自行车里程表实验报告.doc

课设报告封面示例
北京工业大学课程设计报告
(数电课设题目） 自行车里程表
（模电课设题目)
班 级： 130242
学 号： 13024209
姓 名： 苏荻 乔湘云
组 号： 9
2015 年 5 月
一． 设计题目
自行车里程表
二． 设计技术指标及设计要求
1。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。
2。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),给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）
6、要制作一个模拟的（或真实的）测试模型，以便进行实际的测试。尽量做到结构合理、可靠，结构设计要作为考核的重要部分.
三． 设计框架(注：设计方框图）
四． 设计方案的选择及比较（注：设计的实验条件,总体设计思路，各方案比较）
由题可知，该实验主要分为4个部分：红外传感器及脉冲整形电路、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，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，后经过轮辐计数器与0.1公里计数器完成计数，再由数码显示管显示里程。
根据提供的参考元件，初步确定了以下方案：
以CD40106为脉冲整形，若干CD4518作为轮辐计数器，CD4553为三位十进制计数器作为0.1公里计数电路，即从00。0计到99.9,CD4543作为7段共阴数码管驱动芯片，LG5631AH作为共阴数码显示管显示里程。
根据车轮半径以及车轮转动一周红外传感器感应到的辐条数，可以计算出每走0.1公里要有多少根辐条通过传感器,从而确定进制及所需CD4518数量。
利用ＣＰＵ风扇模拟车轮进行如下计算:
Ｃ周长＝0。078×πｍ ，100ｍ＝ｎ×0。245
计算得出:ｎ＝408
共有9片扇叶.所以需要计数3673次(约为3600次)。
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0.1公里，最后由多位数码管显示出来。
五． 系统选用的元器件(注：元器件清单,关键器件的选取及说明)
1. 实验用到的部分元件：
CD40106 × 1
74LS21 × 1
74LS161 × 3
74LS00 × 1
CD4553 × 1
CD4543 × 1
红外传感器 ×1
CPU风扇 × 1
1000pF电容 × 1
三位共阴数码管LG5631AH × 1
六． 系统各部分电路说明（注：包括各单元的工作原理及工作过程,公式推导， 参数计算)
我们选择利用波形发生器进行车轮辐条挡住红外传感器的脉冲模拟，然后通过施密特触发器对红外传感器产生的脉冲整形。
利用ＣＰＵ风扇模拟车轮进行如下计算:
Ｃ周长＝0.078×πｍ ，100ｍ＝ｎ×0.245
计算得出：ｎ＝408
共有9片扇叶。所以需要计数3673次（约为3600次）。
利用两片CD4518计时,每计数3600次后通过门电路传送至CD4553，通过74LS00一个与非门高电平－＞一个低电平－＞CD4518的置数清零端。再通过一个反向器到CD4553计数一次（CIK端）。CD4553为一个三位十进制计数器，但只有一个输出端，要完成三位输出需采用扫描输出的方式。通过三个三极管(NPN型）作为三个电路开关，DS0—DS2(低电平有效)分别与三个三极管相连，因为我们使用共阳极数码管,所以需要三个反向器连到三极管的基极,使三极管从电源到数码管导通,但是每次扫描只有一位是电路连通状态。因为人眼有视觉暂留,所以就相当于看到共阳极三极管三位数同时出现并计公里数，4553的Ｑ０～Ｑ３直接连入CD4543的ＤＡ～ＤＤ中，CD4543为七段译码器，把输入的BCD码转换为七段的输出。
CD4553中的DS0，DS1，DS2，是位选通扫描信号的输出,这三端能循环输出低电平，所以我们需要三个开关电路作为选通三位数码管中的一位的判断，通过查阅资料，这三个开关用三极管的导通、截止特殊性来控制电路，只要DS0～DS2中有一个为低电平，一个三极管便导通，通过VCC到K的电路到三级管再到数码管，则这个数码管闪亮。
CD4553的MR和OVF相连，因为MR是清零端，低有效,OVF每计1000次，输出一个低电平，使MR清零。每计1000次清零,LE端低电平时,三组计数器内容分别进入DS0～DS2中，当该端为高电平时，锁存器锁定，所以我们需要LE在CLK输入数据后，由一个低变为一个高，数据锁存起来。
我们所用的数码管为共阳极数码管，所有阳极连在一起通过三极管(开关电路）上接VCC下到到数码管，a—g7端显示，小数点把中间那位的点亮是通过把小数点这位通过反向器到低电平接到中间三极管的集电极使之长亮。
七．系统的调试
1、调试顺序说明
由于Multisim中没有CD4553这个元件，我们用Proteus进行模拟.这是我模拟的电路。
然后我们用实验室的元件在面包板上连接电路.最后出来数据。
2、调试步骤的具体说明.
在CD4553与4数码管的连接中,在选取三极管的类型进行了仔细的研究，由于我们用的是共阳极三极管，网上并没有相关的模拟图连接和元件的介绍，而且仿真上面没有CD5631BH,我们就直接用三片分开的数码管分别接电源，分别连线，因为DS0~DS2输出的是低电平，所以要先拿反向器变成高电平，然后通过三极管的基极，集电极接电源，发射极接数码管，当DS0～DS2出现一个低电平，三极管导通,电流从Vcc出来进入一个数码管使它亮，然后4553一个一个的扫描，数码管一个一个的显示，由于人的视觉暂停，看到的是三个管子同时亮。最后调试成功。
在连接实物电路时我们连接电路上电后发现三个管子都亮了但是亮的不太对，出现了似9似6的显示，在这之前，我们查阅不到关于CD5631BH共阳极数码管的管脚图，但是共阴和共阳数码管却有着大多数的相似之处，我们用4接干电池作为Vcc专门对共阳极数码管做了每一位的测试，发现a～g的连接和共阴极是一样的,3端是小数点的输出，共阳极数码管的特点是每个管子通过开光三极管接电源，我们需要连接的部分都是低电平有效的，一开始小数点的直接与中间位置三极管的输出（发射极）相连是没有输出的，但是最后发现通过一个反向器再接回三极管的输出就可以很好的显示中间那位的小数点了。然后是对每一段的调试，我们发现在4553控制数码管的3个端中，第二个和第三个是和说明书相反的，要饭过来接数码管才可以很好的显示00。0，这点是与共阴极不同的地方。最后就是不能很好的清零的问题了，一开始我们把4553的14管脚和15管脚直接连接，发现99。9不能到00.0，总是到10。0或者11.1这样的数,我们查阅资料发现,这两个端并不能直接的相连，当OVF到高电平时MR清零，这从理论上讲是没有问题的，但是在电路中，MR输出的高电平的信号强度并不被VOF很好的采集，导致无法正常清零,所以我们用专门的芯片加以供电，我们用两个与非门把它反了两次接回来，发现可以很好的清零，因为通过反向器，把这个高电平整形，让MR承认这是高电平。最后成功做出来了.
八．附录
1． 系统的实际连线图 (注：要求标出电路中元器件的具体参数值）
2． 元器件识别方法和检测方法;芯片管脚图及功能表
1）红外光电传感器由光耦合器发光二极管和光敏晶体管组成，其输出特性与晶体管相似,但其电流传输比IC/ID比晶体管的电流放大倍数β小得多,一般只有0。1~0.3，响应时间一般约为10μs。
2)CD40106芯片资料
CD40106引脚图
引脚功能：
2 4 6 8 10 12  数据输出端
1 3 5 9 11 13   数据输入端
14 电源正
7 接地
CD40106由六个施密特触发器电路组成。每个电路均为在两输入端具有施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(VT+）和下降电压(VT-)之差定义为滞后电压。
3）CD4553芯片
CD4553组成方框图 CD4533管脚
部分引脚功能：
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。 　　
Q0、Q1、Q2、Q3:BCD码输出端,它能分时轮流输出3组锁存器的BCD码。 　　
CD4553内部虽然有3组BCD码计数器（计数最大值为999）,但BCD的输出端却只有一组Q0～Q3通过内部的多路转换开关能分时输出个、十、百位的BCD码，相应地,也输出3位位选通信号。
真值表：
输　　　　入
输　　　　出
R
CL
INH
LE

0

0
0
不变
0

0
0
计数
0
×
1
×
不变
0
1

0
计数
0
1

0
不变
0
0
×
×
不变
0
×
×

锁存
0
×
×
1
锁存
1
×
×
0
Q1=Q2=Q3=Q4=0
4）CD4543管脚图
真值表：
5）发光二极管(LG5631AH）：
6）4位二进制同步计数器74LS161引脚图及功能表
1 异步清零 2 CP 脉冲 上升沿触发
3 4 5 6 置数端 7 10 计数接高电源(高电平）
8 接地 9 同步置数端
11 12 13 14 输出端 15 进位输出
从74LS161功能表功能表中可以知道，当清零端CR=“0”,计数器输出Q3、Q2、Q1、Q0立即为全“0”，这个时候为异步复位功能。当CR=“1”且LD=“0”时,在CP信号上升沿作用后，74LS161输出端Q3、Q2、Q1、Q0的状态分别与并行数据输入端D3，D2，D1，D0的状态一样，为同步置数功能.而只有当CR=LD=EP=ET=“1"、CP脉冲上升沿作用后，计数器加1。74LS161还有一个进位输出端CO，其逻辑关系是CO= Q0•Q1•Q2•Q3•CET.合理应用计数器的清零功能和置数功能,一片74LS161可以组成16进制以下的任意进制分频器.
7）74LS21 引脚图 及功能表
1A-1D 输入 2A-2D 输入
7 接地 14 电源
8)74LS00
1 2 输入 3 输出
14 电源 7 接地
4个与非门
九． 收获和体会
首先，通过这次实验让我接触到了很多陌生的芯片，CD4553，CD4543红外光电感应器等等。我们进行multisim仿真，可是软件里没有CD4553，CD4543以及LG5631AH。于是我们又用熟悉的芯片代替了这部分电路，仿真结果还是很成功的。后来换了一个软件，找到了CD4553和CD4543的芯片，重新仿真，还是比较成功的。
在实际电路中，也遇到了各种各样的问题，比如CD4543的芯片供电不足的问题,显示数码管不清晰的问题,在电路中加入一个反向器并通过反向器的供电来解决了这些问题，经过几次试验后，电路还是比较圆满的完成了。