停车场空位显示电路

1、1 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 设计目的 (1)掌握计数、显示电路的构成、原理与设计方法； (2)熟悉集成电路的使用方法。 基本要求 (1)按共100空车位计，可手动设置空位数目； (2)车出入划卡，各有一个划卡位； (3)对出入车辆记录，出1车则多一空位，入一车则少一空位； 发挥部分 (1)可显示剩余空位的同时显示已存的车数； (2)提示灯警报功能，剩余空位为零时提示闪烁； 2 设计思路 根据设计的要求和自己的发挥部分，我设计的停车场基本电路由五个部分组成，接受脉冲并经施密特触发器整形部分，车位空位记数部分，计数功能预置部分，警报部分和译码显示部分。其中

2、最重要的是记数部分。 （1）整形部分：采用555定时器组成的施密特触发器，入口脉冲和出口脉冲不是稳定规则的矩形波经过施密特触发器进行整形再送到两组可逆计数器的两个接受端。 （2）车位记数部分：由于是空位和已存车位的记数，所以采用可加可减有置数功能的可逆计数器。记数部分我菜用六个十进制可逆记数器分两组，三个为一组，分别记剩余空位和已存车数。如出口脉冲经施密特触发器送给第一组记数器的加数端口即up端增加剩余车位数同时又送给第二组记数器的减数端即down端减少已存车数；同理，入口脉冲经施密特触发器送给第一组计数器的减数端即down端减少剩余车位数同时送给增记数端即up端增加已存车数。（3） 记数功能

3、预置数部分：当记数器的置数端处于工作状态时即置数端接地，记数器的输入端的输入等于输出，通过调节输入从而实现手动置数功能。采用又三个同型号的十进制可逆计数器，不串联而是三个分别接在三个串联记剩余空位数的计数器的四个输入端上，串联的三个记数器的置数端使其处于工作状态，分别控制其计数器的“个”“十”“百”位。有一多谐震荡器产生脉冲接入分别接三个计数器的加数端，分别通过开关手动调节想要置得“个”“十”“百”上的数，实现手动置数功能。（4） 警报提示部分：可采用由集成电路定时器555与RC组成和一个发光二极管相连，选用555定时器构成多谐振荡器，振荡器的频率为1000赫兹当电路出现预定条件剩余空位为零时

4、，发出报警信号发光二级管有闪烁光。 （5）译码显示部分：将计数器输出的8421BCD码转换成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。 其中发挥部分为第二组记录已存车位和无空位时报警提示二极闪烁发光。 3 设计方框图 报警提 示手动置数入 口脉 冲三 个 可 逆计 数 器译码显示器译码显示器出 口脉 冲三 个 可 逆计 数 器4 各部分电路设计及参数计算4.1施密特触发器整形部分 图 施密特触发器 施密特触发器整形电路施密特触发器的应用1 波形变换可将三角波、正弦波等变成矩形波。2. 脉冲波的整形数字系统中，矩形脉冲在传输中经常发生波形畸变，出现上升沿和下降沿不理想的情

5、况，可用施密特触发器整形后，获得较理想的矩形脉冲。施密特触发器也有两个稳定状态，但与一般触发器不同的是，施密特触发器采用电位触发方式，其状态由输入信号电位维持；对于负向递减和正向递增两种不同变化方向的输入信号，施密特触发器有不同的阀值电压。门电路有一个阈值电压，当输入电压从低电平上升到阈值电压或从高电平下降到阈值电压时电路的状态将发生变化。施密特触发器是一种特殊的门电路，与普通的门电路不同，施密特触发器有两个阈值电压，分别称为正向阈值电压和负向阈值电压。在输入信号从低电平上升到高电平的过程中使电路状态发生变化的输入电压称为正向阈值电压，在输入信号从高电平下降到低电平的过程中使电路状态发生变化的

6、输入电压称为负向阈值电压。正向阈值电压与负向阈值电压之差称为回差电压。本电路中的计数器功能预置电路同样也是为了使两组计数器同步工作而设计的。它是由两个相同型号的555定时器组成的施密特触发器及逻辑门电路组成的。输出端直接与计数器功能设置端相连。工作原理：脉冲产生的信号由于某些原因不可能出现正规的方波信号，而计数器实现功能预置需要正规的方波信号，所以需要一个波形整形电路。为了降低计数器的误差，计数器功能设置端所接收的有效信号不能大于脉冲很多。所以我选择了由555定时器组成的施密特触发器做为此部分的整形和输出主体。所输出的方波信号经由逻辑门电路处理后送至计数器功能设置端它是一种阈值开关电路，具有突

7、变输入输出特性的门电路。这种电路被设计成阻止输入电压出现微小变化（低于某一阈值）而引起的输出电压的改变。 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。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

8、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。 4.2计数部分已存车位数 图十进制可逆计数器74LS192N为十进制可预置的可逆计数器，它有加数端和减数端，BO为借位端,CO为 进位端，74LS192N的清除端CLR是异步的，它为复位输入端，高电平有效，LD为预置输入控制端，异步预置。当要计数时使其置数端和清除端处于禁止状态即清除端接高电平而预置数端接低电平端。图中的8线和9线分别接入口和出口脉冲。三个串联的可逆计数器也有分频的作用，经过三次十分频产生1HZ的脉冲。当入口或出口脉冲经整形后，弹簧开关 按下相当于实

9、际中停车场中入口或出口的栏杆打开，入口的脉冲送到三个串联计数器的个位端即图4。2。1中的最左边的UP端即加数端实现对增加已存车的计数，而出口脉冲送到同一个个位计数器的DOWN端即减数端实现对 减少已存车的计数。再三个串联计数器上分别加了一个单刀双制开关，用来手动清零，当预置数LOAD 端处于工作状态接低电平时，无输入即输入为0，因此输出和输入一样为零，从而实现手动清零功能。 剩余空位计数 图十进制可逆计数器剩余车位计数和已存车位计数的实现原理一样，都是脉冲经过整形后送给个位计数器的加减计数端，但是送的端口相反。如出口脉冲整形后对计剩余空位的计数器来说是增加了剩余空位，所以加到图的UP加数端；而

10、对计已存车位的计数器来是减少了已存车数，所以出口脉冲接到图4.2.2的加数端的同时也要接到图4.2.1的个位计数器的DOWN减数端。入口亦是如此。一样的也设置了手动清除功能。 输入 输出CLR清除 LOAD 预置UPD A BCDQA QBQCQD1000000abcdabcd01上升沿1 加计数011上升沿 减计数4.3警报提示部分 图 单稳态触发器单稳抬触发器主要由G555以及电阻电容组成(如图 )。 功能介绍由555计时器组成的单稳态触发器在给一个信号的触发就有相应的信号输出。GND为一脚且为接地端，2脚6脚为两个电压输入端，3脚为输出端，4脚为清零端，5脚为电压控制端，7脚为放电端，8

11、脚为接电源端。运用2脚、6脚的输入电压来控制输出3脚的电压，当2脚、6脚为高电位时输出3脚为低电位。当2脚、6脚为低电位时3脚输出为高电位。单稳抬触发器的主要功能是延时，根据电阻，电容的组合就能得到延时的时间如果将单稳态电路的电压控制端加入一个变化电压，当控制电压升高时，电路的阈值电压升高，输出的脉冲宽度随之增加；当控制压降低时，电路的阈值电压也降低，单稳态的输出脉冲宽度也随之减小。此提示电路由两个555定时器分别组成单稳态触发器当达到给定条件即无空车位时,闪烁发光提示和声音提示均以1KHz的频率工作,持续1秒。空位数不是0时发光二极管不发光。如图所示555单稳态触发器 计算脉冲宽度 Tw=1

12、.1RC=0.11ms4.4置数部分4.4.1 555组成的多谐震荡器 图4.4 多谐震荡器由于为实现手动置数功能，需要一个有可持续脉冲的电路，因此在本电路中采用的振荡器是由555定时器构成的多谐振荡器。由于555内部的比较器灵敏度较高，而且采用差分电路形式，它的振荡频率受电源电压和温度变化的影响很小。此多谐振荡器产生的振荡频率为1000Hz.参数标注如图4.4所示，555周期可由下列公式计算：用555定时器组成的多谐震荡器如图4。1所示，接通电源后，电容C被充电，当上升到时，使Vo为低电平，同时放电三极管T导通，此时电容C通过R2和T放电，电压值下降。当电压值下降到时，电压翻转为高电平。电容

13、C放电所需时间为 T1=0.7(R1+2R2)C1=0.1ms当放电结束时，T截止，电源将通过R1、R2向电容C冲电,电压由上升到所需的时间为 T2=0.7R2C1=0.028ms当上升到时，电路又翻转为低电平。周而复始，在电路的输出端就得到一个周期性的矩形波。它的频率为f=1000HZ手动置数的输入端信号 图三个可逆计数器串联是计剩余空车位数个、十、百的数，而在计数器的“个”“十”“百”位上分别连着一个同型号的可逆计数器，当图中上面的三个串联的可逆计数器的LOAD端都处于禁止状态时即各自的单刀双制开关都打到高电平的一档，计数器是在计数状态；而当三个串联的计数器的每个LOAD端都处于低电平即三

14、个记数器的开关都和接地线连接时，是在置数状态，这时下面单个的可逆计数器作用不仅用分频作用的同时重要的是在处于置数状态时给一个输入，这时输入的就是等于输出，因而我采用在下面的单个三个计数器的DOWN端接高电平，而UP端加一个用多谐震荡器产生的可持续的脉冲，两者之间加个弹簧开关，弹簧开关平时是断开的，当把弹簧开关下压时状态导通，进入置数状态，每下压一次开关增加一，个位、十位、百位各有一个控制开关，通过分别调节个位、十位、百位记数器上连接的弹簧开关来控制想要在个位、十位、百位上调节的数。4.5译码显示部分译码显示器 本次设计中没有采用译码和显示器而是采用的是虚拟环境中的译码显示器，有四个拐角，每个可

15、逆计数器的四个输出端分别接到四个拐角上，在本次设计中采用六个译码显示器分两组，分别显示已存车数和剩余空车位数，其中显示剩余空车位数的译码显示器还有显示手动置数中的数的增加情况，通过看译码显示器调节到你想调节的数。这样简单方面又快捷，便于停车场工人更容易操作。 该电路选用DCD-HEX四输入七段显示译码器，它集一般的译码器，限流电阻，显示器于一体，有高电平输入时即可直接显示，接线清晰，经济使用。 5 工作过程分析 本次设计的是停车场空位显示电路，通过熟读设计要求、设计目的和自己的分析理解我把设计停车场空位显示电路分五个部分组成，接受脉冲并经施密特触发器整形部分，车位空位记数部分，计数功能预置部分

16、，警报部分和译码显示部分。其中最重要的是记数部分。首先是停车场的出入口各有一卡位，当有车出入时划卡产生不稳定的波，这就需要有一个整形的处理，把不稳定的波变成一个稳定的矩形波，为实现这一功能我采用的555定时器组成的施密特触发器，而出入口各有一卡位，因此我采用两个同型号的55定时器组成的施密特触发器分别对出口脉冲和入口脉冲进行整形，经过施密特触发器进行整形后再送到两组可逆计数器的两个接受端； 最重要的是本次设计中的计数部分，要求显示剩余车位数，这需要计数器有加减数的功能而且有置数端，因此我通过查资料选用十进制的74LS192N型号的可逆计数器，要求中空车位不超过100，因此选用三个计数器串联就可

17、以了分别代表“个”“十”“百”。再加上我想的发挥部分也可显示已存车数共需两组可逆计数器，每组三个串联可逆计数器为一组。第一组表示剩余车位数，第二组表示已存车数。如出口脉冲经施密特触发器送给第一组记数器的加数端口即up端增加剩余车位数同时又送给第二组记数器的减数端即down端减少已存车数；同理，入口脉冲经施密特触发器送给第一组计数器的减数端即down端减少剩余车位数同时送给增记数端即up端增加已存车数。其中在计数时可逆计数器的清除端和预置端都应处于禁止状态； 手动预置数部分是可逆计数器本身的功能，使其的预置端的LOAD处于工作状态，预置端是低电平因此接地，这时给三个串联的可逆计数器的个位的输入端

18、给一个输入，而输出等于输入。如：输入0000输出就0000、输入是0110输出就是0110。为了给三个串联的可逆计数器的一个输入我仍采用三个同型号的74LS192N的可逆计数器，不串联而是三个分别接在三个串联记剩余空位数的计数器的四个输入端上，串联的三个记数器的置数端使其处于工作状态，分别控制其计数器的“个”“十”“百”位。有一多谐震荡器产生脉冲接入分别接三个计数器的加数端，分别通过开关手动调节想要置得“个”“十”“百”上的数，实现手动置数功能。 警报提示部分：可采用由集成电路定时器555与RC组成和一个发光二级管相连，选用555定时器构成多谐振荡器，振荡器的频率为1000赫兹当电路出现预定条

19、件剩余空位为零时，发出报警信号发光二级管有闪烁光。 译码显示部分：将计数器输出的8421BCD码转换成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该电路选用DCD-HEX四输入七段显示译码器，它集一般的译码器，限流电阻，显示器于一体，有高电平输入时即可直接显示，接线清晰，经济使用。 其中发挥部分为第二组记录已存车位和无空位时报警提示。6 元器件清单器件名称器件型号个数定时器5554可逆计数器74LS1929译码显示器DCD-HEX-BLUE6或门74LS3211电容10nF1电容100nF4弹簧开关KEY=SPACE3单刀双置开关KEY=SPACE6电阻4K5电阻6.3K1

20、电阻1K2电阻5K1发光二极管BS20127 主要元器件介7.1 可逆计数器74LS192N引脚图 74LS192N芯片的引脚图，如图所示。图7.1.1 74LS192N可逆计数器的引脚图功能表74LS192N芯片的功能表，如表所示图74LS12N的功能表 输入 输出CLR清除LOAD 预置UPD A BCDQAQBQCQD1xxxxxxx000000xxabcdabcd01上升沿1xxxx 加计数011上升沿xxxx 减计数 功能介绍74LS192为 可 预 置 的 十 进 制 同 步 加 / 减 计 数 器双时钟方式的可逆计数器。 D0、D1、D2、D3置数并行数据输入 Q0、Q1、Q2、

21、Q3计数数据输出； CR-清零端； LD置数端； CPU加法计数CP输入； LD为预置输入控制端，异步预置。CR为复位输入端，高电平有效，异步清除。 CO为进位输出：1001状态后负脉冲输出。BO为借位输出：0000状态后负脉冲输出。74LS192 的清除端是异步的。当清除端（MR）为高电平时，不管时钟端（CPD、CPU）状态如何，即可完成清除功能。74LS192 的预置是异步的。当置入控制端（LOAD)为低电平时，不管时钟CP的状态如何，输出端（QAQD）即可预置成与数据输入端（AD）相一致的状态。而74LS192 的计数是同步的，靠CPD、CPU同时加在 4 个触发器上而实现。在CPD、C

22、PU上升沿作用下QAQD同时变化，从而消除了异步计数器中出现的计数尖峰。当进行加计数或减计数时可分别利用CPD或CPU，此时另一个时钟应为高电平。当计数上溢出时，进位输出端（CO)输出一个低电平脉冲，其宽度为CPU低电平部分的低电平脉冲；当计数下溢出时，错位输出端（BO)输出一个低电平脉冲，其宽度为CPD低电平部分的低电平冲。当把BO和TO分别连接后一级的CPD、CPU，即可进行级联。 波形图74LS192和74LS193都是十进制可逆计数器，它们的波形图一样如图所示 7.2定时器555 . 引脚图如图所示：图7.2.1 5G555引脚图 功能表表7.2.2 5G555功能表输入比较输出器输出vTHvTRRDR(C1)R(C2)OUT放电三极管Td<VR1<VR1>VR1d<VR2>VR2>VR20111d110d01101不变0导通截止不变导通 各引脚功能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