出租车里程表及数字传输系统的仿真设计

一、实验目的

（1）学习设计简单电子系统基本方法和步骤

（2）掌握使用multisim 软件进行电子系统的设计仿真

（3）了解霍尔元件的工作原理以及使用方法。

（4）掌握数据传输系统的原理以及串并转换的实现方法。

二、实验内容和原理

设计一个出租车里程表及数字传输系统，并在Multisim 中选用数字器件实现该数字系统。霍尔元件安装在车轮上，轮子每转一圈产生一个脉冲，通过此脉冲来作为车辆行驶的信号。假设车轮周长为2米，则车辆行驶的里程数为脉冲数的两倍，将里程数通过数码管显示。然后将里程数的末两位数码管的值通过下述数字传输系统传送到接收端去并显示：在该数字传输系统中，其发送方的8位二进制数要通过一根1位数据线，传输到其接收方；要求在接收方也用两个数码管对比显示这些8位二进制数（考虑到传输路径上的延迟，接收方的显示可能略为滞后于发送方的显示）。

2.1霍尔元件

2.1.1霍尔开关电路又称霍尔数字电路，由稳压器、霍尔片、差分放大器、施密特触发器和输出级组成。 在外磁场的作用下，当磁感应强度B 逐渐增加，超过导通阈值BOP 时，霍尔电路输出管导通，输出低电平。之后，B 再增加，仍保持导通态。而当外加磁场的B 值逐渐降低，低于截止阈值BRP 时，输出管截止，输出高电平。之后，B 再降低，仍保持截止态。我们称BOP 为工作点，BRP 为释放点，BH=BOP-BRP 称为回差。回差的存在使霍尔开关电路的抗干扰能力增强（B 的微小扰动不至于使输出来回剧变，相对稳定）。

2.1.2霍尔元件（Hall Effect Sensor ）位于Misc 元件库→TRANSDUCERS →从OHN3019U 到OHS3175U 均是，可选定元件后按F1键或元件属性对话框中的Info 按钮查看其简要说明，具体元件型号的Bop （Magnetic Operation Point ）和Brp （Magnetic Release Point ）参数（意指磁通量引起电压变化的临界值）。 磁场源元件位于Sources 元件库→SIGNAL_CURRENT_SOURCES →MAGNETIC_FLUX （固定磁通量磁铁）或MAGNETIC_FLUX_GENERATOR （正弦变化磁通量磁铁），可选定元件后按F1键或元件属性对话框中的Info 按钮查看其简要说明

2.1.3霍尔元件电路的接法及其将磁场变化转换为电压变化的效果。可参考《电子系统设计》教材。

注意2脚接地，1脚接电源，3脚输出，上拉电阻接在1和3脚之间。

2.2出租车计价器的里程

只需对轮脉冲进行计数，再相应得到里程数，以米为单位，里程数可用十六进制计数及显示。用同步十进制计数器74ls160串联来实现百进制的计数功能，来记录轮脉冲信号。再将轮脉冲的输出信号作为四位加法器74283的输入信号，通过加法运算来实现里程的计数，注意信号的高低位在输入输出端口和数码

装 订 线

管的高低位的对应。

2.3数字传输系统

数字传输系统的并串、串并转换可使用移位寄存器74LS165来实现并串变换，用74LS164来实现串并变换，再将数据输入到74LS273八D触发器实现对数据的存储，然后在第八个周期读出数据，在数码管上显示，从而实现通过一根1位数据线来传输数据的目的。要特别注意并串、串并转换的时序，能够使在时钟的上升沿采到所有的八个数据信号，这样数码管显示的数字才是符合时序的、正确的。

2.4系统仿真

按设计要求画出电路图后，先通信号发生器产生适宜频率的方波脉冲来模拟轮脉冲，观察轮脉冲计数器和里程显示是否符合预期设计要求。如果达到预期要求后，再将霍尔元件和磁场缘放到系统里进行仿真测试，用示波器观察八分频计数器是否实现分频功能，使之能观察到传输系统的数码管显示正确的数字。

三、实验设备

装有multisim软件计算机一台

四、实验结果记录与分析

整体实验原理框图如下图所示：

图4.1 实验整体原理图

从图中可以看到轮子的圈数在数码管上显示为7，在里程显示的数码管上为14，由于传输系统的延迟，

当前数码管显示的为第6圈轮数是的里程数，为12。

4.2 八分频计数器模拟示波器波形

通过八进制计数器实现八分频，通过示波器可以观察到实现了对传输系统频率的八分频的目标，使其能够在采集到所有八个周期的数据量，从而传输正确的数字。

五、实验心得

这次实验主要是练习multisim软件的操作和出租车里程表的电子系统的设计仿真。由于课前未作详细的实验预习，导致一开始就照着书上的电子系统设计，实际上我们只要完成出租车计算里程的功能即可。之后的设计我们直接将轮脉冲拿过来进行里程的计算，这样就没有设计轮子圈数的显示。老师的建议方案将十六进制直接作为数码管显示不符合我们日常的认知方式，我觉得应当设计成十进制BCD码显示的比较好，但是这并不妨碍这个实验的目的。参考方案一的传输系统方案可能有点问题，一开始我们就是照着这个方案来做传输系统的，在仿真时发现，由于将轮脉冲信号作为D触发器的触发信号，导致传输数据的输出时序和轮脉冲的周期有关，需要将轮脉冲的周期和传输系统的周期调试成大概八倍的关系，才能显示正确的数字，但是在电路实际工作中，磁场源是不断变化的，故轮脉冲的周期也是时变的，所以说这种做法不符合电子系统可靠的原则。事实上，简单可行的做法就是将传输系统的时钟周期进行八分频。将此分频信号作为D触发器的触发信号即可。

通过这次实验，对一些以前学过的数字电路知识和器件有了更加深入的理解，能够用现阶段掌握的数字电路器件来实现电子系统的设计。对数字传输系统的实现结构有了一些了解，明白了时序的重要性。