自行車里程表實驗報告.doc

精品文檔課設報告封面示例 北京工業(yè)大學課程設計報告（數電課設題目） 自行車里程表 （模電課設題目） 班 級： 130242 學 號： 13024209 姓 名： 蘇荻 喬湘云 組 號： 9 2015 年 5 月1 設計題目 自行車里程表2 設計技術指標及設計要求 1.設計任務設計、制作一個根據車輪周長、輻條數等參數來記錄行駛里程的簡易里程表。要求具有可調整的手段，以適應不同車型。 2.設計要求1、顯示數字為3位，精度為0.1公里，即（00.099.9公里）。2、數碼管要有小數點，即個位與十位間的小數點要亮起來。3、要標明你所設計的條件（輪周長、輻條數等），給出根據條件不同進行調整的方法。4、結構簡單、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選擇（實驗室沒有的需自行解決）6、要制作一個模擬的（或真實的）測試模型，以便進行實際的測試。盡量做到結構合理、可靠，結構設計要作為考核的重要部分。3 設計框架（注：設計方框圖） 4 設計方案的選擇及比較（注：設計的實驗條件，總體設計思路，各方案比較）由題可知，該實驗主要分為4個部分：紅外傳感器及脈沖整形電路、輪輻計數電路、0.1公里計數電路、數碼管顯示電路（包括譯碼驅動）。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，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器中,后經過輪輻計數器與0.1公里計數器完成計數，再由數碼顯示管顯示里程。根據提供的參考元件，初步確定了以下方案：以CD40106為脈沖整形，若干CD4518作為輪輻計數器，CD4553為三位十進制計數器作為0.1公里計數電路，即從00.0計到99.9，CD4543作為7段共陰數碼管驅動芯片，LG5631AH作為共陰數碼顯示管顯示里程。 根據車輪半徑以及車輪轉動一周紅外傳感器感應到的輻條數，可以計算出每走0.1公里要有多少根輻條通過傳感器，從而確定進制及所需CD4518數量。利用風扇模擬車輪進行如下計算：周長0.078 ，1000.245計算得出：408共有9片扇葉。所以需要計數3673次（約為3600次）。首先使用紅外光電傳感器對轉動的車輪輻條進行測量，產生基本技術脈沖。若以0.1公里作為里程表的計數單位，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。若將此計數值轉化為里程表的一個計數脈沖，提供給一個多位十進制里程計數器，則記錄分辨率就為0.1公里，最后由多位數碼管顯示出來。5 系統(tǒng)選用的元器件（注：元器件清單，關鍵器件的選取及說明） 1. 實驗用到的部分元件：CD40106 174LS21 174LS161 374LS00 1 CD4553 1CD4543 1紅外傳感器 1CPU風扇 11000pF電容 1三位共陰數碼管LG5631AH 1 6 系統(tǒng)各部分電路說明（注：包括各單元的工作原理及工作過程,公式推導, 參數計算） 我們選擇利用波形發(fā)生器進行車輪輻條擋住紅外傳感器的脈沖模擬，然后通過施密特觸發(fā)器對紅外傳感器產生的脈沖整形。利用風扇模擬車輪進行如下計算：周長0.078 ，1000.245計算得出：408共有9片扇葉。所以需要計數3673次（約為3600次）。 利用兩片CD4518計時，每計數3600次后通過門電路傳送至CD4553，通過74LS00一個與非門高電平一個低電平CD4518的置數清零端。再通過一個反向器到CD4553計數一次（CIK端）。CD4553為一個三位十進制計數器，但只有一個輸出端，要完成三位輸出需采用掃描輸出的方式。通過三個三極管（NPN型）作為三個電路開關，DS0-DS2（低電平有效）分別與三個三極管相連，因為我們使用共陽極數碼管，所以需要三個反向器連到三極管的基極，使三極管從電源到數碼管導通，但是每次掃描只有一位是電路連通狀態(tài)。因為人眼有視覺暫留，所以就相當于看到共陽極三極管三位數同時出現并計公里數，4553的直接連入CD4543的中，CD4543為七段譯碼器，把輸入的BCD碼轉換為七段的輸出。 CD4553中的DS0，DS1，DS2,是位選通掃描信號的輸出，這三端能循環(huán)輸出低電平，所以我們需要三個開關電路作為選通三位數碼管中的一位的判斷，通過查閱資料，這三個開關用三極管的導通、截止特殊性來控制電路，只要DS0DS2中有一個為低電平，一個三極管便導通，通過VCC到K的電路到三級管再到數碼管，則這個數碼管閃亮。 CD4553的MR和OVF相連，因為MR是清零端，低有效，OVF每計1000次，輸出一個低電平，使MR清零。每計1000次清零，LE端低電平時，三組計數器內容分別進入DS0DS2中，當該端為高電平時，鎖存器鎖定，所以我們需要LE在CLK輸入數據后，由一個低變?yōu)橐粋€高，數據鎖存起來。我們所用的數碼管為共陽極數碼管，所有陽極連在一起通過三極管（開關電路）上接VCC下到到數碼管，a-g7端顯示，小數點把中間那位的點亮是通過把小數點這位通過反向器到低電平接到中間三極管的集電極使之長亮。七系統(tǒng)的調試1、調試順序說明 由于Multisim中沒有CD4553這個元件，我們用Proteus進行模擬。這是我模擬的電路。然后我們用實驗室的元件在面包板上連接電路。最后出來數據。 2、調試步驟的具體說明. 在CD4553與4數碼管的連接中，在選取三極管的類型進行了仔細的研究，由于我們用的是共陽極三極管，網上并沒有相關的模擬圖連接和元件的介紹，而且仿真上面沒有CD5631BH，我們就直接用三片分開的數碼管分別接電源，分別連線，因為DS0DS2輸出的是低電平，所以要先拿反向器變成高電平，然后通過三極管的基極，集電極接電源，發(fā)射極接數碼管，當DS0DS2出現一個低電平，三極管導通，電流從Vcc出來進入一個數碼管使它亮，然后4553一個一個的掃描，數碼管一個一個的顯示，由于人的視覺暫停，看到的是三個管子同時亮。最后調試成功。在連接實物電路時我們連接電路上電后發(fā)現三個管子都亮了但是亮的不太對，出現了似9似6的顯示，在這之前，我們查閱不到關于CD5631BH共陽極數碼管的管腳圖，但是共陰和共陽數碼管卻有著大多數的相似之處，我們用4接干電池作為Vcc專門對共陽極數碼管做了每一位的測試，發(fā)現ag的連接和共陰極是一樣的，3端是小數點的輸出，共陽極數碼管的特點是每個管子通過開光三極管接電源，我們需要連接的部分都是低電平有效的，一開始小數點的直接與中間位置三極管的輸出（發(fā)射極）相連是沒有輸出的，但是最后發(fā)現通過一個反向器再接回三極管的輸出就可以很好的顯示中間那位的小數點了。然后是對每一段的調試，我們發(fā)現在4553控制數碼管的3個端中，第二個和第三個是和說明書相反的，要飯過來接數碼管才可以很好的顯示00.0，這點是與共陰極不同的地方。最后就是不能很好的清零的問題了，一開始我們把4553的14管腳和15管腳直接連接，發(fā)現99.9不能到00.0,總是到10.0或者11.1這樣的數，我們查閱資料發(fā)現，這兩個端并不能直接的相連，當OVF到高電平時MR清零，這從理論上講是沒有問題的，但是在電路中，MR輸出的高電平的信號強度并不被VOF很好的采集，導致無法正常清零，所以我們用專門的芯片加以供電，我們用兩個與非門把它反了兩次接回來，發(fā)現可以很好的清零，因為通過反向器，把這個高電平整形，讓MR承認這是高電平。最后成功做出來了。八附錄1 系統(tǒng)的實際連線圖 （注：要求標出電路中元器件的具體參數值） 2 元器件識別方法和檢測方法；芯片管腳圖及功能表 1）紅外光電傳感器由光耦合器發(fā)光二極管和光敏晶體管組成，其輸出特性與晶體管相似，但其電流傳輸比IC/ID比晶體管的電流放大倍數小得多，一般只有0.10.3，響應時間一般約為10s。 2）CD40106芯片資料 CD40106引腳圖引腳功能：2 4 6 8 10 12 數據輸出端1 3 5 9 11 13 數據輸入端14 電源正7 接地CD40106由六個施密特觸發(fā)器電路組成。每個電路均為在兩輸入端具有施密特觸發(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(VT+)和下降電壓(VT-)之差定義為滯后電壓。3）CD4553芯片 CD4553組成方框圖 CD4533管腳部分引腳功能：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內部雖然有3組BCD碼計數器（計數最大值為999），但BCD的輸出端卻只有一組Q0Q3通過內部的多路轉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。真值表：輸入輸出RCLINHLE0 00不變000計數01不變010計數010不變00不變0鎖存01鎖存10Q1=Q2=Q3=Q4=0 4）CD4543管腳圖 真值表:5）發(fā)光二極管（LG5631AH）： 6）4位二進制同步計數器74LS161引腳圖及功能表1 異步清零 2 CP 脈沖 上升沿觸發(fā)3 4 5 6 置數端 7 10 計數接高電源（高電平）8 接地 9 同步置數端11 12 13 14 輸出端 15 進位輸出 從74LS161功能表功能表中可以知道，當清零端CR=“0”，計數器輸出Q3、Q2、Q1、Q0立即為全“0”，這個時候為異步復位功能。當CR=“1”且LD=“0”時，在CP信號上升沿作用后，74LS161輸出端Q3、Q2、Q1、Q0的狀態(tài)分別與并行數據輸入端D3，D2，D1，D0的狀態(tài)一樣，為同步置數功能。而只有當CR=LD=EP=ET=“1”、CP脈沖上升沿作用后，計數器加1。74LS161還有一個進位輸出端CO，其邏輯關系是CO= Q0Q1Q2Q3CET。合理應用計數器的清零功能和置數功能，一片74LS161可以組成16進制以下的任意進制分頻器。 7）74LS21 引腳圖 及功能表 1A-1D 輸入 2A-2D 輸入7 接地 14 電源 8）74LS001 2 輸入 3 輸出14 電源 7 接地4個與非門9 收獲和體會首先，通過這次實驗讓我接觸到了很多陌生的芯片，CD4553,CD4543紅外光電感應器等等。我們進行multisim仿真，可是軟件里沒有CD4553,CD4543以及LG5631AH。于是我們又