停车场空位计数器的设计.doc

停车场电子车位计数器沈 阳 工 程 学 院课 程 设 计设计题目：停车场电子车位计数器系 别 自控系 班级 测控本081班 学生姓名 王秋弟 学号 2008310109 指导教师 黄硕/于源 职称 讲师/讲师 起止日期：2010 年 8 月 30 日起至 2010 年 9 月 3 日止24沈阳工程学院课程设计任务书课程设计题目： 停车场电子车位计数器 系 别 自控系 班级 测控本081班 学生姓名 王秋弟 学号 2008310109 指导教师 黄硕/于源 职称 讲师/讲师 课程设计进行地点： B426 任 务 下 达 时 间： 2010 年 8 月 28 日起止日期： 2010年8月30日 起至2010年9月3日 止教研室主任 秦 宏 2010年 8 月 28 日批准停车场电子车位计数器1 设计主要内容及要求1.1 设计目的：（1）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；（2）熟悉集成电路的使用方法。1.2 基本要求 （1）能够预置初始车位数，能够显示空余车位，从0-199； （2）在出口处里、外分别安装两个传感器（比如红外传感器）A、B，每当有车辆进入时将顺序经过A、B，每当有车辆出去时将顺序经过B、A，设计电路能够区分此车辆进入还是出去。 （3）进入车辆，空余车位数减1；车辆离去，空余车位数加1。1.3 发挥部分 （1）能区分出入的是车辆还是人员； （2）逻辑故障屏蔽电路； （3）其他。2 设计过程及论文的基本要求：2.1 设计过程的基本要求（1）基本部分必须完成，发挥部分可任选2个方向：（2）符合设计要求的报告一份，其中包括逻辑电路图、实际接线图各一份；（3）设计过程的资料、草稿要求保留并随设计报告一起上交；报告的电子档需全班统一存盘上交。2.2 课程设计论文的基本要求（1）参照毕业设计论文规范打印，文字中的小图需打印。项目齐全、不许涂改，不少于3000字。图纸为A3，附录中的大图可以手绘，所有插图不允许复印。（2）装订顺序：封面、任务书、成绩评审意见表、中文摘要、关键词、目录、正文（设计题目、设计任务、设计思路、设计框图、各部分电路及参数计算（重要）、工作过程分析、元器件清单、主要器件介绍）、小结、参考文献、附录（逻辑电路图与实际接线图）。3 时间进度安排顺序阶段日期计 划 完 成 内 容备注12010.8.30讲解主要设计内容，学生根据任务书做出原始框图22010.8.31检查框图及初步原理图完成情况，讲解及纠正错误32010.9.1检查逻辑图并指出错误及纠正；讲解接线图绘制及报告书写42010.9.2继续修正逻辑图，指导接线图绘制方法，布置答辩52010.9.3答辩、写报告2010.9.10沈 阳 工 程 学 院 数字电子技术 课程设计成绩评定表系（部）： 自控系 班级： 测控本081 学生姓名： 王秋弟 指 导 教 师 评 审 意 见评价内容具 体 要 求权重评 分加权分调研论证能独立查阅文献,收集资料；能制定课程设计方案和日程安排。0.15432工作能力态度工作态度认真，遵守纪律，出勤情况是否良好，能够独立完成设计工作， 0.25432工作量按期圆满完成规定的设计任务，工作量饱满，难度适宜。0.25432说明书的质量说明书立论正确，论述充分，结论严谨合理，文字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，图表完备，书写工整规范。0.55432指导教师评审成绩（加权分合计乘以12） 分加权分合计指 导 教 师 签 名： 年 月 日评 阅 教 师 评 审 意 见评价内容具 体 要 求权重评 分加权分查阅文献查阅文献有一定广泛性；有综合归纳资料的能力0.25432工作量工作量饱满，难度适中。0.55432说明书的质量说明书立论正确，论述充分，结论严谨合理，文字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，图表完备，书写工整规范。0.35432评阅教师评审成绩（加权分合计乘以8）分加权分合计评 阅 教 师 签 名： 年 月 日课 程 设 计 总 评 成 绩分中 文 摘 要本次课程设计的题目是停车场电子车位计数电路，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。课设要求只有0199个停车位，因此在空余车位的显示上最多只能显示199个车位。在信号转换电路中，采用的是555定时器组成的施密特触发器，模拟车辆进出时通过红外遥感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。计数器的输出信号被送到译码器，译码器然后将输出的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。电路打通时，先给计数器进行预置，将百位上的数字预置为1，这样一开始就显示有199隔空车位，然后开始整个电路的运行。当车位数为000时，没有空余的车位供停车，此时将触发提示灯发光，提示没有空余车位。 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 录课程设计（论文）任务书.I课程设计（论文）成绩评定表.中文摘要.IV1设计任务描述 .11.1 设计题目 .11.2 设计要求 .11.2.1 设计目的 .11.2.2 基本要求 .11.2.3 发挥部分 .12设计思路.23设计方框图.34 模块细节及各部分电路设计.44.1可逆计数电路设计.44.2译码显示电路的设计及计算.44.2.1 译码显示电路的设计.44.2.2 译码显示电路的计算.54.3提示灯电路的设计.65 工作过程分析.86 元器件清单.97 主要元器件介绍.107.1 可逆计数器 74LS192.107.2 74LS38译码器.167.3 555集成定时器.18小结.21致谢.22参考文献.23附录.24A1 multisim仿真系统电路接线图.241 设计任务描述1.1 设计题目：停车场空位显示电路1.2 设计要求1.2.1 设计目的（1）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；（2）熟悉集成电路的使用方法。1.2.2 基本要求（1）能够预置初始车位数，能够显示空余车位，从0-199； （2）在出口处里、外分别安装两个传感器（比如红外传感器）A、B，每当有车辆进入时将顺序经过A、B，每当有车辆出去时将顺序经过B、A，设计电路能够区分此车辆进入还是出去。 （3）进入车辆，空余车位数减1；车辆离去，空余车位数加1。1.2.3 发挥部分（1）能区分出入的是车辆还是人员； （2）逻辑故障屏蔽电路；（3）其他2 设计思路我设计的停车场电子车位计数器电路主要有四大部分，即车位空位数计数部分、译码部分、显示部分和提示灯提示部分。进出的每辆车都会触发门口的红外遥感，给计数器一个脉冲信号，使计数器进行加减计数，由显示部分将所剩余的车位数显示出来，提示灯部分提示是否有空余的车位。 （一）计数部分：用三个可逆计数器74LS192联级组成100进制可逆计数电路，预置最大值199；（二）译码部分：用七段式译码器74LS48将8421BCD码转化为共阴极七段数码管需要的逻辑状态二进制代码；（三）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；（四） 提示灯部分：由555定时器组成的单稳态触发器驱动灯泡发光，提示空车位数为0。3 设计方框图显示器译码器入车脉冲信号可逆计数器出车脉冲信号提示灯 4 各部分电路设计及参数计算4.1 可逆计数电路的设计图4.1 可逆计数电路 由于本次设计的要求是设计0199的电子车位计数器，所以用3个74LS192连起来组成计数器部分，给百位预置数为1，接通电路后，先给百位进行数值预置，当第一级计数器的CPU端接收到脉冲信号时，计数器进行加法计数；当计数器的CPD端接收到脉冲信号时，计数器进行减法计数和加法计数。第一级计数为9时下一个脉冲到来时，第一级计数器加1进位变零，向上一级进位；减法计数时，当第一级计数器为0时，下一个脉冲到来时，上一级计数器借位，第一级从10减1变为9，4.2 译码显示电路的设计及计算4.2.1 译码显示电路的设计每当计数器进行加（或减1）计数时，译码器的输入端接到计数器的输出8421BCD码，将其转化为二进制数，再由显示器显示出二进制数。与联级计数器十位、百位相连的译码器灭零端接低电平使显示器上十位、百位为零时不显示零。4.2.2 译码显示电路的计算显示器的工作电压为1.6V，译码器接的高电平为5V，则加在电阻两端的电压为V=5-1.6V=3.4V。显示器的工作电流为几十毫安，则所加电阻的阻值为R=U/I=3.4V/20 mA=170图4.2 译码显示电路刚开始接通电路时数码管的显示电路如下：进行预置后，需要车位数为199，预置后的图：4.3提示灯电路的设计 图4.3 提示灯电路该提示灯电路由555定时器组成的单稳态触发器去驱动灯泡使其发光的电路构成。当触发器输入端施加低电平时，电路的输出状态由低电平跳变为高电平，驱动小灯泡发光，此后电容C充电，当C充电至VC=2VCC/3时，电路的输出电压V0由高电平翻转为低电平，使灯熄灭。小灯泡发光持续时间tW=RCln3=1.1RC=1.1*10-3S R=1KRC=1Uf=10-6F。当车位数为0时此时，提示灯电路中的灯开始发光，提示停车场的空车位数为05 工作过程分析由于本次设计的要求是设计0199的电子车位计数器，所以用3个74LS192连起来组成计数器部分，给百位预置数为1，接通电路后，先给百位进行数值预置，当第一级计数器的CPU端接收到脉冲信号时，计数器进行加法计数；当计数器的CPD端接收到脉冲信号时，计数器进行减法计数和加法计数。第一级计数为9时下一个脉冲到来时，第一级计数器加1进位变零，向上一级进位；减法计数时，当第一级计数器为0时，下一个脉冲到来时，上一级计数器借位，第一级从10减1变为9，当计数电路处于计数状态，有车进入时,将对红外遥感进行开断的作用，再由555触发器产生一个脉冲传到可逆计数器74LS192的CPD 端，计数器进行减1计数，计数器的输出端与译码器74LS48相连，译码器将计数器输出的8421BCD码转化为对应字段的输出，在于七段式显示器相连，数码管一使劲指数显示出当前的车位空位数。当有车离开停车场时，555产生的脉冲传到可逆计数器74LS192的CPU 端，计数器进行加1计数，通过译码显示电路显示出当前的车位空位数，较划卡前多出1空位。当车场里的车位数从199减少到000时，即没有空余的车位数，此时由555定时器触发提示灯发光，提示空车位数为0 6 元器件清单序号元件名称规格及用途数量1定时器LM555CN1片2计数器74LS192N3片3译码器74LS483片4显示器SEVEN-SEG-COM-K3片5三输入或门4075BP1片6四输入或门4072BD3片7电阻排RPACK7 300 3个8电阻1 k1个9电容1 uF1个10电容0.01 uF1个11单刀双掷开关SPDT2个12单刀单掷开关SPST1个13灯泡4V 5W1个14导线若干7 主要元器件介绍7.1 可逆计数器 74LS192计数开始时，先在RD 端输入一个正脉冲，此时两个计数器均被置为 0 状态。此后在LD端输入“1”，RD 端输入“0”，则计数器处于计数状态。 在个位的74LS192(1)的CU 端逐个输入计数脉冲CP，个位的74LS192开始进行加法计数。在第10个CP脉冲上升沿到来后，个位74LS192的状态从10010000，同时其进位输出从01。此上升沿使十位的74LS192(2)从0000开始计数，直到第100个CP脉冲作用后，计数器由1001 1001恢复为0000 0000，完成一次计数循环。当第一级计数器的CPU端接收到脉冲信号时，计数器进行加法计数；当计数器的CPD端接收到脉冲信号时，计数器进行减法计数和加法计数。第一级计数为9时下一个脉冲到来时，第一级计数器加1进位变零，向上一级进位；减法计数时，当第一级计数器为0时，下一个脉冲到来时，上一级计数器借位，第一级从10减1变为9，7.1.1 逻辑符号和引脚图（a）(b) 图 7.1 （a）逻辑符号和(b) 引脚图真值表： MRPLCPUCPDMODE工作模式HXXXReset (Asyn.)清除LLXXPreset (Asyn.)预置LHHHNo Change保持LHHCount Up加计数LHHCount DowN 减计数7.1.2 功能表 输入 输出MRP3P2P1P0Q3Q2Q1Q01000000dcbadcba011 加计数011 减计数表 7.1 74LS192功能表Operating Conditions 建议操作条件： Symbol 符号Parameter 参数最小典型最大UNIT 单位VCCSupply Voltage 电源电压544.55.05.5V744.755.05.25TAOperating Ambient Temperature Range操作环境温度范围5455251257402570IOHOutput Current High 输出电流-高电平54,74-0.4mAIOLOutput Current Low 输出电流-低电平54-4.0mA74-8.0H=高电平 L=低电平 X=不定（高或低电平） =由“低”“高”电平的跃变7.1.3 功能介绍74LS192同步十进制可逆计数器具有双时钟输入，可以执行十进制加法和减法计数并具有清除、置数等功能。当清除端CR=1时，计数器直接清零（称为异步清零）。执行其它功能时，CR=0。当CR=LD=0时，数据直接从输入端DA、DB、DC、DD置入计数器；当CR=0、LD=1时，执行计数功能。当CPD=1时，计数脉冲由加计数端CPD输入，在计数脉冲上升沿按8421编码执行十进制加法计数。当CPU=1时，计数脉冲由减法计数端CPD输入，在计数脉冲上升沿按8421编码执行十进制减法计数。当第一级计数器的CPU端接收到脉冲信号时，计数器进行加法计数；当计数器的CPD端接收到脉冲信号时，计数器进行减法计数和加法计数。第一级计数为9时下一个脉冲到来时，第一级计数器加1进位变零，向上一级进位；减法计数时，当第一级计数器为0时，下一个脉冲到来时，上一级计数器借位，第一级从10减1变为9。74LS192引脚功能介绍：引脚功能表： CPU Count Up Clock Pulse Input 计数芯片时钟脉冲输入CPD Count Down Clock Pulse Input 倒计时时钟脉冲输入MR Asynchronous Master Reset (Clear) Input 异步主复位（清除）输入PLAsynchronous Parallel Load (Active LOW) Input 异步并行负载（低电平）输入PnParallel Data Inputs 并行数据输入QnFlip-Flop Outputs (Note b) 触发器输出（附注b ）TCDTerminal Count Down (Borrow) Output (Note b) 终端倒计时（借）输出（注b ）TCU Terminal Count Up (Carry) Output (Note b) 终端数最多输出（注b ）NOTES:a. 1 TTL UNIT 单位 Load (U.L.) = 40 mA HIGH/1.6 mA LOW.b. The Output LOW drive factor is 2.5 U.L.for Military(54)and 5 U.L.for Commercial(74)Temperature Ranges LS192 LOGIC EQUATIONSDC SPECIFICATIONS直流电气规格： Symbol 符号Parameter 参数Limits限制范围UNIT 单位Test Conditions 条件最小典型最大VIHInput HIGH Voltage输入高电平电压2.0-VGuaranteed Input HIGH Voltage for All InputsVILInput LOW Voltage 输入低电平电压54-0.7vGuaranteed Input LOW Voltage for All Inputs74-0.8VIKInput Clamp Diode Voltage 钳位二极管输入电压-0.65-1.5VVCC = 最小, IIN = 18 mAVOHOutput HIGH Voltage 输出高电平电压542.53.5-VVCC = 最小, IOH = 最大, VIN = VIH CC OH IN IH or VIL per Truth Table真值表742.73.5-VOLOutput LOW Voltage 输出低电平电压 54,74-0.250.4V IOL=4.0mAVCC = VCC 最小, VIN = VIL 74-0.350.5IOL=8.0mAIIHInput HIGH Current输入高电平电流-20AVCC = 最大, VIN = 2.7 V-0.1mAVCC = 最大, VIN = 7.0 VIILInput LOW Current输入低电平电流-0.4mAVCC = 最大, VIN = 0.4 VIOSShort Circuit Current (Note 1)短路电流20-100mAVCC = 最大ICCPower Supply Current电源电流-34mAVCC = 最大AC CHARACTERISTICS (TA = 25) 交流特性(TA = 25)： Symbol 符号Parameter 参数Limits限制范围UNIT单位Test Conditions 测试条件最小典型最大fMaxMaximum Clock Frequency最大时钟频率2532-MHzVCC=5.0V CL=15pFtPLH tPHLCPU Input to TCU Output CPU输入到TCU输出-17 1826 24nstPLH tPHLCPD Input to TCD Output CPD输入到TCD输出-16 1524 24nstPLH tPHLClock 到 Q-27 3038 47nstPLH tPHLPL 到 Q-24 2540 40nstPHLMR Input to Any Output-2335ns交流安装要求(TA = 25) Symbol 符号Parameter 参数Limits 限制范围 UNIT 单位Test Conditions测试条件 最小典型最大tWAny Pulse Width 任何脉冲宽度20 -ns VCC = 5.0VtsData Setup Time 数据设置时间20 -ns thData Hold Time 数据保持时间5.0 -nstrecRecovery Time 恢复时间40 -ns7.2 74LS38译码器引脚介绍：引出端符号A0A3 译码地址输入端BI/RBO 消隐输入（低电平有效）/脉冲消隐输出（低电平有效）LT 灯测试输入端（低电平有效）RBI 脉冲消隐输入端（低电平有效）YaYg 段输出【1】 测试条件中的“最小”和“最大”用推荐工作条件中的相应值 工作条件：5448/744854LS48/74LS48单位最小额定最大最小额定最大电源电压VCC544.555.54.555.5V744.7555.254.7555.25输入高电平电压Vh22V输入低电平电压Vl540.80.7V740.80.8V输入高电平电流IhYa-Yg-400-100uABI/RBO-200-50输出低电平电流IolYa-Yg546.42mA746.46BI/RBO5481.67483.2功能表：7.3 555集成定时器7.3.1 LM555CN引脚图LM555CN相关参数 Technical/Catalog InformationLM555CNVendorFairchild Semiconductor类别Integrated Circuits (ICs)类型555 Type, Timer/Oscillator (Single)频率-Count-电源电压4.5 V 16 V电流15mA封装/外壳8-DIPPackagingTube工作温度0C 70CLead Free StatusLead FreeRoHS StatusRoHS Compliant其他名称LM555CN LM555CN LM555CNFS ND LM555CNFSND LM555CNFS7.3.2基本原理 各引脚的功能1脚：外接电源负端VSS或接地，一般情况下接地。2脚：低触发端3脚：输出端Vo4脚：是直接清零端。当端接低电平，则时基电路不工作，此时不论、TH处于何电平，时基电路输出为“0”，该端不用时应接高电平。5脚：VC为控制电压端。若此端外接电压，则可改变内部两个比较器的基准电压，当该端不用时，应将该端串入一只0.01F电容接地，以防引入干扰。6脚：TH高触发端7脚：放电端。该端与放电管集电极相连，用做定时器时电容的放电。8脚：外接电源VCC，双极型时基电路VCC的范围是4.5 16V，CMOS型时基电路VCC的范围为3 18V。一般用5V。555定时器的内部电路由分压器，电压比较器C1和C2，简单SR锁存器，放电三极管T以及缓冲器G组成。三个5千欧的电阻串联组成分压器，为比较器C1C2提供参考电压。当控制电压端（5）悬空时，比较器C1C2的基准电压分别为2Vcc/3和Vcc/3。管脚6为C1的信号输入端，称为阈值输入端；关脚2是比较器C2的信号输入端，称为触发输入端。如果控制电路电压端（5）外接电压v,则比较器电压C1 C2的基准电压就变为v和v/2。比较器C1 C2的输出控制SR锁存器和放电三极管T的状态。放电三极管T为外接电路提供放电通路，在使用定时器时，该三极管的集电极（7脚）一般都要飞、外接上拉电阻。4管脚为直接复位输入端，当其为低电平时，不管其他输入端的状态如何，输出端即为低电平。当vi1大于2Vcc/3，vi2大于Vcc/3时，比较器C1输出低电平，比较器C2输出高电平，简单SR锁存器Q端置0，放电三极管T导通，输出端为低电平。当vi1小于2 Vcc /3，vi2小于Vcc/3时，比较器C1输出高电平，C2输出低电平，简单SR锁存器置1，放电三极管截止，输出端为高电平。当vi1小于2 Vcc /3，vi2大于Vcc/3时，简单SR锁存器R=1,S=1锁存器状态不变，电路保持原状态不变。7.3.3功能表输入输出阀值输入触发输入复位输出放电管T00导通VccVccVcc10导通Vcc1不变不变小 结停车场空位显示电路是一种很实用的电子电路。它主要由计数电路、译码电路、显示电路组成。它与电子计数电路大致相同，其不同之处在于采用可逆计数器，因为它不是单一的加计数或减计数，而且随进车、出车而相应的减、加计数，这也是该题目设计的重点所在。通过本次停车场空位显示电路的设计，既巩固了所学知识，又是我对计数电路、显示电路有了进一步的了解，拓展了知识面。我掌握了可逆计数器的原理和基本用法，特别是74LS192的功能及接法。可用译码器、显示器集成在一起的集成LED显示器，可使电路更加简单，但我并未采用，原因在于它不能直观的体现译码器的工作原理。本次课程设计极大地锻炼了我自主学习的能力。刚看到设计题目的时候，感觉很茫然，因为图书馆及网上均未找到与停车场空位显示电路直接相关的资料。通过对设计要求的分析及查阅所搜集到的资料，我意识到搜集的资料不是现成的让你来照用的，