自行车里程表_数电实验
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数字类:自行车里程表
一、课程设计要求
(一)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。
(二)参考设计方案
1、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。
2、框图:
(三)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围选择(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。
(四)发挥部分
从使用角度考虑,尝试加上你认为可以完善、改进的功能(如节电功能、显示清零等)。
(五)参考元件
CD40106;CD4518(或CD4017,74LS161等);74LS21,74LS08,CD4011(或74LS00);CD4553,CD4543;共阴(共阳)数码管;NPN(PNP)开关管;红外光电传感器等;电阻,电容若干
二、设计方案及仿真
(一)实验初步设计
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。
在我们的实验中按照车轮的辐条数n=28,半径D=49cm计算。
车轮周长C=πD=3.1415926×49cm=1.539m
设轮辐计数器为N进制,有C/n×N=100m
解得: N=910
可得脉冲计数器为910进制,即每当传感器感应到910根辐条时系统应记0.1公里,计数器自动清零,周而复始从而达到计数的目的,CD4518一片里面有两个计数电路,共需三个计数电路即两片CD4518。
(二)红外光电传感器及脉冲整形电路
1.设计要求:当轮辐扫过红外传感器后,接收到的脉冲信号通过施密特触发器进行整形,得到标准的方波信号,再输入到轮辐计数器中。
2. 实现:输入脉冲由红外传感器提供,通过光偶的传递将信号输入到
CD40106中进行整形得到规则的方波信号。
上图为红外光电传感器的输出脉冲
下图为经过施密特触发器整形过后的规则方波信号
3.芯片资料及部分电路
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I
C /I
D
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 1
4 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。
图为红外光电传感器及脉冲整形电路仿真电路
(三)轮辐计数电路
1.此部分设计要求:当电路接收到方波信号后开始计数,当计数达到车轮走过0.1公里所需的轮辐数时,计数电路进位输出一并自动清零,开始进入下一个计数周期。由前面的计算我们知道要用两片CD4518实现910进制。 2.轮辐计数器电路芯片简介:
CD4518引脚图 引脚功能:
真值表功能:
引脚 符号 功能
1 9 CLOCK 时钟输入端 7 15 RESET 消除端
2 10 ENABLE 计数允许控制
端 3 4 5 6 Q1A-Q4A 计数输出端 11 12 13 14
Q1B-Q4B 计数输出端
8 VSS 地 16
VDD
电源正
CLOCK ENABLE RESET ACTION
上升沿 1 0 加计数
0 下降沿0 加计数
下降沿X 0 不变
X 上升沿0 不变
上升沿0 0 不变
1 下降沿0 不变
X X 1 Q0~Q4=0
根据CD4518的芯片资料,我们将两片CD4518级连,即将前级最高位输出端接到下一级的EN端,再将计数至910时输出为高电平的各位经过与门作进位输出,并将其输入CD4518的各个清零端以实现循环计数。
进位输出经过非门后作为下一部分计数电路的时钟输入。
轮辐计数部分仿真图
(四)0.1公里计数电路
1. 设计要求:轮辐计数电路每0.1公里输出一个脉冲,同时此计数电路记
录一次,可记录从00.0-99.9公里,故此计数电路为1000进制。作为三位十进制计数器的CD4553可以实现,但只有1个输出端,要完成3位输出,采用扫描输出方式,通过选通脉冲信号(DS1,DS2,DS3),依次控制3位十进制的输出,从而实现扫描显示方式。