電子課程設計報告-數(shù)電-自行車里程表

1、<p><b>　　電子課程設計報告</b></p><p>　　學院__________________________</p><p>　　專業(yè)__________________________</p><p>　　班級_____________組號________</p><p>　　題目1._____

2、__________________</p><p>　　2._______________________</p><p>　　姓名_________________________</p><p>　　學號_________________________</p><p>　　指導教師____________________</p&

3、gt;<p>　　成績________________________</p><p>　　年 月 日 </p><p>　　數(shù)字部分：自行車里程表</p><p><b>　　一．設計要求</b></p><p><b>　?。ㄒ唬┰O計任務</b></p>&

4、lt;p>　　設計、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，以適應不同車型。</p><p><b>　?。ǘ﹨⒖荚O計方案</b></p><p>　　１、首先使用紅外光電傳感器對轉(zhuǎn)動的車輪輻條進行測量，產(chǎn)生基本技術脈沖。若以0.1公里作為里程表的計數(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

5、多少根輻條通過傳感器。若將此計數(shù)值轉(zhuǎn)化為里程表的一個計數(shù)脈沖，提供給一個多位十進制里程計數(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。</p><p><b>　?。?、框圖：</b></p><p><b>　?。ㄈ┰O計要求</b></p><p>　　1、顯示數(shù)字為3位，精度為0.1公里，即（00.0——

6、99.9公里）。</p><p>　　2、數(shù)碼管要有小數(shù)點，即個位與十位間的小數(shù)點要亮起來。</p><p>　　3、要標明你所設計的條件（輪周長、輻條數(shù)等），給出根據(jù)條件不同進行調(diào)整的方法。</p><p>　　4、結(jié)構(gòu)簡單、所用芯片盡量少、成本低、易于制作。</p><p>　　5、所用芯片與元件盡量在參考元器件范圍內(nèi)選擇（實驗室沒有的需

7、自行解決）</p><p><b>　?。ㄋ模┌l(fā)揮部分</b></p><p>　　從使用角度考慮，嘗試加上你認為可以完善、改進的功能（如節(jié)電功能、顯示清零等）。</p><p><b>　?。ㄎ澹﹨⒖荚?lt;/b></p><p>　　CD40106；CD4518(或CD4017,74LS161等)

8、；74LS21,74LS08,CD4011(或74LS00)；CD4553,CD4543；共陰（共陽）數(shù)碼管；NPN(PNP)開關管；紅外光電傳感器等；電阻，電容若干</p><p><b>　　二、設計方案</b></p><p><b>　?。ㄒ唬嶒灣醪皆O計</b></p><p>　　經(jīng)過對參考設計方案框圖的分析得

9、出該實驗主要分為4個部分：光控電路設計及脈沖整形、輪輻計數(shù)電路、0.1公里計數(shù)電路、數(shù)碼管顯示電路（包括譯碼驅(qū)動）。</p><p>　　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)所學知識，整形可以用施密特觸發(fā)器，當車的輪輻掃過紅外傳感器后，紅外傳感器將感應得到的脈沖送到施密特觸發(fā)器進行整形，然后接入設計的輪輻計數(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，

10、通過查閱資料，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現(xiàn)波形整形，而555定時器需要先進性外部連接構(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作為波形整形器。</p><p>　　在考慮輪輻計數(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)

11、據(jù)手冊，我知道了CD4518是十進制的計數(shù)器，比161的二進制計數(shù)器使用起來更加方便。因此最終決定選用CD4518作為輪輻計數(shù)分頻器。</p><p>　　根據(jù)提供的參考元件，初步確定了以下方案：</p><p>　　以CD40106為脈沖整形，若干CD4518作為輪輻計數(shù)分頻器，CD4553作為三數(shù)字BCD譯碼器的數(shù)位顯示部分，CD4543作為7段共陰數(shù)碼管驅(qū)動芯片。</p>

12、<p><b>　　（二）元件清單</b></p><p>　　74LS00（1）；</p><p><b>　　40106（1）；</b></p><p>　　CD4553（1）；</p><p>　　CD4518（2）；</p><p>　　CD4543（1

13、）；</p><p>　　三位共陰八位數(shù)碼管（1個）；</p><p>　　NPN三極管9012（4）；</p><p>　　470歐姆電阻（12） </p><p>　?。ㄈ┕饪仉娐芳懊}沖整形部分</p><p>　　1．此部分設計要求：當輪輻掃過紅外傳感器后，接收到的信號通過施密特觸發(fā)器進行脈沖整形，得到標準的方

14、波信號，然后將信號輸入輪輻計數(shù)器中。</p><p>　　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CD40106中進行整形得到規(guī)則的信號。</p><p><b>　　電路圖如下：</b></p><p>　　2．光控電路及脈沖整形芯片</p><p>　　1）光電耦合器的結(jié)構(gòu)

15、如下：</p><p><b>　　紅外傳感器</b></p><p>　　2）CD40106芯片資料</p><p>　　CD40106引腳圖</p><p>　　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<

16、;/p><p>　　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開、關。上升電壓(V T+)和下降電壓(V T-)之差定義為滯后電壓。</p><p><b>　?。ㄈ┹嗇椨嫈?shù)電路</b></p><p>　　1．此部分設計要求：當電路接收到方波信號后開始計數(shù)，

17、當計數(shù)達到車輪走過0.1公里所需的輪輻數(shù)時，此計數(shù)電路進位輸出一并自動清零，開始進入下一個計數(shù)周期。最初設定車輪（風扇代替）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，由此確定此計數(shù)器應為3820進制</p><p>　　根據(jù)所給元件，可以用2片CD4518組成3820進制計數(shù)器， </p><p>　　2．輪輻計數(shù)器電路芯片簡介：</p><p

18、><b>　　CD4518引腳圖</b></p><p><b>　　引腳功能： </b></p><p><b>　　真值表功能：</b></p><p>　　CD4518的控制功能</p><p>　　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

19、CP輸入，</p><p>　　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</p><p>　　端為低電平（0），同時復位端Cr也保持低電平（0），只有滿足了這些條件</p><p>　　時，電路才會處于計數(shù)狀態(tài)，否則沒辦法工作。</p><p>　　（四）0.1公里計數(shù)電路</p><p>

20、;　　此部分設計要求：通過輪幅計數(shù)器的進位輸出，每0.1公里輸出一高電平，此計數(shù)電路記錄一次，要求可記錄0.1公里到99.9公里，所以此計數(shù)電路需要一個1000進制的計數(shù)器。</p><p>　　所給元器件中CD4553能夠?qū)崿F(xiàn)3位十進制輸出，但只有1個輸出端，要完成3位輸出，采用掃描輸出方式，通過它的選通脈沖信號，依次控制3位十進制的輸出，從而實現(xiàn)掃描顯示方式。</p><p><

21、b>　　芯片資料：</b></p><p>　　CD4553是3位十進制計數(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，通過它的選通脈沖信號，依次控制3位十進制的輸出，從而實現(xiàn)掃描顯示方式。</p><p><b>　　引腳功能：</b></p><p>　　CLOCK：計數(shù)脈沖輸入端，下調(diào)沿有效。 　　CIA、

22、CIB：內(nèi)部振蕩器的外界電容端子。 　　MR：計數(shù)器清零（只清計數(shù)器部分），高電平有效。 　　LE：鎖定允許。當該端為低電平時，3組計數(shù)器的內(nèi)容分別進入3組鎖存器，當該端為高電平時，鎖存器鎖定，計數(shù)器的值不能進入?！?　　DIS：該端接地時，計數(shù)脈沖才能進行計數(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

23、鎖存器的BCD碼。 　　CD4553內(nèi)部雖然有3組BCD碼計數(shù)器（計數(shù)最大值為999），但BCD的輸出端卻只有一組Q0～Q3通過內(nèi)部的多路轉(zhuǎn)換開關能分時輸出個、十、百位的BCD碼，相應地，也輸出3位位選通信號。例如：當Q0～Q3輸出個位的BCD碼時，DS1端輸出低電平；當Q0～Q3輸出十位的BCD碼時，DS2端輸出低電平；當Q0～Q3輸出百位的BCD碼時，DS3端輸出低電平時，周而復始、循環(huán)不止。</p><p&g

24、t;<b>　　真值表： </b></p><p>　　圖1  CD4553引腳圖</p><p><b>　　電路介紹：</b></p><p>　　CD4553能夠?qū)崿F(xiàn)1000進制計數(shù)，只需正常輸入輸出即可。CD4553的輸入就是輪幅計數(shù)電路的進位輸出，由于CD4553由下降沿控制計數(shù)，因此其時鐘輸入應將輪輻

25、計數(shù)電路的進位輸出經(jīng)過非門充當。此部分電路的輸出直接連接下一步的譯碼驅(qū)動。由于CD4553同時控制下部分數(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)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。</p><p>　　(五)譯碼驅(qū)動電路及數(shù)碼管顯示電路</p><p

26、>　　此部分設計要求：0.1公里計數(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。</p><p>　　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。</p><p><b>　　芯片介紹： </b></p><p><b>　　管腳圖</b></p><p>

27、;<b>　　電路介紹：</b></p><p>　　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，所以要在數(shù)碼管與芯片連接時加入限流電阻，阻值約為1K歐。CD4553的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)點控制端與DS2經(jīng)非門相連，以控制其點亮。</p><p><

28、b>　?。┩暾娐穲D</b></p><p><b>　　三、實驗過程</b></p><p>　?。ㄒ唬嶒炚w方案初始電路圖(仿真)</p><p>　?。ǘ┹嗇椨嫈?shù)電路的接線</p><p>　　通過對輪輻計數(shù)器的設定，使其達到3820進制時，通過門電路產(chǎn)生一個脈沖來驅(qū)動下一部分的里程計數(shù)器

29、。</p><p>　　脈沖信號進行整形后，產(chǎn)生規(guī)則的方波脈沖信號，將此信號接入到輪輻計數(shù)器（由三片74LS161芯片組成），輪輻計數(shù)器計到3820進制之后，再由三個74LS芯片系列的門電路對之后的0.1公里計數(shù)器（即芯片CD4553）產(chǎn)生脈沖。</p><p>　　知道車輪的輻條數(shù)n=9,半徑D=7.5 cm。</p><p>　　則:車輪周長C=πD=3.141

30、6×7.5 cm≈0.25562m</p><p>　　設輪輻計數(shù)器為N進制。那么：C/n×N=100m</p><p>　　解之，得： N=3820</p><p>　　所以，脈沖計數(shù)器為3820進制</p><p>　　這部分電路要用到的器件為CD4518、74LS21、74LS00。</p><

31、p>　　我們采用兩片雙十進制的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，可實現(xiàn)二/十進制互換，其功能管腳為1～7和9～15。該計數(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）。</p><p>　　從其真值表得知，CD4518由兩個時鐘輸入端：enable和clock ,當時鐘上升沿觸發(fā)，則脈

32、沖從CP(clock)端輸入，此時EN端接高電平。當時鐘的下降沿觸發(fā)，則脈沖從EN端輸入，此時CP端接低電平。此外，CD4518清零端為高電平有效，所以在不清零時，應接低電平。這樣接線之后，CD4518就可以實現(xiàn)計數(shù)功能。</p><p>　　如圖所示，將CD4518轉(zhuǎn)變成四位十進制計數(shù)器。從下圖可看出，第一片計數(shù)器用的是時鐘上升沿觸發(fā)，從CP端輸入脈沖。由于CD4518沒有進位端，所以利用EN端，利用第四位輸出

33、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計數(shù)是十進制的，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，得以實現(xiàn)進位功能。</p><p>　　此外，將計算好的3820按個，十，百，千的順序分別從四個十進制計數(shù)器中連出，通過74LS21與門聯(lián)在一起，再將74LS21的輸出反饋給兩片CD4518的四個十進制計數(shù)器的清零端，從而實現(xiàn)計完3820個脈沖CD4518就重新計數(shù)。

34、因為CD4553時低電平觸發(fā)的，所以應另外將輸出信號轉(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。這樣就實現(xiàn)了非的運算。再通過與非門74LS00將結(jié)果輸送給CD4553。</p><p>　?。ㄈ?.1公里計數(shù)電路的接線</p><p><b>　　1．仿真電路圖：</b></p><p&

35、gt;　?。ㄋ模┳g碼驅(qū)動電路及數(shù)碼管顯示電路的插線</p><p><b>　　1．仿真電路圖</b></p><p><b>　　四、實驗調(diào)試</b></p><p>　?。ㄒ唬┯嫈?shù)電路的調(diào)試</p><p>　　將該部分電路接線完成后，先進行3820進制的調(diào)試。將輸出端接示波器，風扇每轉(zhuǎn)過382

36、0圈示波器上將顯示一高電平。通過觀察，該部分電路能夠正常實現(xiàn)計數(shù)功能，原設計方案可行。</p><p>　?。ǘ?.1公里計數(shù)電路及驅(qū)動電路與數(shù)碼管的調(diào)試</p><p>　　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開關管使數(shù)碼管亮度適中。</p><p><b>　?。ㄈ┌l(fā)

37、揮部分</b></p><p><b>　　清零功能：</b></p><p>　　在本實驗電路中我們還設計了清零的功能，當我們需要重新計算里程是，可以通過此開關來進行清零。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，所以用一個開關就能夠?qū)崿F(xiàn)清零的作用。所以用一個開關就可以控制給CD4518的7，14管腳以及

38、CD4553的13管腳高電平或低電平來實現(xiàn)清零的目的。當用戶想重新計里程時只要將開關先接通高電平再接回低電平，就沒有問題了。</p><p><b>　　（三）調(diào)試中的問題</b></p><p>　　剛開始第一次連完電進行調(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。以后在進行電子設計

39、時，應在事前將電路規(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)濟損失。</p><p><b>　　五、心得體會</b></p><p>　　本次實驗是以數(shù)字電子技術理論為基礎，需要學生獨立完成的課題設計，中途涉及到的電路設計方案、芯片的選擇、EDA仿真、實際插線、試驗調(diào)試、撰寫總結(jié)報告等環(huán)節(jié)都要通過個人的資料查詢、知識積累

40、來完成，根本上曾強了個人的知識掌握以及實踐動手能力。以前做電子實驗都是依照老師給好的電路圖，然后進行仿真或者焊接。而這次完全是自己和同伴設計。起初我覺得很不習慣，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。漸漸的我學會了自己解決問題，擺脫了對于老師的依賴性。我想，只有學會了自己解決問題，學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驗設計，了解了CD40106施密特觸發(fā)器芯片的具體用法，通過實

41、踐經(jīng)驗驗證了施密特觸發(fā)器的脈沖整形功能，加深了對施密特觸發(fā)器的認識。在遇到兩種技術器（CD4518和161）都可以進行使用時，自己通過芯片的數(shù)據(jù)手冊，對芯片進行分析，最終使用最優(yōu)芯片。</p><p>　　插線是此次課設的又一難點所在，不但需要有一個整體的全局觀，更重要的是要有足夠的耐心。在插線過程中不但鍛煉了我們的整體協(xié)調(diào)能力同時鍛煉了我們的動手能力。經(jīng)過此次實驗，我們對數(shù)電知識有了更為深刻的體會，終于懂得了如

42、何將這些學過的東西運用到實際中去。并且我們通過實際的結(jié)果體會到了很多名詞的實際意義，這與單單從書本上讀來的感覺是完全不一樣的，很多以前很難記住的東西，在經(jīng)過這次試驗后都深刻且牢固的記住了。</p><p>　　通過這次的課程設計，我們得到了一個很大的收獲，就是團隊的協(xié)作能力，如何在一個團隊中將每個人的力量都發(fā)揮出來，這是很重要的。因為這次我們是兩個人一個小組，如何協(xié)調(diào)，如何在做課設的過程中使兩個人能夠很好的配合，

43、也是非常重要的。我們在插板時就是兩個人進行了很好的分工，一個人準備線，一個人進行插板，這樣就能保證能夠快速的進行了。整個課設的過程中，我們都配合得非常地默契，相信這次經(jīng)歷會給我們以后的學習和生活帶來很大的幫助，非常感謝我的搭檔姚鵬同學，正是我們的配合保證了課設的成功。</p><p>　　整個實驗中我也意識到了做學問的嚴謹，學會了面對困難的態(tài)度，發(fā)現(xiàn)了自己對知識掌握的局限性，鍛煉了個人對自己電子設計的能力，同時通

44、過實驗的計數(shù)模塊，也對以前學的數(shù)字電路有了一定的鞏固。再有一點，那就是要學會多思考，不論做什么事情都要學會思考，不要遇到問題就想著別人或問老師，首先應該是自己進行分析。這樣，不但可以提高學習的興趣，同時還能夠提高對知識的掌握，學會了獨立思考問題的能力，在以后的學習的過程中都會對我們有很大的幫助。</p><p>　　六．實驗未解決的問題</p><p>　　在這次實驗中基本將發(fā)揮部分都完善

45、出來了。但是在節(jié)電功能上，考慮到現(xiàn)有芯片，沒能設計出來。相信在以后的學習中，會利用學習的知識將這個問題解決。</p><p><b>　　七．附錄</b></p><p><b>　　本次實驗的資料來源</b></p><p>　　百度文庫40106芯片數(shù)據(jù)手冊PDF</p><p>　　百度文庫C