北工大-電子課程設(shè)計(jì)報(bào)告-數(shù)電-自行車?yán)锍瘫?

1、北京工業(yè)大學(xué)電子課程設(shè)計(jì)報(bào)告學(xué)院專業(yè)班級組號題目 1.2.姓名學(xué)號指導(dǎo)教師 成績年 月 日數(shù)字部分：自行車?yán)锍瘫碓O(shè)計(jì)要求（一）設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)、制作一個根據(jù)車輪周長、輻條數(shù)等參數(shù)來記錄行駛里程的簡易里程表。 要求具有可調(diào)整的手段，以適應(yīng)不同車型。（二）參考設(shè)計(jì)方案1、首先使用紅外光電傳感器對轉(zhuǎn)動的車輪輻條進(jìn)行測量，產(chǎn)生基本 技術(shù)脈沖。 若以 0.1 公里作為里程表的計(jì)數(shù)單位， 則需測量出車輪 的周長、一周有多少根輻條、沒走 0.1 公里要有多少根輻條通過 傳感器。若將此計(jì)數(shù)值轉(zhuǎn)化為里程表的一個計(jì)數(shù)脈沖， 提供給一個 多位十進(jìn)制里程計(jì)數(shù)器， 則記錄分辨率就為 0.1 公里，最后由多位 數(shù)碼管顯示出來

2、。2、框圖：- 1 -紅外傳感器脈沖整形（三）設(shè)計(jì)要求1、顯示數(shù)字為3位，精度為0.1公里，即（00.099.9公里）。2、數(shù)碼管要有小數(shù)點(diǎn)，即個位與十位間的小數(shù)點(diǎn)要亮起來。3、要標(biāo)明你所設(shè)計(jì)的條件（輪周長、輻條數(shù)等），給出根據(jù)條件不同 進(jìn)行調(diào)整的方法。4、結(jié)構(gòu)簡單、所用芯片盡量少、成本低、易于制作。5、所用芯片與元件盡量在參考元器件范圍內(nèi)選擇（實(shí)驗(yàn)室沒有的需 自行解決）（四）發(fā)揮部分從使用角度考慮，嘗試加上你認(rèn)為可以完善、改進(jìn)的功能（如節(jié)電功能、顯示清零等）。（五）參考元件CD40106CD4518或 CD4017,74LS161 等）；74LS21,74LS08,CD4011或 74LS0

3、0）; CD4553,CD4543 共陰（共陽）數(shù)碼管；NPN（PNP開關(guān)管； 紅外光電傳感器等；電阻，電容若干、設(shè)計(jì)方案一）實(shí)驗(yàn)初步設(shè)計(jì)經(jīng)過對參考設(shè)計(jì)方案框圖的分析得出該實(shí)驗(yàn)主要分為 4 個部分：光控電路設(shè)計(jì) 及脈沖整形、輪輻計(jì)數(shù)電路、 0.1 公里計(jì)數(shù)電路、數(shù)碼管顯示電路（包括譯碼驅(qū) 動）。首先要將紅外傳感器接收到的輪輻脈沖整形成為規(guī)則的方波， 據(jù)所學(xué)知識， 整 形可以用施密特觸發(fā)器， 當(dāng)車的輪輻掃過紅外傳感器后， 紅外傳感器將感應(yīng)得到 的脈沖送到施密特觸發(fā)器進(jìn)行整形， 然后接入設(shè)計(jì)的輪輻計(jì)數(shù)器中。 脈沖整形電 路選用555定時器作為波形整流器，但是老師推薦使用的是CD40106通過查閱資

4、料，我們才知道，原來CD40106內(nèi)部由6個施密特觸發(fā)器組成，因而可以與信 號輸出線直接連接實(shí)現(xiàn)波形整形， 而 555 定時器需要先進(jìn)性外部連接構(gòu)成施密特 觸發(fā)器才具有整形的功能。因此從簡化電路的要求考慮，我們最終選擇了CD40106乍為波形整形器。在考慮輪輻計(jì)數(shù)分頻器的時候，想到了 CD4518和161兩種芯片。由于以前并 沒有接觸過CD4518所以在網(wǎng)上查了一下資料。通過 CD4518芯片數(shù)據(jù)手冊，我 知道了 CD4518是十進(jìn)制的計(jì)數(shù)器，比161的二進(jìn)制計(jì)數(shù)器使用起來更加方便。 因此最終決定選用CD4518作為輪輻計(jì)數(shù)分頻器。根據(jù)提供的參考元件，初步確定了以下方案：以CD40106為脈沖

5、整形，若干CD4518乍為輪輻計(jì)數(shù)分頻器，CD4553乍為三數(shù) 字BCD譯碼器的數(shù)位顯示部分，CD4543乍為7段共陰數(shù)碼管驅(qū)動芯片。（二）元件清單74LS00（ 1 ）；40106（1 ）；CD4553（1）；CD4518（2）；CD4543（1）； 三位共陰八位數(shù)碼管（ 1 個）；NPN三極管 9012 （4）;470 歐姆電阻（ 12）（三）光控電路及脈沖整形部分1 此部分設(shè)計(jì)要求：當(dāng)輪輻掃過紅外傳感器后，接收到的信號通過施密特觸發(fā) 器進(jìn)行脈沖整形，得到標(biāo)準(zhǔn)的方波信號，然后將信號輸入輪輻計(jì)數(shù)器中。施密特觸發(fā)器輸入脈沖由紅外對管 （光偶）來提供，通過光偶將信號記錄下來然 后將信號輸入到CD

6、40106中進(jìn)行整形得到規(guī)則的信號。電路圖如下:VCCV一 5U2A40106BD_5VR151k!光控電路及脈沖整形芯片）光電耦合器的結(jié)構(gòu)如下:- 5 -紅外傳感器2) CD40106芯片資料CD40106 引腳圖引腳功能：2 4 6 8 10 12 數(shù)據(jù)輸出端1 3 5 9 11 13數(shù)據(jù)輸入端14電源正7接地CD40106由六個斯密特觸發(fā)器電路組成。每個電路均為在兩輸 入端具有斯密特觸發(fā)器功能的反相器。觸發(fā)器在信號的上升和 下降沿的不同點(diǎn)開、關(guān)。上升電壓(V T+)和下降電壓(V T-)之差 定義為滯后電壓。(三)輪輻計(jì)數(shù)電路1 此部分設(shè)計(jì)要求：當(dāng)電路接收到方波信號后開始計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù) 達(dá)

7、到車輪走過0.1公里所需的輪輻數(shù)時，此計(jì)數(shù)電路進(jìn)位輸出一 并自動清零，開始進(jìn)入下一個計(jì)數(shù)周期。最初設(shè)定車輪(風(fēng)扇代 替)直徑為7.7cm則傳感器處每通過3820個輪輻，車輪走過0.1 公里，由此確定此計(jì)數(shù)器應(yīng)為 3820進(jìn)制根據(jù)所給元件，可以用2片CD4518組成3820進(jìn)制計(jì)數(shù)器，輪輻計(jì)數(shù)器電路芯片簡介:CD4518引腳圖CD4518BMS, CD4520BMSTOP VIEWCLOCK AENABLE ACHAQ2AQ3AQ4ARESET AVSSVDDRESETBQ40Q38Q23Q1BENABLE BCLOCK B引腳功能:引腳符號功能1 9CLOCK時鐘輸入端7 15RESET消除端

8、2 10ENABLE計(jì)數(shù)允許控制端3 4 5 6Q1A-Q4A計(jì)數(shù)輸出端11 12 13 14Q1B-Q4B計(jì)數(shù)輸出端8VSS地16VDD電源正真值表功能:CLC KENABLERESETACTION上升沿10加計(jì)數(shù)0下降沿0加計(jì)數(shù)下降沿X0不變X上升沿0不變上升沿00不變1下降沿0不變XX1QCH Q4=0- 7 -CD4518勺控制功能CD4518有兩個時鐘輸入端CP和EN若用時鐘上升沿觸發(fā)，信號由CP輸入, 此時EN端為高電平（1），若用時鐘下降沿觸發(fā),信號由EN輸入，此時CP 端為低電平（ 0），同時復(fù)位端 Cr 也保持低電平（ 0），只有滿足了這些條件 時，電路才會處于計(jì)數(shù)狀態(tài)，否則

9、沒辦法工作。四）0.1 公里計(jì)數(shù)電路此部分設(shè)計(jì)要求：通過輪幅計(jì)數(shù)器勺進(jìn)位輸出， 每 0.1 公里輸出一高電平，此 計(jì)數(shù)電路記錄一次，要求可記錄 0.1 公里到 99.9 公里，所以此計(jì)數(shù)電路需要一 個 1000 進(jìn)制勺計(jì)數(shù)器。所給元器件中CD4553能夠?qū)崿F(xiàn)3位十進(jìn)制輸出，但只有1個輸出端，要完成 3位輸出，采用掃描輸出方式，通過它勺選通脈沖信號，依次控制 3位十進(jìn)制勺 輸出，從而實(shí)現(xiàn)掃描顯示方式。芯片資料：CD4553是 3位十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，但只有1個輸出端，要完成3位輸出，采用 掃描輸出方式， 通過它勺選通脈沖信號， 依次控制 3 位十進(jìn)制勺輸出， 從而實(shí)現(xiàn) 掃描顯示方式。引腳功能：CLOC

10、：K 計(jì)數(shù)脈沖輸入端，下調(diào)沿有效。CIA、CIB:內(nèi)部振蕩器的外界電容端子。MR計(jì)數(shù)器清零（只清計(jì)數(shù)器部分），高電平有效。LE：鎖定允許。當(dāng)該端為低電平時，3組計(jì)數(shù)器的內(nèi)容分別進(jìn)入3組鎖存器，當(dāng)該端為高電平時，鎖存器鎖定，計(jì)數(shù)器的值不能進(jìn)入。DIS：該端接地時，計(jì)數(shù)脈沖才能進(jìn)行計(jì)數(shù)。DS1 DS2 DS3位選通掃描信號的輸出，這3端能循環(huán)地輸出低電平，供顯 示器作為位通控制。Q0 Q1 Q2 Q3 BCD碼輸出端，它能分時輪流輸出 3組鎖存器的BCD碼。 CD4553內(nèi)部雖然有3組BCD碼計(jì)數(shù)器（計(jì)數(shù)最大值為 999）,但BCD的輸出 端卻只有一組Q曠Q3通過內(nèi)部的多路轉(zhuǎn)換開關(guān)能分時輸出個、十

11、、百位的BCD碼，相應(yīng)地，也輸出3位位選通信號。例如：當(dāng) Q0-Q3輸出個位的BCD 碼時，DS1端輸出低電平；當(dāng)Q0-Q3輸出十位的BCD碼時，DS2端輸出低電平；當(dāng)Q曠Q3輸出百位的BCD碼時，DS3端輸出低電平時，周而復(fù)始、循環(huán) 不止。真值表:In puts 輸入Outputs 輸出Master ResetClockDisableLE0T00No Cha nge沒有變化000Adva nee 進(jìn)行0x1xNo Cha nge沒有變化01T0Adva nee 進(jìn)行010No Cha nge沒有變化00xxNo Cha nge沒有變化0xxTLatched 鎖存0xx1Latched 鎖存1

12、xx0Q0=Q1=Q2=Q3=0CIACIS QOCLOCKO10210 oLE0311CHSOFDS1DS213 OMRVDD =PIN 16Vss -PIN 843If49 7 6 5 1 2 T 1 三三二圖1CD4553 引腳圖電路介紹：CD4553能夠?qū)崿F(xiàn)1000進(jìn)制計(jì)數(shù)，只需正常輸入輸出即可。CD4553的輸入就 是輪幅計(jì)數(shù)電路的進(jìn)位輸出，由于 CD4553由下降沿控制計(jì)數(shù)，因此其時鐘輸入 應(yīng)將輪輻計(jì)數(shù)電路的進(jìn)位輸出經(jīng)過非門充當(dāng)。此部分電路的輸出直接連接下一步的譯碼驅(qū)動。由于CD4553同時控制下部分?jǐn)?shù)碼顯示的三位顯示順序，所以還要 將cd4553的數(shù)據(jù)選擇輸出端與數(shù)碼顯示的三位數(shù)

13、碼管連接。由于cd4553的數(shù)據(jù)選擇輸出端輸出信號很弱，所以要在 cd4553的數(shù)據(jù)選擇輸出端與三位數(shù)碼管的 數(shù)據(jù)控制端的之間加上三極管放大電路。（五）譯碼驅(qū)動電路及數(shù)碼管顯示電路此部分設(shè)計(jì)要求：0.1公里計(jì)數(shù)器的輸出信號經(jīng)本級電路譯碼驅(qū)動后由數(shù)碼管顯示輸出根據(jù)參考元件，譯碼驅(qū)動器可選用 CD4543經(jīng)三極管放大后與數(shù)碼管相連芯片介紹：管腳圖CD4S439TERMINAL AS3I3NMENTTyposTRUTH TABLE FOW dM54INPUT GODEtrmjT STATEOWPLAV CHAR- AETEJH5Blpc*鼻O1fgX11翼XXK0n0001n11aaoOI1打001

14、0li10.iia1迂1iQ01111ioa1ftili咼00fta110打111Q0Q101liQ11打111O研1 O11aiiO11tEii0Q0111i1100a0iiO01ooD111iii曰1-u|-00HioQ1i111i1io1o1P0DoD000i01廿110002 Oa00容皿門甌1011o0fl0QDoo0ioD11o1o000000Blankli001110o00Da-aHlankii0011100O0BlflfKkQo0XXXtkJLS4電路介紹:將CD4543的輸入端與CD4553的輸出端連接，七段數(shù)碼管連接CD4543輸出端, 由于數(shù)碼管對電流大小有要求，所以要在

15、數(shù)碼管與芯片連接時加入限流電阻，阻 值約為1K歐。CD4553勺DS1,DS2,DS3經(jīng)過三極管分別與數(shù)碼管三位控制端與相 連，小數(shù)點(diǎn)控制端與DS2經(jīng)非門相連，以控制其點(diǎn)亮。- 11 -（六）完整電路圖三、實(shí)驗(yàn)過程（一）實(shí)驗(yàn)整體方案初始電路圖（仿真）XFG1VDD5VVDD 274518BD_5VU6AEN1MR1CP1U7A1A1B1C1DEN11AMR11B1C CP11D4518BD5V- EN11A1C CP11D4518BD5V2341VDD5VEN1 MR1U10A1A1B1C1D11VDDDA DB DCDDU3CD455315U2ALDBIPHOA OB OCODOEOFOG4

16、543BD_5V74HC08D_4VU119o一 2711 :12-#二）輪輻計(jì)數(shù)電路的接線通過對輪輻計(jì)數(shù)器的設(shè)定，使其達(dá)到 3820 進(jìn)制時，通過門電路產(chǎn)生一個脈沖 來驅(qū)動下一部分的里程計(jì)數(shù)器。脈沖信號進(jìn)行整形后， 產(chǎn)生規(guī)則的方波脈沖信號， 將此信號接入到輪輻計(jì)數(shù)器 （由三片74LS161芯片組成），輪輻計(jì)數(shù)器計(jì)到3820進(jìn)制之后，再由三個74LS 芯片系列的門電路對之后的0.1公里計(jì)數(shù)器（即芯片CD4553產(chǎn)生脈沖。知道車輪的輻條數(shù)n=9,半徑D=7.5 cm。則：車輪周長 C=n D=3.1416X 7.5 cm 0.25562m設(shè)輪輻計(jì)數(shù)器為N進(jìn)制。那么：C/n X N=100m解之，

17、得： N=3820所以，脈沖計(jì)數(shù)器為 3820進(jìn)制這部分電路要用到的器件為 CD4518、74LS21、74LS00。我們采用兩片雙十進(jìn)制的 CD4518通過對管腳圖即工作原理圖的分析，我們 了解了 CD4518的基本工作原理。它是一個同步加數(shù)器，一個封裝里有兩個加數(shù) 器，可實(shí)現(xiàn)二/十進(jìn)制互換，其功能管腳為17和915。該計(jì)數(shù)器是單脈沖輸 入（1或2，9或10），4路BCD碼輸出（3到6，11到14）。從其真值表得知，CD4518由兩個時鐘輸入端：enable和clock ,當(dāng)時鐘上升 沿觸發(fā)，則脈沖從CP（clock）端輸入，此時EN端接高電平。當(dāng)時鐘的下降沿觸 發(fā)，則脈沖從EN端輸入，此時

18、CP端接低電平。此外，CD451&青零端為高電平 有效，所以在不清零時，應(yīng)接低電平。這樣接線之后，CD4518就可以實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)功能。如圖所示，將CD4518轉(zhuǎn)變成四位十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。從下圖可看出，第一片計(jì)數(shù) 器用的是時鐘上升沿觸發(fā)，從CP端輸入脈沖。由于CD4518沒有進(jìn)位端，所以利 用EN端，利用第四位輸出與EN端相連，作為信號輸入端，接到 EN端時用下降 延觸發(fā)，又由于CD4518計(jì)數(shù)是十進(jìn)制的，所以用輸出的第四位能體現(xiàn)出它在從 9 到 0 時從高電位到低電位，得以實(shí)現(xiàn)進(jìn)位功能。此外，將計(jì)算好的 3820按個，十，百，千的順序分別從四個十進(jìn)制計(jì)數(shù)器中連出，通過74LS21與門聯(lián)在一起，再將74

19、LS21的輸出反饋給兩片CD4518的四 個十進(jìn)制計(jì)數(shù)器的清零端，從而實(shí)現(xiàn)計(jì)完3820個脈沖CD4518就重新計(jì)數(shù)。因?yàn)镃D4553寸低電平觸發(fā)的，所以應(yīng)另外將輸出信號轉(zhuǎn)為低信號，所以我們用74LS08 與非門完成這個作用。在實(shí)際操作中，將二輸入的與非門的一個輸入接高電平。這樣就實(shí)現(xiàn)了非的運(yùn)算。再通過與非門 74LS00將結(jié)果輸送給CD4553（三）0.1公里計(jì)數(shù)電路的接線1 仿真電路圖:VDD（四）譯碼驅(qū)動電路及數(shù)碼管顯示電路的插線1 仿真電路圖U11四、實(shí)驗(yàn)調(diào)試（一）計(jì)數(shù)電路的調(diào)試將該部分電路接線完成后，先進(jìn)行 3820進(jìn)制的調(diào)試。將輸出端接示波器，風(fēng) 扇每轉(zhuǎn)過3820圈示波器上將顯示一高

20、電平。通過觀察，該部分電路能夠正常實(shí) 現(xiàn)計(jì)數(shù)功能，原設(shè)計(jì)方案可行。（二）0.1公里計(jì)數(shù)電路及驅(qū)動電路與數(shù)碼管的調(diào)試將該部分電路與上級電路連接，觀察數(shù)碼管的變化。在網(wǎng)上查到了平時對數(shù)碼 管串聯(lián)的電阻，阻值大概是470歐姆。并通過9012開關(guān)管使數(shù)碼管亮度適中。（三）發(fā)揮部分清零功能:在本實(shí)驗(yàn)電路中我們還設(shè)計(jì)了清零的功能，當(dāng)我們需要重新計(jì)算里程是，可 以通過此開關(guān)來進(jìn)行清零。而清零段的原理就是CD4518, CD4553的清零端，由 于這兩個芯片的清零端都是高電平有效，所以用一個開關(guān)就能夠?qū)崿F(xiàn)清零的作 用。所以用一個開關(guān)就可以控制給 CD4518的7, 14管腳以及CD4553的13管腳 高電平或

21、低電平來實(shí)現(xiàn)清零的目的。 當(dāng)用戶想重新計(jì)里程時只要將開關(guān)先接通高 電平再接回低電平，就沒有問題了。. q.-E BfcBI-BrBFiaadliiiBM a ri Bi rii i R I a ft A aas.2H i i n I I i* I is * ! i r 4 9 I F r（三）調(diào)試中的問題剛開始第一次連完電進(jìn)行調(diào)試過程時， 發(fā)現(xiàn)數(shù)碼管有些亂碼情況。后來檢查排 線，發(fā)現(xiàn)是由于電阻排布過密導(dǎo)致的。有一部分短路，后來重新排了一下線。就 解決了問題。以后在進(jìn)行電子設(shè)計(jì)時，應(yīng)在事前將電路規(guī)劃一下，不能想一步看 一步。否則到時候返工會很麻煩。小電路也就拆拆裝裝，大電路就會造成經(jīng)濟(jì)損 失。-

22、 15 -五、心得體會本次實(shí)驗(yàn)是以數(shù)字電子技術(shù)理論為基礎(chǔ)， 需要學(xué)生獨(dú)立完成的課題設(shè)計(jì)， 中 途涉及到的電路設(shè)計(jì)方案、芯片的選擇、 EDA仿真、實(shí)際插線、試驗(yàn)調(diào)試、撰寫 總結(jié)報(bào)告等環(huán)節(jié)都要通過個人的資料查詢、 知識積累來完成， 根本上曾強(qiáng)了個人 的知識掌握以及實(shí)踐動手能力。 以前做電子實(shí)驗(yàn)都是依照老師給好的電路圖， 然 后進(jìn)行仿真或者焊接。 而這次完全是自己和同伴設(shè)計(jì)。 起初我覺得很不習(xí)慣， 一 遇到問題想到的第一個解決辦法就是去問老師， 但老師絕不能成為我成功的必要 條件。漸漸的我學(xué)會了自己解決問題，擺脫了對于老師的依賴性。我想，只有學(xué) 會了自己解決問題， 學(xué)到的東西才是自己的。 通過光控電路及脈沖整形部分電路 的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，了解了 CD40106施密特觸發(fā)器芯片的具體用法，通過實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)驗(yàn)證 了施密特觸發(fā)器的脈沖整形功能， 加深了對施密特觸發(fā)器的認(rèn)識。 在遇到兩種技 術(shù)器（ C D451 8和 16