自行车里程表数电实验

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，精度为公里，即（——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。

（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、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公里计数电路，即从计到，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=×49cm=

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~，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。

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 9CLOCK时钟输入端

7 15RESET消除端

2 10ENABLE

计数允许控制

端

3 4 5 6Q1A-Q4A计数输出端11 12 13 14Q1B-Q4B计数输出端

8 VSS地

16VDD电源正

CLOCK ENABLE RESET ACTION 上升沿10加计数0下降沿0加计数下降沿X0不变X上升沿0不变上升沿00不变

1下降沿0不变

X X1Q0～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）公里计数电路

1. 设计要求：轮辐计数电路每公里输出一个脉冲，同时此计数电路记录一

次，可记录从公里，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。