數(shù)字電路課程設(shè)計(jì)--速度表設(shè)計(jì)

1、<p><b>　　目 錄</b></p><p>　　1速度表選題背景2</p><p>　　2速度表設(shè)計(jì)方案論證2</p><p>　　2.1速度表設(shè)計(jì)的要求及技術(shù)指標(biāo)2</p><p>　　2.2 設(shè)計(jì)方案論證2</p><p>　　2.3 總體設(shè)計(jì)方案框圖及分析2<

2、;/p><p>　　3速度表各單元電路設(shè)計(jì)3</p><p>　　3.1 脈沖發(fā)生源電路設(shè)計(jì)3</p><p>　　3.2 信號(hào)處理電路設(shè)計(jì)3</p><p>　　3.3 顯示電路設(shè)計(jì)5</p><p>　　4速度表整體電路設(shè)計(jì)7</p><p>　　4.1 整體電路圖及工作原理7<

3、;/p><p>　　4.2 電路參數(shù)計(jì)算8</p><p>　　4.3 整機(jī)電路性能分析8</p><p><b>　　5設(shè)計(jì)總結(jié)8</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)10</b></p><p>　　1. 速度表選題背景</p><p>

4、;　　汽車在日常生活中應(yīng)用已經(jīng)很廣泛了，而不同情況下對(duì)汽車的行駛速度有很多不同的要求，這就需要在車上裝有精確便捷的速度表</p><p>　　從經(jīng)濟(jì)等因素來看，汽車目前乃至今后都有著廣闊的發(fā)展空間。目前市面上汽車的速度表都是機(jī)械的，看起來不夠直觀與方便。如果能用LED直接顯示出來速度值，就可節(jié)省用戶的時(shí)間及精力處理汽車行進(jìn)過程中的突發(fā)事件。</p><p>　　應(yīng)用數(shù)電課所學(xué)的知識(shí)，以及各

5、邏輯器件的合理組合可以設(shè)計(jì)出滿足要求的速度表。</p><p>　　2.速度表設(shè)計(jì)方案論證</p><p>　　2.1速度表設(shè)計(jì)的要求及技術(shù)指標(biāo)</p><p>　　1．顯示汽車Km/h數(shù)； </p><p>　　2．車輪每轉(zhuǎn)一圈，有一傳感脈沖；每個(gè)脈沖代表1m的距離； </p><p>　　3．采樣周期設(shè)為10S；

6、</p><p>　　4．要求顯示到小數(shù)點(diǎn)后邊兩位； </p><p><b>　　5．用數(shù)碼管顯示；</b></p><p>　　6，最高時(shí)速小于300Km/h。 </p><p><b>　　2.2設(shè)計(jì)方案論證</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)先通過霍爾式傳感器采集車輪

7、每轉(zhuǎn)一圈所產(chǎn)生的傳感脈沖，但這個(gè)脈沖一個(gè)不規(guī)則的方波信號(hào)且信號(hào)幅度很小，所以要通過放大電路和整形電路對(duì)采集的脈沖進(jìn)行處理，再通過計(jì)數(shù)器記錄產(chǎn)生脈沖的個(gè)數(shù)，最后通過譯碼器和數(shù)碼管對(duì)汽車的速度進(jìn)行顯示。本設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單易懂，操作起來容易，而且較節(jié)省費(fèi)用。</p><p>　　2.3總體設(shè)計(jì)方案框圖及分析</p><p>　　圖2-1 總設(shè)計(jì)框圖</p><p>　　首先通過霍

8、爾式傳感器收集車輪每轉(zhuǎn)一周所產(chǎn)生的脈沖，放大電路和整形電路是為了將霍爾式傳感器收集來的不規(guī)則且幅度小的脈沖放大和整形，然后通過計(jì)數(shù)器計(jì)算產(chǎn)生脈沖的個(gè)數(shù)并輸出，最后通過譯碼器和LED數(shù)碼管顯示汽車的速度。</p><p>　　3.速度表各單元電路設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1脈沖發(fā)生源電路設(shè)計(jì)</p><p>　　本設(shè)計(jì)采用了霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器，霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器是利用

9、霍爾效應(yīng)的原理制成的?；魻栃?yīng)是指在一個(gè)矩形半導(dǎo)體薄片上有一電流通過，此時(shí)如有一磁場(chǎng)也作用于該半導(dǎo)體材料上，則在垂直于電流方向的半導(dǎo)體兩端，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)很小的電壓，該電壓就稱為霍爾電壓。霍爾式轉(zhuǎn)速傳感器是使轉(zhuǎn)盤的輸入軸與被測(cè)轉(zhuǎn)軸相連，當(dāng)被測(cè)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)盤隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，固定在轉(zhuǎn)盤的霍爾傳感器便可在每一個(gè)小磁鐵通過時(shí)產(chǎn)生一個(gè)相應(yīng)的脈沖，檢測(cè)出單位時(shí)間的脈沖數(shù)，便可知被測(cè)轉(zhuǎn)速。根據(jù)磁性轉(zhuǎn)盤上磁鐵數(shù)目多少就可確定傳感器測(cè)量轉(zhuǎn)速的分辨率。</p

10、><p>　　圖3-1 磁性轉(zhuǎn)盤構(gòu)造圖</p><p>　　3.2信號(hào)處理電路設(shè)計(jì)</p><p>　　由于霍爾式傳感器輸出的脈沖信號(hào)是一個(gè)不規(guī)則的方波信號(hào)且信號(hào)幅度很小，所以必須進(jìn)行信號(hào)的放大整形。放大電路可用三極管組成，采用開關(guān)三極管可以保證放大器具有良好的高頻響應(yīng)。當(dāng)輸入信號(hào)為零或負(fù)電壓時(shí)，三極管截止，電路輸出高電平；而當(dāng)輸入信號(hào)為正電壓時(shí)，三極管導(dǎo)通，此時(shí)輸出電

11、壓隨著輸入電壓的上升而下降，由于放大器的放大功能降低了對(duì)待測(cè)信號(hào)的幅度要求。</p><p>　　圖3-2 信號(hào)處理電路</p><p>　　利用施密特觸發(fā)器狀態(tài)轉(zhuǎn)換過程中的正反饋?zhàn)饔茫梢园堰呇刈兓徛闹芷谛孕盘?hào)變換為邊沿很陡的矩形脈沖信號(hào)。輸入的信號(hào)只要幅度大于VT+，即可在施密特觸發(fā)器的輸出端得到同等頻率的矩形脈沖信號(hào)。</p><p>　　從傳感器得到的矩

12、形脈沖經(jīng)傳輸后往往發(fā)生波形畸變。當(dāng)傳輸線上的電容較大時(shí)，波形的上升沿將明顯變壞；當(dāng)傳輸線較長(zhǎng)，而且接受端的阻抗與傳輸線的阻抗不匹配時(shí)，在波形的上升沿和下降沿將產(chǎn)生振蕩現(xiàn)象；當(dāng)其他脈沖信號(hào)通過導(dǎo)線間的分布電容或公共電源線疊加到矩形脈沖信號(hào)時(shí)，信號(hào)上將出現(xiàn)附加的噪聲。無論出現(xiàn)上述的那一種情況，都可以通過用施密特反相觸發(fā)器整形而得到比較理想的矩形脈沖波形。只要施密特觸發(fā)器的VT+和VT-設(shè)置得合適，均能受到滿意的整形效果。</p>

13、<p>　　圖3-3 施密特觸發(fā)器波形圖</p><p><b>　　3.3顯示電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　本設(shè)計(jì)采用四位同步二進(jìn)制計(jì)數(shù)器74160，當(dāng)RCO=LOAD′=ENP=ENT=1時(shí)，電路工作在計(jì)數(shù)狀態(tài)，圖中與非門G起譯碼作用，當(dāng)電路進(jìn)入1010狀態(tài)時(shí)，它輸出低電平信號(hào)。SR鎖存器Q′端輸出低電平作為計(jì)數(shù)器的置零信號(hào)。若計(jì)數(shù)器從000

14、0狀態(tài)開始計(jì)數(shù)，則第十個(gè)計(jì)數(shù)輸入脈沖上升沿到達(dá)時(shí)計(jì)數(shù)器進(jìn)入1010狀態(tài)，G輸出低電平，將SR鎖存器置1，Q′端低電平立刻將計(jì)數(shù)器置零。這時(shí)雖然G輸出的低電平信號(hào)隨之消失了，但SR鎖存器的狀態(tài)仍保持不變，因而計(jì)數(shù)器的置零信號(hào)得以維持。直到計(jì)數(shù)脈沖回到低電平以后，SR鎖存器被置零，Q′端的低電平信號(hào)才消失?？梢?，加到計(jì)數(shù)器RCD端的置零信號(hào)寬度與輸入計(jì)數(shù)脈沖高電平持續(xù)時(shí)間相等。讓一個(gè)脈沖的持續(xù)時(shí)間為一秒，則十個(gè)脈沖為十秒，十秒一置零，可使采

15、樣周期為十秒。</p><p>　　圖3-4四位同步二進(jìn)制計(jì)數(shù)器74160</p><p>　　最后一個(gè)計(jì)數(shù)器采用二進(jìn)制計(jì)數(shù)器，使其只能輸出到2，讓速度表的的顯示值小于300Km/h。</p><p>　　圖3-5四位同步二進(jìn)制計(jì)數(shù)器74160</p><p>　　為了能以十進(jìn)制數(shù)碼直觀的顯示數(shù)字系統(tǒng)的運(yùn)行數(shù)據(jù)，本設(shè)計(jì)使用七段數(shù)碼管，這種數(shù)碼

16、管的每個(gè)線段都是一個(gè)發(fā)光二極管，并且數(shù)碼管中還在右下角處增設(shè)了一個(gè)小數(shù)點(diǎn)，形成了所謂的八段譯碼器，八段發(fā)光二極管的陰極是做在一起的，屬于共陰極類型發(fā)光二極管使用的材料與普通的硅二極管和鍺二極管不同，有磷砷化鎵、磷化鎵、砷化鎵等幾種，而且半導(dǎo)體中的雜質(zhì)濃度很高。半導(dǎo)體數(shù)碼管不僅具有工作電壓低、體積小、壽命長(zhǎng)、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)，而且響應(yīng)時(shí)間短，亮度也比較高。BCD譯碼器的輸入是一位BCD碼（以D,C,B,A表示），輸出是數(shù)碼管各段的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，

17、也稱4-7譯碼器。用它驅(qū)動(dòng)共陰LED數(shù)碼管，則輸出應(yīng)為高電平，即輸出為高時(shí)，相應(yīng)的顯示段發(fā)光。本設(shè)計(jì)采用7448BCD譯碼器。</p><p>　　圖3-6 7448BCD譯碼器</p><p>　　4.速度表整體電路設(shè)計(jì)</p><p>　　4.1整體電路圖及工作原理</p><p><b>　　圖4-1整機(jī)電路圖</b&g

18、t;</p><p>　　霍爾式傳感器利用霍爾效應(yīng)使轉(zhuǎn)盤的輸入軸與被測(cè)轉(zhuǎn)軸相連，當(dāng)被測(cè)轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，轉(zhuǎn)盤隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，固定在轉(zhuǎn)盤的霍爾傳感器便可在每一個(gè)小磁鐵通過時(shí)產(chǎn)生一個(gè)相應(yīng)的脈沖，檢測(cè)出單位時(shí)間的脈沖數(shù)，便可知被測(cè)轉(zhuǎn)速。根據(jù)磁性轉(zhuǎn)盤上磁鐵數(shù)目多少就可確定傳感器測(cè)量轉(zhuǎn)速的分辨率。由于霍爾式傳感器輸出的脈沖信號(hào)是一個(gè)不規(guī)則的方波信號(hào)且信號(hào)幅度很小，所以必須進(jìn)行信號(hào)的放大整形。放大電路采用三極管組成，則整形電路應(yīng)用了施密

19、特觸發(fā)器，可使其變成規(guī)則的矩形波，每個(gè)脈沖代表汽車行進(jìn)了0.001公里，接著將處理過的信號(hào)脈沖接入四位同步二進(jìn)制計(jì)數(shù)器74160，當(dāng)RCO=LOAD′=ENP=ENT=1時(shí)，電路工作在計(jì)數(shù)狀態(tài)，圖中與非門G起譯碼作用，當(dāng)電路進(jìn)入1010狀態(tài)時(shí)，它輸出低電平信號(hào)。SR鎖存器Q′端輸出低電平作為計(jì)數(shù)器的置零信號(hào)。若計(jì)數(shù)器從0000狀態(tài)開始計(jì)數(shù)，則第十個(gè)計(jì)數(shù)輸入脈沖上升沿到達(dá)時(shí)計(jì)數(shù)器進(jìn)入1010狀態(tài)，G輸出低電平，將SR鎖存器置1，Q′端低電

20、平立刻將計(jì)數(shù)器置零。這時(shí)雖然G輸出的低電平信號(hào)隨之消失了，但SR鎖存器的狀態(tài)仍保持不變，因而計(jì)數(shù)器的置零信號(hào)得以維持。直到計(jì)數(shù)脈沖回到低電平以后，SR鎖存器被置零，Q′端</p><p><b>　　4.2電路參數(shù)計(jì)算</b></p><p>　　汽車的車輪每轉(zhuǎn)一圈，電路將產(chǎn)生一個(gè)脈沖，可以測(cè)量出車輪的轉(zhuǎn)速，每個(gè)脈沖代表0.001公里的距離，則可計(jì)算出車子的速度，讓一

21、個(gè)脈沖的持續(xù)時(shí)間為一秒，則十個(gè)脈沖為十秒，十秒一置零，可使采樣周期為十秒。用計(jì)數(shù)器記錄輸入脈沖的個(gè)數(shù)在LED數(shù)碼管上顯示，最后一個(gè)計(jì)數(shù)器采用二進(jìn)制計(jì)數(shù)器，使其只能輸出到2，讓速度表的的顯示值小于300Km/h。</p><p>　　4.3整機(jī)電路性能分析</p><p>　　這個(gè)設(shè)計(jì)采用了霍爾式傳感器，三極管放大電路，用施密特觸發(fā)器對(duì)脈沖進(jìn)行整形，</p><p>

22、　　74160計(jì)數(shù)器，7448BCD譯碼器和LED數(shù)碼管。基本滿足了課程設(shè)計(jì)所提供的要求，但還是有一些不足，本設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單易懂，操作起來容易，而且較節(jié)省費(fèi)用。</p><p><b>　　5.設(shè)計(jì)總結(jié)</b></p><p>　　這是在大學(xué)的第一次課程設(shè)計(jì)，看到數(shù)量很多的課程題目，一時(shí)不知道選擇什么，后來在仔細(xì)思考后決定做速度表這一題目，我在網(wǎng)上查了一下速度表的有關(guān)內(nèi)容，

23、但可用內(nèi)容頁不是很多，而且大多數(shù)是用單片機(jī)做的。然后我又到圖書館去找相關(guān)資料，只找到了少數(shù)的資料，很多知識(shí)比較高深，不知在說什么，也覺得自己所學(xué)確實(shí)有限，于是決定重新再看看課本，后來發(fā)現(xiàn)利用課本中的基本知識(shí)也是似乎可以做到的，于是我有了大概的思路。我主要以課本為資料做了這個(gè)設(shè)計(jì)，所以電路設(shè)計(jì)過于簡(jiǎn)單，沒有什么復(fù)雜的元器件，并不象其它的教材那樣用到了很復(fù)雜的元器件或是用到了復(fù)雜的芯片。在電路的設(shè)計(jì)和創(chuàng)新上自己做的還很不夠,所以設(shè)計(jì)之后再回

24、想一下，里面自己的東西很少，這也是以后需要改進(jìn)的地方。</p><p>　　我在這次課程設(shè)計(jì)中學(xué)到了很多的知識(shí)，也對(duì)速度表有了了解，也對(duì)一些應(yīng)用軟件以及數(shù)電這門課有了一定的了解，了解了數(shù)電這門課的實(shí)際生活中不可或缺的意義，希望在以后的學(xué)習(xí)中會(huì)有更好的了解和學(xué)習(xí)。</p><p>　　我的設(shè)計(jì)還有很多的不足，還有很多需要改進(jìn)的地方。我還有很多需要學(xué)習(xí)的地方，并且這次課程設(shè)計(jì)使我對(duì)本專業(yè)產(chǎn)生了

25、很大的興趣，我會(huì)繼續(xù)的學(xué)習(xí)，我相信以后會(huì)做的更好。</p><p><b>　　附錄：器件清單</b></p><p>　　計(jì)數(shù)器74160，BCD譯碼器7448，LED數(shù)碼管BS201A。</p><p><b>　　參 考 文 獻(xiàn)</b></p><p>　　[1]閻石 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ).第五版