数电这门课的实际生活中不可或缺的意义，希望在以后的学习中会有更好的了解和学习。我的设计还有很多的不足，还有很多需要改进的地方。我还有很多需要学习的地方，并且这次课程设计使我对本专业产生了很大的兴趣，我会继续的学