电子技术课程设计-停车场车位管理电路设计.doc

停车场车位管理电路设计信息与电气工程学院课程设计说明书（2015/2016学年第二学期）课程名称 ： 电子技术课程设计 题 目 ： 停车场车位管理电路设计 专业班级 ： 电气1401 学生姓名 ： 学 号： 指导教师 ： 设计周数 ： 2周 设计成绩 ： 2016 年 7 月 2 日中文摘要本次课程设计的题目是停车场车位管理电路设计，实际上是对计数器功能设计的延伸，主要工作部分是计数器的设计，由于空余停车位数要求可加可减，因此采用十进制可逆计数器。在信号转换电路中，采用的是555定时器组成的单稳态触发器，模拟车辆进出时通过光电门的断开闭合形成的脉冲信号，对输入的信号进行整形，通过两个开关控制车辆的进与出，输出信号输送到可逆计数器中，进行加或减计数，每个可逆计数器可以显示09个数，整个电路由3个十进制互逆计数器联级组成，从左到右分别为百位，十位，个位。可逆计数器的输出信号传输到译码器，然后译码器将输出的8421BCD码转换成共阴极七段数码管需要的逻辑状态,并且为保证数码管正常工作提供足够的工作电流，最后数码管把十进制数显示出来。关键词：可逆计数电路，译码电路，共阴极数码显示器，编码器目录 中文摘要11、课程设计目的：32、课程设计的内容及要求：3 2.1课程设计内容：32.2课程设计要求：33、总体方案设计：33.1工作原理分析：33.2系统原理框图：44、单元电路设计：54.1方案一：54.1.1双向选择电路：54.1.2手动调整电路:64.1.3计数电路:64.1.3显示电路:74.1.4锁脉冲电路:74.1.5报警系统：84.2方案二：94.2.1方向识别电路：94.2.2报警电路94.3 相关元器件104.3.1 40192104.3.2 CD4013114.3.3 74HC4511D124.3.4 CD40192134.3.5 74HC153D145、电路板制作：156、 设计课题技术总结：157、心得体会：168、参考文献：16附录：17总体电路：17元器件清单：18课程设计成绩评定表：191、课程设计目的：通过本课程设计，使学生加强对电子技术课程内容的理解和掌握，熟悉集成电路的和半导体原件的使用方法，掌握可任意预置的定时显示报警系统的构成、原理与设计方法，进一步提高分析解决实际问题的综合能力以及如何使用Altium Designer。 2、课程设计的内容及要求： 2.1课程设计内容：某停车场为了便于车辆进出的控制，需要自动通知欲停泊的车辆有无空位，及车辆的准入控制，试设计一个由电子电路实现的、实时监测进车出车、显示停车场空余的泊车位数目、最大停车位数可设定、无空位告警提示的“停车场车位管理系统”。2.2课程设计要求：（1）计一个三位BCD加/减计数器实时统计、显示停车场空余的泊车位的数目。（2）设两个手动调整键(个位，十位)，方便调整现场实际空余泊车位数。（3）设计一个方向识别电路供加/减计数器使用，进车后空余的泊车位数目减一，出车后空余的泊车位数目加一。（4）当无空位时应将无空位告警提示灯点亮，此时若有车强行进入，无空车位状态要保持不变，若有车出自动解除无空位状态。3、总体方案设计：3.1工作原理分析：（1）信号的提供部分：双向选择电路是由两个光敏电阻，两个555单稳态电路，一个数据选择器和两个非门组成。能够实现进车出车的方向识别，输出信号使计数电路实现加减。（2）计数部分：用三个可逆计数器74LS192联级组成，通过车辆的进出来改变计数器的计数，从而将信号传送给译码器。（3）译码部分：用七段式译码器HC4511D将8421BCD码转化为七段式共阴极数码管需要的逻辑状态的二进制代码。（4）显示部分：采用共阴极七段式显示器，将二进制码以十进制的形式显示出来，通过显示器上的数字变化，得到停车场内还有多少个可以提供停放的车位。3.2系统原理框图：出车脉冲信号 入车脉冲信号 编码电路可逆计数电路译码电路 显示电路4、单元电路设计： 4.1方案一： 4.1.1双向选择电路：双向选择电路如图所示是由两个光敏电阻，两个555单稳态电路，一个数据选择器和两个非门组成。能够实现进车出车的方向识别，输出信号使计数电路实现加减。当没有车辆进出时，两个光敏电阻同时输出低电平信号，通过数据选择器，YA，YB同时输出低电平，经过非门的转化，最终输出高电平。进车时，U1光敏电阻最先输出高电平，之后U2输出高电平，U1随后输出低电平，U2最后输出低电平，经过555单稳态的延时作用，使得YA输出一个低电平脉冲，经过非门转化为一个高电平脉冲；同理，知道，当出车时，U2光敏电阻现输出高电平，U1之后输出高电平，U2随后输出低电平，U1最后输出低电平。经过555单稳态的延时作用，使得数据选择器的YB端输出一个低电平脉冲，经过非门，转化为一个高电平脉冲。STBB和STBA两个端口与两个光敏电阻的输出端相连，保证了数据选择器分别工作。4.1.2手动调整电路:手动调整电路如图所示，是有三个四开关的SWDIP4组成，通过打开关闭电路经过8421码的转化，进而控制电路的预置数。电路中通过电阻接电源的目的是防止干扰。图中的开关为清零端。当其由3变为1时，会使得显示器显示000。4.1.3计数电路:如图所示，计数电路是由三个74LS192D所组成。接受来自方向识别电路，手动调整电路的锁脉冲电路的电平信号。以实现进车加数，出车减数，手动调整数，和锁定计数功能。途中开关为控制置数端，当其接高电平时，显示器显示000数字。4.1.3显示电路:如图所示，显示电路由三个七输入的数码显示管组成。实现将计数器传来的信号翻译并在数码管上显示。4.1.4锁脉冲电路:如图所示，000锁脉冲是有三个四输入的或非门和一个三输入的与门构成。实现当显示为000是，计数电路停止减法计数。当显示器显示000时，经过三个或非门输出三个高电平信号。并经由一个三输入与门输出一个高电平信号。若显示器显示不为000时，则最终会输出一个低电平信号。4.1.5报警系统：报警系统如图所示由一个LED灯管串联一个电阻接地构成。当其输入信号为高电平时，灯管发亮报警。若为低电平，则灯管不亮。电阻的作用为控制电流，防止电流过大而烧坏LED灯管。4.2方案二：4.2.1方向识别电路：如图所示，方向识别电路由三个光敏电阻，两个LED灯管和四个D触发器所构成。当车依次经过1，2，3光敏电阻时，1LED灯管发光并输出一个脉冲信号。相反，当车子依次经过3，2，1光敏电阻时，2LED灯管发亮，并经由另一条线路输出一个脉冲信号。4.2.2报警电路报警电路如图所示，当显示管最高位不为9时，图中两个并排的二极管导通，使得右边电路不运作。当最高位显示为9时，则LED灯管发光并发出警报声。 其余功能电路与之上的4.1相同，不再进行解释。4.3 相关元器件4.3.1 4019240192 为可预置BCD 可逆计数器，其内部主要由四位D 型触发器组成，与一般计数器不同之处在于加计数器和减计数器分别由两个时钟输入端。 40192 具有复位CR、置数控制/LD、并行数据D0D3、加计数时钟CPU、减计数时钟CPD 等输入，当CR 为高电平时，计数器置零。当/LD 为低电平时，进行预置数操作，D0D3 上的 数据置入计数器中，计数操作由两个时钟输入控制。当CPD“1”时，在CPU上跳变时计数器加1 计数；当CPU“1”时，在CPD 上跳变计数器减1 计数。除四个Q 输出外，40192 还有一个进位输出/CO 和一个借位输出/BO，/CO 和/BO 一般为高电平，只有在加计数模式，当计数器达到最大状态时，/CO 输出一个宽度为半个时钟周期的负脉冲，在减计数模式，当计数器全为零时，/BO 输出一个宽度为半个时钟周期的负脉冲。其真值表：CLK-CLK+PER工作方式HHL加计数HHL不计数HHL减计数HHL不计数XXLL预置数XXXH清除4.3.2 CD4013CD4013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。停车场计数器01*学其真值表：输入输出CPDRDSDQQLLLHHLLHLXLL保持XXHLLHXXLHHLXXHHHH4.3.3 74HC4511DCD4511是一个用于驱动共阴极 LED （数码管）显示器的 BCD 码七段码译码器，特点如下：具有BCD转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能的CMOS电路能提供较大的拉电流。可直接驱动LED显示器. 其功能介绍如下：BI：4脚是消隐输入控制端，当BI=0 时，不管其它输入端状态如何，七段数码管均处于熄灭（消隐）状态，不显示数字。LT：3脚是测试输入端，当BI=1，LT=0 时，译码输出全为1，不管输入 DCBA 状态如何，七段均发亮，显示“8”。它主要用来检测数码管是否损坏。LE：锁定控制端，当LE=0时，允许译码输出。 LE=1时译码器是锁定保持状态，译码器输出被保持在LE=0时的数值。A1、A2、A3、A4、为8421BCD码输入端。a、b、c、d、e、f、g：为译码输出端，输出为高电平1有效。CD4511的内部有上拉电阻，在输入端与数码管笔段端接上限流电阻就可工作。4.3.4 CD4019240192 为可预置BCD 可逆计数器，其内部主要由四位D 型触发器组成，与一般计数器不同之处在于加计数器和减计数器分别由两个时钟输入端。 40192 具有复位CR、置数控制/LD、并行数据D0D3、加计数时钟CPu、减计数时钟CPD 等输入，当CR 为高电平时，计数器置零。当/LD 为低电平时，进行预置数操作，D0D3 上的 数据置入计数器中，计数操作由两个时钟输入控制。当CPD“1”时，在CPu 上跳变时计数器加1 计数；当CPu“1”时，在CPD 上跳变计数器减1 计数。除四个Q 输出外，40192 还有一个进位输出/CO 和一个借位输出/BO，/CO 和/BO 一般为高电平，只有在加计数模式，当计数器达到最大状态时，/CO 输出一个宽度为半个时钟周期的负脉冲，在减计数模式，当计数器全为零时，/BO 输出一个宽度为半个时钟周期的负脉冲。其真值表：CLK-CLK+PER工作方式HHL加计数HHL不计数HHL减计数HHL不计数XXLL预置数XXXH清除4.3.5 74HC153D特点：1.它是一个双4选一数据选择器，即它包含两个完全相同的4选一数据选择器。2.有8个数据输入端，相互独立，2个非反相数据输出端，即2个数据输入端是相互独立的3.两个数据选择器有公共的地址输入端。4.数据输入和输出端是相互独立的。通过给不同的地址代码，就可以从4个输入数据中选出所要的一个数据，送至输出端。s1和s2是附加控制端，用于控制电路工作状态和扩展功能。5.输出性能：标准6.集成电路类别：中规模集成电路输出的逻辑方程为：YA=STBA.(AD0.A1.A0+AD1.A1.A0+AD2.A1.A0+AD3.A1.A0)YB=STBB.(BD0.A1.A0+BD1.A1.A0+BD2.A1.A0+BD3.A1.A0)5、电路板制作：（1）打印电路图将绘制好的电路图打印在一张专用纸上。（2）印电路图将电路板有铜的一面擦洗干净与打印好的电路图紧密贴在一起固定好。放入转印机高温转印。转印好后去除表面的图纸，此时电路图一转印到铜板上。（3）腐蚀电路板将转印好的铜板放入三氯化铁饱和溶液进行腐蚀。过程中轻轻晃动溶液，半个小时后铜板腐蚀完毕。（4）打孔在腐蚀好的电路板应该打孔处用细钻打孔。注意不要打歪。（5）上松香水将腐蚀好的电路板表面的墨迹去除，并且打磨光滑将板子铜面朝下45度放置，在铜面刷两遍松香的饱和酒精溶液。保持此角度放置约两个小时使松香变干。（6）焊接先将元件安在电路板上，用锡焊将元件与电路板焊接在一起，注意焊接时不要出现少焊或短路情况。焊接注意事项：通过实验原理图进行实物焊接，焊接时能深刻体会到焊接工艺的重要性：各个芯片的引脚功能不能混淆，必须了解各个芯片的使用方法，内部结构以及使用时的注意事项，该接电源的一定要接电源，该接地的一定要接地，且不能有悬空。同时在电路板上要预先确定电源的正负端，便于区分及焊接。正确焊接各芯片个管脚连接必须查阅各种资料并记录，以确保在焊接过程和调试过程中芯片不被烧坏，同时确保整个电路的正确性。在焊接完后每块芯片都用万用表检测，看是否有短接等，还有焊接时要尽量使布线规范清晰明了，这样才有利于在调试过程中检查电路。还要注意检查电路板上的线路是否有断点，代替飞线的零电阻不能挨到一起，以防短路。6、 设计课题技术总结：通过这次课程设计，加强了我们动手、思考和解决问题的能力。在整个设计过程中，我们通过这个方案包括设计了一套电路原理图，在设计的过程中遇到很多问问题，包括芯片上的选择、实际电路与理想电路的差别和怎样简化电路。（1）芯片方面我们知道了怎样进行数码显示器的选择，为何用192系列