电子系统课程设计

一、课程设计目的

加强实践，提高动手能力，将所学的理论知识与实际联系起来，掌握电子应用系统的开发过程。

（1）掌握医用滴液速度计的工作原理；

（2）熟悉电子应用系统设计过程和硬件实现的方法；

（3）熟悉数字电路中相关器件的用法功能；

（4）要求能用相关器件检测液滴，并对其进行计数和定时，从而实现速度的计算和显示。

二、课程设计正文

2.1 总体论述

2.1.1具体设计任务；

熟悉CD4098双单稳态触发器、CD4013、MC14518二/十进制同步加计数器、CD4012与非门、CD40103、CD4520、CD4001、4040、4553、4线-7段锁存译码器/驱动器CC4511以及数码管LED的原理及其应用；掌握三极管的使用方法；设计外部硬件电路；对硬件电路进行调试。

2.1.2输入要求；

NE555及外围电路产生10000Hz脉冲并通过MC14518芯片分频，分别产生 10Hz和1000Hz的脉冲，按键按下后产生上升沿以触发4013芯片工作。

2.1.3输出要求；

能够实时显示滴速，定时时间一到4553立即锁存。

2.1.4性能指标；

系统具有较高的稳定性，测试应具有较高的精确度，能达到0.001s。

2.1.5实际电路所能完成的功能：

实际电路能够测试液滴的滴速（单位：滴/分钟），并且每两滴即可测试出滴速，滴三滴数码管显示值就会刷新一次。本电路具有实时性好的优点，但滴速有上限，即滴速不能超过100滴/分钟，若超过了就不能正确显示。系统稳定性较好但按键有一定的抖动。

2.1.6理论电路所能完成的功能。

理论电路能够测试液滴的滴速（单位：滴/分钟），并不是每过一分钟数码管的值才刷新一次，而是滴了三滴数码管显示值就会刷新一次，两滴即可测试出滴速。本电路具有实时性好的优点，但滴速有上限，即滴速不能超过100滴/分钟，若超过了就不能正确显示。CD4040计数周期600ms。假设已知滴速为v滴/分钟(每滴的间隔为60/v秒)，通过分析电路经过600/(60/(0.1*v))运算结果正好就是v，所以此电路显示的就是每分钟的滴速v。

2.2 方案选型

2.2.1电路的总体方案

根据设计要求，选择电路的总体方案如下，本系统分三个模块分别是：时钟输入模块、运算模块和动态显示模块。医用滴速计总体电路图如图1所示：

图1医用滴速计总体电路图

本系统是测试液滴的滴速，即每60秒滴下的滴数，而通过两滴即可测试出液滴的滴

速，第三滴滴下显示刷新，为了调试方便，暂以按键代替传感器检测液滴。上电后，通过对电容充电使CD4013复位完成系统初始化设置，系统检测是否有上升沿，若没有检测到上升沿回到初始化状态，当按键按下后产生上升沿以触发4013-1芯片工作，4013-1芯片Q端输出为高电平与MC14518芯片分频产生 10Hz脉冲共同经过4001产生上升沿以使门1打开门2关闭cd4520计数并为40103提供预置数。当按键第二次按下后4013-1Q端输出电平翻转，Q非端输出电平由低变高，并且与通过MC14518芯片分频产生 1000Hz脉冲共同经过4001产生上升沿以使门2打开门1关闭时，cd4098-1的暂稳态上升沿让cd4040的R端翻转为0，允许计数，并在数码管上显示滴速，且让cd4553锁定锁存器，当按键第三次按下后4013-1Q端输出电平翻转，Q端输出电平由低变高开始第二次测速。否则显示第一次的滴速。系统工作流程图如图2所示：

图2系统工作流程图

2.2.2各单元电路方案及集成电路

2.2.2.1时钟输入模块

NE555及外围电路产生10000Hz脉冲并通过MC14518芯片分频，分别产生 10Hz和1000Hz的脉冲，按键按下后产生上升沿以触发4013芯片工作。4013输出分别与10Hz和1000Hz的脉冲共同作用通过4001产生上升沿以触发运算电路模块工作，输入及时钟模块电路如图4所示：

图3输入及时钟模块

2.2.2.2运算模块

运算模块是系统的核心部分，其模块电路如图4所示

图4 运算模块

2.2.2.3显示模块

本系统中显示模块采用动态显示，其模块电路如图5所示：

图5 显示模块

2.3.3主要芯片介绍

2.3.3.1 CD4013

CD4013是一双D触发器,由两个相同的、相互独立的数据型触发器构成。每个触发器有独立的数据、置位、复位、时钟输入和Q及Q输出，此器件可用作移位寄存器，且通过将Q输出连接到数据输入，可用作寄存器和触发器。在时钟上升沿触发时，加在D输入端的逻辑电平传送到Q输出端。置位和复位与时钟无关，而分别由置位或复位线上的高电平完成。真值表引脚图如下：

表1 CD4013真值表

CL(Note 1) D R S Q Q

0 0 0 0 1

1 0 0 1 0

x 0 0 Q Q x x 1 0 0 1

x x 0 1 1 0

x x 1 1 1 1

图6 CD4013引脚图

2.3.3.2 CD4518

CD4518是二、十进制（8421编码）同步加计数器，内含两个单元的加计数器，其功能表如真值表所示。每单个单元有两个时钟输入端CLK和EN，可用时钟脉冲的上升沿或下降沿触发。由表可知，若用EN信号下降沿触发，触发信号由EN端输入，CLK端置“0”；若用CLK信号上升沿触发，触发信号由CLK端输入，EN端置“1”。RESET端是清零端，RESET端置“1”时，计数器各段输出端Q1～Q4均为“0”，只有RESET端置“0”时，CD4518才开始计数。

CD4518采用并行进位方式，只要输入一个时钟脉冲，计数单元Q1翻转一次；当Q1为1，Q4为0时，每输入一个时钟脉冲，计数单元Q2翻转一次；当Q1=Q2=1时，每输入一个时钟脉冲Q3翻转一次；当Q1=Q2=Q3=1或Q1=Q4=1时，每输入一个时钟脉冲Q4翻转一次。这样从初始状态（“0”态）开始计数，每输入10个时钟脉冲，计数单元便自动恢复到“0”态。若将第一个加计数器的输出端Q4A作为第二个加计数器的输入端ENB的时钟脉冲信号，便可组成两位8421编码计数器，依次下去可以进行多位串行计数。其真值表引脚图如下：

表2 CD4518真值表