资料电子技术课程设计论文—车载计程表.doc

-键入公司名称课程设计报告车载计程表2012/6/20车载计程表一 内容提要该车载计程表是一种用十进制数字显示此车行驶里程的数字记录仪器。它的基本功能是以0.1km的显示精度记录此次行驶路程，其记录误差为3%以内（单稳态触发器的触发延迟时间误差与多谐振荡器输出频率误差之和）。此文简述了在本次实习中的整个设计过程及收获。讲述了电子计程表的工作原理以及其各个组成模块，记述了我在整个设计过程中对各个部分的设计思路、对各部分电路设计方案的选择、元器件的筛选、以及对它们的调试、对调试结果的分析，到最后得到比较满意的实验结果的方方面面 。二 设计内容及要求1、最大行车显示里程99.9km。led显示，单位为km, 具有100m分辨率；2、通过清零按钮，在任意时刻可以实现电路整体清零；3、通过信号转换开关可设置为多种型号，以适用于多种型号的载体要求；4、节能、低功耗。三 整体设计思路及原理传感器(微动开关或霍耳元件)信号整形预分频单稳态电路计数脉冲源门控分频三位bcd计数显示型号开关清零该计程表电路有五部分组成：输入整波电路、脉冲十分频电路、单稳态触发模块、多谢振荡器电路、门控输出、脉冲分频模块以及输出显示电路。此计程表电路设计总思路为：通过分频后的输入信号触发由555构成的单稳态触发器，控制其后的门控电路，继而控制输入到输出模块（分频电路及计数显示模块）的脉冲个数，通过计算使得计数脉冲个数可以等价的计数行驶的路程。四 电路设计总图五 电路模块化设计1、传感器开关输入考虑到在实际应用中，不管是用霍尔元件还是微动开关都不能使得输入的脉冲呈现标准的矩形波输入，容易对后续的十分频电路产生误计个数误差，最终使得输出有较大的误差，故在此处使用了rs基本触发器做波形整形，消除波形毛刺。其电路图如下：2、输入脉冲十分频 经rs触发器整形后的脉冲输入到此电路经十分频后输至下一模块。在此电路设计时，有两种电路连接方式，其一为采用74ls90，一种为采用74ls161系列。 对于74ls90而言，十进制接法有种，一为将q1接至cp2，q0作为输出；一为将q3接至cp1，q0作为输出，此种接法当输入频率稳定是产生的是方波信号。决定采用此种方式，电路图如下：由于r、s输入端均是高电平有效，故工作时，将r（1、2）、s（1、2）四个输入端中，保证均有低电平接入逻辑输出如下图所示：脉冲输出脉冲输入对于74ls161而言，用于此处时，电路图如图所示：将输入q3、q1通过与非门接回161芯片的清零端，并从清零端引得输出信号。由于采取161芯片的异步清零构成十进制计数器，作为十分频电路。是故在工作中不会出现1010这个状态，而是出现一个瞬时的低电平，可以达到单稳态电路的触发条件。最终，考虑到实际中的停车时机问题（在停车时，若恰好停在高电平位置，且分频输出，则电路出现错误，显示电路模块计数），经过两种方案的分析、讨论，决定采用第二种方案，即用74ls161 作为十分频电路，消除此情况的出现。3、 单稳态触发器由555芯片构成的单稳态触发器作为门电路的控制信号，控制与门的开启时间，达到控制计数脉冲个数的目的，其电路图如下所示：在整个设计思路中，通过改变单稳态暂态时间的长度来控制计数脉冲的个数，等价转换后显示为行驶路程数。所以在设计时通过改变电阻的大小改变暂态时间。并且，考虑到整个电路在实际应用中的问题（分布电容的影响及车轮的缺损等），加入了滑动变阻器，调节暂态时间的长短，消除这些误差，值得显示更加的精确。4、多谐振荡器由555芯片构成多谐振荡电路输出为1.25khz的方波，具体电路图如下：当r4=r5时，t1=t2=0.7rcf=1/t=0.71/rc 占空比为50%通过计算，当输出方波为1.25khz的方波时，控制电路最为明了，易于分析5、脉冲输出分频在这个模块中，按照设计思路，需进行2000分频的输出，及考虑到电路的对称性和易于分析性，全部采用74ls90芯片作为计数芯片。通过串接四块90芯片，前三个芯片均采用对称十分频接法，最后一个采用90芯片的二进制计数输出，具体的电路如下图：6、显示输出模块在此模块中，是将分频后的计数脉冲进行计数输出，采用74ls160进位输出端串接方式计数，并把一块74ls160的输出端口对应接至bcd显示数码管，清楚显示计数脉冲数。设计电路图如下：但在实际元件调试时，74ls160芯片发生提前进位现象，理应在计数从90时，进位端输出一个高电平脉冲至下一级的160计数器，即产生进位信号。但实际应用时，但计数器在89的输出时，进位端已产生进位信号，且此高电平信号保持一个输入计数脉冲时间。为解决此问题，在160芯片的串接中加入了d触发器作为进位信号延迟处理。改进电路图如下：在计数到89时，产生了进位信号（高电平），但由于d触发器的本身特性（上升沿触发，d端信号需提前接入），d触发器不翻转， q端输出为低。下一计数脉冲上跳沿来临，即90时，d端为高电平，d触发器翻转，q端输出为高电平，使下一级160芯片在上一级160芯片由90时计数，进位信号延迟一个计数脉冲。六 所遇问题及应对方案1、由于车轮缺损而引起的误差补偿问题简析：当换型开关未闭合时，该电路适用于车轮周长为125cm。若车轮由于缺损（假如缺失长度为11cm），则当实际路程为1km（原车轮转800圈）时，但缺失车轮转过879圈，即显示器约多输出了0.1km。应对方案：在单稳态电路中加入滑动变阻器，使得通过控制滑动变阻器接入阻值，调节暂稳态时间（变为原来的10/11），消除此误差。相比于在电路中加入减法电路，更加的节能、方便，精度更高。2、74ls160的提前进位问题简析：74ls160十进制计数器引脚图： 16与8两脚分别是此芯片的电源与接地端在其正常计数时，7、9、10脚接高电平；3、4、5、6脚接地2脚为其计数脉冲输入端，1脚为清零（低电平有效），15脚为其进位输出端在应用中，理应在计数从90时，进位端输出一个高电平脉冲至下一级的160计数器，即产生进位信号。但实际应用时，但计数器在89的输出时，进位端已产生进位信号，且此高电平信号保持一个输入计数脉冲时间。应对方案：，74ls74（d触发器）引脚图： 14与7脚分别是此芯片的电源与接地端在其正常工作时，13、10脚接高电平；12脚为d输入端；11脚为时钟脉冲输入端，9、8脚是触发器的q与q非输出端应用时，将74ls160的进位输出信号接到触发器的d输入端，将计数脉冲信号接入触发器的时钟 脉冲端，触发器的q输出端接到下一级的160的cp输入端。计数脉冲q输出端d输入端由于在计数到89时，产生了进位信号（高电平），但由于d触发器的本身特性（上升沿触发，d端信号需提前接入），此时d触发器不发生翻转， q端输出为低。当下一计数脉冲上跳沿来临，即90时，d端为高电平，d触发器翻转，q端输出为高电平，即使下一级160芯片在上一级160芯片由90时计数，消除芯片的提前进位。下图为其逻辑波形图：七 参考文献1、数字电路与逻辑设计（第二版） 清华大学出版社 2、mulitisim应用教程 电子科技出版社3、电子电路应用设计 西北工业大学出版社八 心得体会本次课程实践设计是我收获很大的一次实践练习。身为测控技术与仪器专业的学生，设计是我们必需的技能，这次实习恰恰给我们提供了一个应用自己所学知识的机会，从到图书馆查找资料到对电路的设计及调试再到最后电路的成型，都对我所学的知识进行了检验。可以说，本次实习有苦也有甜。设计思路是最重要的，只要你的设计思路是成功的，那你的设计已经成功了一半。因此我们应该在设计前做好充分的准备，查找了详细的资料，为我们设计的成功打下坚实的基础。电路的仿真设计应该是最困难的阶段，无论是粗心还是知识偏差，到会导致整个电路模块的错误，因为是在电脑上调试，软件比较大，电脑硬件没有很好的性能，使得仿真设计比较慢，这就要求我们有一个比较正确的仿真调试方法，比如把频率适当调快等等。而制作过程也是一个考验人耐心的过程，不能有丝毫的急躁，马虎，对电路的连接要一步一步来，不能急躁，一根根导线都要一次性接到正确的位置，不然就要耐着性子从头查找错误。 整个设计中要求我们熟练地掌握课本上的知识，这样才能对实践中出现的问题进行分析并加以解决。所用元器件总表编号名称数量简介备注174ls001双输入与非门274ls161116进制计数器十分频35552单稳态触发器 多谐振荡器474ls081双输入与门门控574ls904二-五-十计数器分频电路674ls1603十