北工大-电子课程设计报告-数电-自行车里程表

1、北 京 工业 大 学电子课程设计报告学 院 专 业 班 级 组号 题 目 1.2.姓 名 学 号 指 导 教 师 成 绩 年 月日- 1 -数 字 部分 ： 自行车里程表设计要求)设计任务设计、制作一个根据车轮周长、辐条数等参数来记录行驶里程的简易里程表 要求具有可调整的手段，以适应不同车型。) 参 考 设 计方 案1、首先使用红外光电传感器对转动的车轮辐条进行测量，产生基本技术脉冲。若以0.1 公 里作为里程表的计数单位，则需测量出车轮的周长、一周有多少根辐条、没走0.1 公里要有多少根辐条通过传感器。若将此计数值转化为里程表的一个计数脉冲，提供给一个多位十进制里程计数器，则记录分辨率就为0

2、.1 公里，最后由多位数码管显示出来。2、框图：- 7 -门晅跷译妈驱动器轮辎计敝器ft- V胭冲越形- -红外传感器（三）设计要求1、显示数字为3位，精度为0.1公里，即（00.0 99.9公里）2、数码管要有小数点，即个位与十位 间的小数点要亮起来。3、要标明你所设计的条件（轮周长、辐条数等），绘出根据条件不 同进行调整的方法。4、结构简单、所用芯片尽量少、成本低、易于制作。5、所用芯片与元件尽量在参考元器件范围内选择（实验室没有的需 自行解决）（四）发挥部分从使用角度考虑，尝试加上你认为可以完善、改进的功能（如节电 功能、显示清零等）。（五）参考元件CD40106 CD4518域 CD4

3、017,74LS161等）;74LS21,74LS08,CD4011域 74LS00）; CD4553,CD4543 共阴（共阳）数码管；NPN（PN断关管；红外光电传感器等；电阻，电容若干、设计方案） 实 验 初 步设 计经过对参考设计方案框图的分析得出该实验主要分为4 个部分：光控电路设计及脉冲整形、轮辐计数电路、0.1 公里计数电路、数码管 显示电路（包括译码驱动 ）。首先要将红外传感器接收到的轮辐脉冲整形成为规则的方波，据所学知识，整形可以用施密特触发器，当车的轮辐扫过红外传感器后，红外传感器将感应得到的脉冲送到施密特触发器进行整形，然后接入设计的轮辐计数器中。脉冲整形电路选用555

4、定时器作为波形整流器，但是老师推荐使用的是CD40106，通过查阅资料，我们才知道，原来 CD4010纵部由6个施密特触发器组成，因而可以与信号输出线直接连接实现波形整形，而555 定时器需要先进性外部连接构成施密特触发器才具有整形的功能。因此从简化电路的要求考虑，我们最终选择了 CD40106乍为波形整形器。在考虑轮辐计数分频器的时候，想到了 CD4518ffi 161两种芯片。由于以前并 没有接触过CD4518所以在网上查了一下资料。通过 CD45185片数据手册， 我 知道了 CD4518I十进制的计数器，比161的二进制计数器使用起来更加方便。因此最终决定选用CD4518乍为轮辐计数分

5、频器。根据提供的参考元件，初步确定了以下方案：以CD4010纵脉冲整形，若干CD4518乍为轮辐计数分频器，CD4553f乍为三 数字BCD#码器的数位显示部分，CD4543乍为7段共阴数码管驱动芯片。（二 ） 元 件 清 单74LS00（ 1）；40106（ 1）；CD4553（ 1）；CD4518（ 2）；CD4543（ 1）；三位共阴八位数码管（1 个 ）；NPNE极管 9012 （4）;470 欧姆电阻（12）（三）光控电路及脉冲整形部分1 .此部分设计要求：当轮辐扫过红外 传感器后，接收到的信号通过施密特触发器进行脉冲整形，得到标准的方波信号，然后将信号输入轮辐计数器中。施密特触发器

6、输入脉冲由红外对管（光偶）来提供，通过光偶将信号记录下 来 然 后将信号输入到CD40106fr进行整形得到规则的信号。电路图如下：2 .光控电路及脉冲整形芯片1）光电耦合器的结构如下:红外传感器2) CD40106E片资料CD40106g| 脚图引脚功能：24 6 8 10 12 1数据输出端3 5 9 11 13数据输入端14电源正7接地CD40106由六个斯密特触发器电路组成。每个电路均为在两输入端具有斯密特触发器功能的反相器。触发器在信号的上升和 下降沿的不同点开、关。上升电压 （V T+）和下降电压（V T-）之 差定义为滞后电压。（三）轮辐计数电路1.此部分设计要求：当电路接收到方

7、 波信号后开始计数，当计数 达到车轮走过0.1公里所需的轮辐数时，此计数电路进位输出 一并自动清零，开始进入下一个计数周期。最初设定车轮（风 扇代替）直径为7.7cm则传感器处每通过3820个轮辐，车轮走 过0.1公里，由此确定此计数器应为 3820进制根据所给元件，可以用2片CD4518&成3820进制计数器,2.轮辐计数器电路芯片简介:CD4518弓唧图引脚符号功能1 9CLOCK时钟输入端7 15RESET消除端2 10ENABLE计数允许控制端3 4 5 6Q1A-Q4A计数输出端11 12 13 14Q1B-Q4B计数输出端8VSS地16VDD电源正真值表功能:CL.CKEN

8、ABLERESETACTION上升沿10加计数0下降沿0加计数下降沿一X0/、艾X上升沿0/、艾F沿00/、艾1下降沿0/、艾XX1QO- Q4=0CD4518勺控制功能-9 -CD4518W两个时钟输入端C可口 EN若用时钟上升沿触发，信号由 CP输入，此时EN端为高电平（1）,若用时钟下P1沿触发，信号由EN输入，此时CP端为低电平（0），同时复位端Cr 也保 持 低电平（0），只有满足了这些条件时，电路才会处于计数状态，否则没办法工作。（四 ） 0.1 公 里计 数 电路此部分设计要求：通过轮幅计数器的进位输出，每0.1 公里输出一高电平，此计数电路记录一次，要求可记录0.1 公 里到

9、99.9 公里，所以此计数电路需要一个 1000 进制的计数器。所给元器件中CD4553tg够实现3位十进制输出，但只有1个输出端，要完成3位输出，采用扫描输出方式，通过它的选通脉冲信号，依 次控制 3位十进制的输出，从而实现扫描显示方式。芯片资料：CD45531 3位十进制计数器，但只有1个输出端，要完成3位输出，采用扫描输出方式，通过它的选通脉冲信号，依次控制3 位十进制的输出，从而实现扫描显示方式。引脚功能：CLOCK计数脉冲输入端，下调沿有效。CIA、CIB:内部振荡器的外界电容端子。MR计数器清零（只消计数器部分），高电平有效。LE:锁定允许。当该端为低电平时，3组计数器的内容分别进

10、入3组锁存器，当该端为高电平时，锁存器锁定，计数器的值不能进入。DIS:该端接地时，计数脉冲才能进行 计数。DS1 DS2 DS3位选通扫描信号的输出，这3端能循环地输出低电平，供显示器作为位通控制。QO Qt Q2 Q3 BCD3输出端，它能分时轮流输出3组锁存器的BCD3。CD4553内部虽然有3组BCM计数器（计数最大值为999），但BCD勺输出 端却只有一组Q0-Q3通过内部的多路转换开关能分时输出个、十、百位的BCD®,相应地,也输出3位位选通信号。例如：当 Q0-Q3输出个位的BCD 码时，DS1端输出低电平；当Q0-Q3输出十位的BCD6马时，DS洲输出低电平；当QO-

11、Q3输出百位的BC则时，DS3端输出低电平时，周而复始、循 环不止。真值表:Inputs 输入Outputs 输出Master ResetClockDisableLE0T00No Change没启义化000Advance 进行0x1xNo Change没启义化01T0Advance 进行010No Change没启义化00xxNo Change没启义化0xxTLatched 锁存0xx1Latched 锁存1xx0Q0=Q1=Q2=Q3=0Vou pin uVss PIN 8图1 CD4553 引脚图电路介绍：CD4553tg够实现1000进制计数，只需正常输 入输出即可。CD4553的输入

12、就是轮幅计数电路的进位输出，由于CD4553由下降沿控制计数，因此其时钟输入应将轮辐计数电路的进位输出经过非门充当。此部分电路的输出直接连接下一步的译码驱动。由于 CD455刎时控制下部分数码显示的三位显示顺序，所以 还要将cd4553的数据选择输出端与数 码显示的三位数码管连接。由于 cd4553 的数据选择输出端输出信号很弱，所以要在cd4553的数据选择输出端与三位数码管的数据控制端的之间加上三极管放大电路。（五）译码驱动电路及数码管显示电路此部分设计要求：0.1公里计数器的输出信号经本级电路译码驱动后由数码管显示输出根据参考元件，译码驱动器可选用 CD4543经三极管放大后与数码管相连

13、。芯片介绍：管脚图6PHASEc3助*LATCHOMABLfBCD i"UFBLAMKINCGXMiiS “PM T«um TABLJt roti ettwMM*PiJT rmnrovtwut rrTFeMAA-ACT ER9 IPfi*口G.i再i.KK置学V.DaQiV19 a Q rj0 n q 00 0 g00 0 0©01a 1 口 iiT o tJL中 11 单11 1 Q i1 崩 1 1O1 01 n 0 DQ U ir，* i t1o 口 a 0a 0 D 0ii a d aJ,111D 01 1Q1 口1a11la 0 a1i111D110(0

14、 *0* 0i i1LI1 I Q与一1一.1 10 D a ?.C 0 00i i i1 曾0 06 qi10D1。0H 1： a 01 小 d1 1 0 «10001 T <R 01 1 0 0任11VV1VQ 0D&0 0 D 1111T111o V 1 10 O a a 中0 o o Q0 Q D p 9 a a0 0 D Dn 0D0a 0 G o日1内界 叫仙fllniMi0Q0M不属« »电路介绍：将CD4543的输入端与CD4553的输出端连接，七段数码管连接 CD4543俞出端，由于数码管对电流大小有要求，所以要在数码管与芯片连接时

15、加入限流电阻，阻值约为1K欧。CD4553勺DS1,DS2,DS3s过三极管分别与数码管三 位控制端 与相 连，小数点控制端与DS2经非门相连，以控制其点亮。-11 -（六）完整电路图IIHH实验过程（一）实验整体方案初始电路图（仿真）XFG15VVDD卜CP14518BD5VU10AU32VD5U7A1-b- CP16CD45534518BD5V4543BD5V.011BD5VCP1-7 74HC08D 4V4518BD 5V74HC08D4VCP1EN1MR1EN1MR1EN1MR11A1B1C1D1A1B1C1D1A1B 1C1DEN1MR11A1B1C1DDA DB DC DDLD B

16、IPH64l_3_4-6,VDD5V456OA OB OC ODOE OF OG14341112131213U1131” 一3310-2928t 20- 15 -（二 ） 轮 辐 计 数电 路 的 接 线通过对轮辐计数器的设定，使其达到3820 进 制时，通过门电路产生一个脉冲来驱动下一部分的里程计数器。脉冲信号进行整形后，产生规则的方波脉冲信号，将此信号接入到轮辐计数器（由三片74LS161芯片组成），伽计数器计到3820进制之后，再由三个 74LS芯片系列的门电路对之后的0.1公里计数器（即芯片CD4553产生脉冲。知道车轮的辐条数n=9, 半 径 D=7.5 cm。贝业车轮周长 C=Tt

17、 D=3.1416X 7.5 cmr« 0.25562m设轮辐计数器为N进制。那么：C/nXN=100m解之，得：N=3820所以，脉冲计数器为3820 进制这部分电路要用到的器件为CD4518、 74LS21、 74LS00。我们采用两片双十进制的 CD4518通过对管脚图即工作原理图的分析，我们 了解了 CD4518的基本工作原理。它是一个同步加数器，一个封装里有两个加数 器，可实现二/十进制互换，其功能管 脚为17和915。该计数器是单脉冲 输入（1或2, 9或10） ,4路BCM输出（3至116, 11至U 14）。从其真值表得知，CD4518由两个时钟输入端：enable和

18、clock ，当时钟上升 沿触发，则脉冲从 CP（clock）端输入，此时EN端接高电平。当时钟的下降沿触 发，则脉冲从EN端输入，此时CP端接低电平。止匕外，CD4518青零端为高电平 有效，所以在不清零时，应接低电平。这样接线之后，CD451瞅可以实现计数功能。如图所示，将CD4518转变成四位十进制计数器。从下图可看出，第一片计数 器用的是时钟上升沿触发，从 CP端输入脉冲。由于CD451瞅有进位端，所以 利用EN端，利用第四位输出与 EN端相连，作为信号输入端，接到EN端时用下降延触发，又由于CD451时数是十进制的，所以 用输出的第四位能体现出它在 从 9 到 0 时从高电位到低电位

19、，得以实现进位功能。此外，将计算好的3820按 个 ，十，百，千的顺序分 别从四个十进制计数器中连出，通过74LS21与门联在一起，再将74LS21的输出反馈给两片CD4518的四个十进制计数器的清零端，从而实现计算 3820个脉冲CD451M重新计数。因为CD4553寸低电平触发的，所以应另 外将输出信号转为低信号，所以我们用74LS08与非门完成这个作用。在实际操作中，将二输入的与非门的一个输入接高电平。这样就实现了非的运算。再通过与非门74LS00将结果输送给 CD4553（三）0.1公里计数电路的接线 1.仿真电路图:VDD5VU6A（四）译码驱动电路及数码管显示电路的插线 1.仿真电

20、路图271U114543BD_5V四、实验调试（一）计数电路的调试将该部分电路接线完成后，先进行 3820进制的调试。将输出端接示波器，风 扇每转过3820圈示波器上将显示一高 电平。通过观察，该部分电路能够正常实 现计数功能，原设计方案可行。（二）0.1公里计数电路及驱动电路与数码管的调试将该部分电路与上级电路连接，观察数码管的变化。在网上查到了平时对数码管串联的电阻，阻值大概是470欧姆。并通过9012开关管使数码管亮度适中。（三）发挥部分清零功能：在本实验电路中我们还设计了清零的功能，当我们需要重新计算里程是，可以通过此开关来进行清零。而清零段的原理就是CD4518, CD4553的清零

21、端，由于这两个芯片的清零端都是高电平有效，所以用一个开关就能够实现清零的作用。所以用一个开关就可以控制给 CD4518的7, 14管脚以及CD4553的13管脚 高电平或低电平来实现清零的目的。当用户想重新计里程时只要将开关先 接通高电平再接回低电平，就没有问题了。（三）调试中的问题刚开始第一次连完电进行调试过程时，发现数码管有些乱码情况。后来检查排线，发现是由于电阻排布过密导致的。有一部分短路，后来重新排了一下线。就解决了问题。以后在进行电子设计时，应在事前将电路规划一下，不能想 一步 看一步。否则到时候返工会很麻烦。小电路也就拆拆装装，大电路就会造 成 经济 损失。-17 -五、心得体会本

22、次实验是以数字电子技术理论为基础，需要学生独立完成的课题设计，中途涉及到的电路设计方案、芯片的选择、EDA©真、实际插线、试验调试、撰写总结报告等环节都要通过个人的资料查询、知识积累来完成，根本上曾强了个人的知识掌握以及实践动手能力。以前做电子实验都是依照老师给好的电路图，然后进行仿真或者焊接。而这次完全是自己和同伴设计。起初我觉得很不习惯，一遇到问题想到的第一个解决办法就是去问老师，但老师绝不能成为我成功的必要条件。渐渐的我学会了自己解决问题，摆脱了对于老师的依赖性。我想，只有学会了自己解决问题，学到的东西才是自己的。通过光控电路及脉冲整形部分电路的实验设计，了解了 CD40106ffi密特触发器芯片的具体用法，通过实践经验验证了施密特触发