自行车里程表

山西大学
课程设计（论文）报告
课题名称：自行车里程表
姓名：
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指导老师：
设计时间：
设计地点：教学楼
摘要
以74LS160芯片为核心，通过产生的相应基脉冲触发相应计数器进行计数，再经译码驱动器驱动数码管显示，实现自行车里程的测量，以及对行驶时间的测量。

【关键词】计数器、基脉冲、数码管、74LS160芯片
目录
一、作品要求 (1)
二、课程设计思路 (1)
三、具体方案选择 (2)
四、实施方案 (3)
五、方案实施所用器件相关资料 (5)
六、制作总结及体会 (7)
七、参考文献 (8)
一、作品要求
设计一个可以适用的自行车里程表。

设计要求：
1.功能描述：可以轮流显示或选择显示：里程(当前行驶里程)，速度(当前平均速度km/h)，时间(当前行驶累计时间，时、分、秒)。

2. 技术指标：
（1）里程表显示范围：0～999.99km。

（2）6位数字显示。

（3）显示刷新时间：1s。

（4）电源电压：9V。

3. 画出自行车里程表的电原理图，并选择元件参数。

二．课程设计思路
1、里程显示、行驶时间显示、速度显示
显示里程，首先需产生一个基脉冲为0.01km=10米，基脉冲触发计数器进行计数，从0开始，每来一个基脉冲，计数器计数一次，直到计数为99999。

因此需要设计一个10万进制计数器，对于小数点可通过控制数码管显示一个点即可。

显示时间，首先需产生一个基脉冲——能自动地产生稳定的标准时间脉冲信号。

即“秒脉冲信号”（频率为1Hz）。

秒脉冲触发计数器中进行计数。

由于计时的规律是：60秒=1分，60分=1小时，24小时=1天，就需要分别设计60进制，24进制计数器，
各计数器输出信号经译码器、驱动器到数字显示器，得以显示相应数据。

显示速度，有两个方案：
（1）测量一定时间间隔T内，自行车车轮转过的圈数N。

假设车轮周长为L，则速度V=N*L/T
（2）测量自行车车轮转过一圈的时间T，则速度V=L/T
基于目前所掌握知识，不太好实现，除非用单片机,在此不作此要求。

2、基脉冲的产生
经查阅资料，基脉冲——可通过传感器，NE555定时器和晶振产生
3、显示模块的选择
根据已学知识，本里程表使用七段数码显示器。

三：具体方案选择
1、基脉冲产生
里程基脉冲产生，经查阅资料，有三种方案：
（1）红外对管。

把红外对管分别安装在自行车车轮的两侧，当车轮转动时，遮光片阻挡红外对管的光路，接收管输出低电平，计数器计算里程。

红外对管的优点是测量精度高，缺点是安装比较复杂和容易受外来光线、灰尘等的影响。

（2）开关型霍尔传感器。

霍尔传感器是利用霍尔效应把磁输入信号转换成电信号的器件。

把开关型霍尔传感器安装在自行车贴近车轮的支架上，磁钢安装在辐条上，当磁钢靠近霍尔传感器的时候，传感器输出一个无抖动的低电平，计数器根据此信号可计算里程、速度等。

霍尔传感器的优点是稳定和安装简易，缺点是成本较高。

（3）干簧管。

干簧管是一种磁敏的有触点无源电子开关元件，应用在里程表上的原理与开关型霍尔传感器类似，把干簧管安装在自行车贴近车轮的支架上，磁
钢安装在辐条上，当磁钢靠近霍尔传感器的时候，干簧管闭合，计数器根据此信号可计算里程。

干簧管的优点是成本低廉和安装简易，缺点是比较脆弱和不够稳定。

考虑诸多因素，本里程表选用干簧管作为传感器。

2、秒脉冲产生
（1）采用555定时器组成秒脉冲信号发生器。

下图是555 定时器电路结构简化原理图和引脚标识。

依据所学知识计算
充电时间：T1≈0.7(R1+R2)C，放电时间：T2≈0.7R2C，
所以输出矩形波的周期：T=T1+T2≈0.7(R1+2R2)C，
振荡频率：f=1/T≈1.44/(R1+2R2)C
占空比q=（R1+R2)/(R1+2R2)，
有T=1s，考虑q，令C=10μf，R1= R2 =48KΩ。

（2）采用石英晶体振荡器电路产生
石英晶体振荡器可获得较为准确的秒脉冲，但需要将62768Hz进行15级2分频实现。

本里程表计时采用，555定时器产生秒脉冲
3、脉冲触发到计数实现
通过干簧管接收到的信号需要整形成为规则的方波才能被计数器认可，据所学知识，整形可以用施密特触发器，可555定时器需要先进行外部连接才能构成施密特触发器。

经查阅资料，CD40106内部由6个施密特触发器组成，可以与信号输出线直接连接实现波形整形。

考虑到简化电路，我们最终选择了CD40106
作为波形整形器。

10万进制计数器，想到了74LS160（十进制计数器），可用5个74LS161实现。

计时计数器的60进制，24进制，同样也可用74LS160级联实现。

四：实施方案
1、经查，自行车轮胎直径一般为64cm，对应里程基脉冲10m，经计算10/（3.14*0.64）=5，即每前行10米，可接收5个脉冲。

为计数方便，在自行车上安置两个干簧管，这样每前行10m，可接收10个脉冲，每10个脉冲向里程表计数器进1。

可用一个74LS160实现向里程表计数器进位。

10万进制计数器，可用5个74LS160实现，每个计数器计数到10，向高一级计数器进1，直到计数为99999
2.1、里程表计数电路图设计如下：
2.2、仿真图如下：
3.1、秒脉冲发生器电路图：3.2仿真波形如下：
3.3、时间仿真图如下：
五、方案实施所用器件相关资料
1、CD40106芯片资料 CD40106引脚图
引脚功能：14 电源正，7 接地
2 4 6 8 10 12数据输出端，1
3 5 9 11 13 数据输入端
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斯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(V T+)和下降电压(V T-)之差定义为滞后电压。

2、74LS160资料
异步清零计数器，即RD端输入低电平，Q=0。

同步预置功能，在RD端无效时，LD端输入低电平，在时钟共同作用下，CP上跳后计数器状态等于预置输入DCBA，
RD和LD都无效，ET或EP任意一个为低电平，计数器处于保持功能，即输出状态不变。

只有四个控制输入都为高电平，计数器（161）实现模10加法计数，
Q3 Q2 Q1 Q0=1001时，RCO=1。

3、CD4511芯片资料
CD4511原理：
CD4511是一个用于驱动共阴极 LED （数码管）显示器的 BCD 码—七段码译码器，特点：具有BCD 转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能的CMOS 电路能提供较大的拉电流。

可直接驱动LED 显示器。

CD4511引脚功能：
BI ：4脚是消隐输入控制端，当BI=0 时，不管其它输入端状态是怎么样的，七段数码管都会处于消隐也就是不显示的状态。

LE ：锁定控制端，当LE=0时，允许译码输出。

LE=1时译码器是锁定保持状态，译码器输出被保持在LE=0时的数值。

LT ：3脚是测试信号的输入端，当BI=1，LT=0 时，译码输出全为1，不管输入 DCBA 状态如何，七段均发亮全部显示。

它主要用来检测数7段码管是否有物理损坏。

A1、A2、A3、A4、为8421BCD 码输入端。

a 、
b 、
c 、
d 、
e 、
f 、
g ：为译码输出端，输出为高电平1有效。

CD4511的里面有上拉电阻，可直接或者接一个电阻与七段数码管接口
图2.1 CD4511引脚图
1 2 3 4 5 6 7 8
9 10 11 12 13 14 74LS160 RD CP D EP V CC D 15 16 D D LD ET Q 3 Q 2 Q 1 Q 0 CO RD LD ET EP CP D 3 D 2 D 1 D 0 Q 3 Q 2 Q 1 Q 0
0 × × × × × × × × 0 0 0 0
1 0 × × ↑ D C B A D C B A
1 1 0 × × × × × × 保 持
1 1 × 0 × × × × × 保 持
1 1 1 1 ↑ × × × × 计 数 74LS160功能表
七段显示译码器的真值表
4、74LS00芯片资料
74LS00有4个与非门，仅利用其中一个即可。

六、制作总结与体会
在选择课设题目时，举棋不定，虽然参加过电子大赛，但并不了解大赛的流程，也掌握的相关知识不多，对课设题目就更没有任何的见解。

在一开始我们刚确定课设题目的时候，脑中一片茫然，不知从何下手。

根据这种情况，我们小组首先到图书馆和上网查找相关资料，看到网上自行车里程表设计，明白其原理，同时再结合我们所学的模电、数电知识，又上网进行查资料，找老师答疑，最终确定了设计思路。

在此次课程设计过程中，进一步地熟悉了芯片的结构及掌握了各芯片的工作原理和其具体的使用方法。

也锻炼了自己独立思考问题的能力和团队协作的的能力，同时学会了通过查阅相关资料来解决问题。

这是大学以来的第一次课程设计，
虽要求未全达到，但我们把所学的东西用到了实践中。

也对所学的知识有了更进
一步的理解，了解了课程设计的一般步骤，和设计中应注意的问题。

明白课设并不重要，而是我们对待问题的态度和处理事情的能力。

再则是课设的过程，课设的思想和设计电路中的每一个环节，电路中各个部分的功能是如何实现的。

各个芯片如何完成要求的功能。

同时对普通计数器如何构成n进制计数器有了更深的了解和掌握，对自我的实际操作能力也有了很高的提升。

在这次设计过程中，我也对multism12软件有了了解，这使我在以后的工作
和学习中更加娴熟。

七、参考文献
1、模拟电子技术基础.赵世平.北京.中国电力出版社.2009
2、数字电子技术基础.张志恒.北京.中国电力出版社.2011
3、电子技术课程设计指导.彭介华.北京.高等教育出版社.1998
4、电子技术基础课程设计梁宗善.武汉.华中理工大学出版社.1996
5、电子元器件手册
6、图书馆、互联网百度文库、豆丁网、新浪微博资料站
7、电子技术实验与课程设计，赵淑范.，清华大学出版社
8、电子技术实验与课程设计，毕满清，机械工业出版社。