停車場(chǎng)計(jì)數(shù)器.doc

*學(xué)院課程設(shè)計(jì)說明書（2009 /2010學(xué)年第二學(xué)期）課程名稱 ： 數(shù)字電子技術(shù) 題 目 ： 停車場(chǎng)計(jì)數(shù)器 專業(yè)班級(jí) ： * 學(xué)生姓名 ： * 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師 ： 設(shè)計(jì)周數(shù) ： 2周 設(shè)計(jì)成績(jī) ： 2010年7月1日目 錄一、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求 3頁二、方案設(shè)計(jì)與論證 3頁三、單元電路設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算和器件選擇 9頁四、總框圖和原理圖 14頁五、PCB版圖繪制和元件清單 15頁六、安裝與調(diào)試、性能測(cè)試與分析 15頁七、結(jié)論與心得 16頁八、參考文獻(xiàn) 17頁停車場(chǎng)計(jì)數(shù)器一、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求1設(shè)計(jì)一個(gè)停車場(chǎng)計(jì)數(shù)器，記錄并顯示當(dāng)前停車場(chǎng)的車輛數(shù)目。2計(jì)數(shù)范圍：0999；3當(dāng)計(jì)數(shù)器顯示為999時(shí)報(bào)警4不妨礙車輛的進(jìn)出，工作可靠。5出入口為一處。二、方案設(shè)計(jì)與論證對(duì)設(shè)計(jì)要求的總體分析總體框架：車輛檢測(cè) 計(jì)數(shù)器 譯碼顯示1）車輛檢測(cè)：通過對(duì)進(jìn)出停車場(chǎng)的車輛進(jìn)行檢測(cè)，從而給下一環(huán)節(jié)提供輸出信號(hào)。模擬停車場(chǎng)入口和出口為一處。2）計(jì)數(shù)模塊：從車輛檢測(cè)模塊獲得信號(hào)。并開始計(jì)數(shù)。進(jìn)一輛車做一次加法計(jì)數(shù)，出一輛車做一次減法計(jì)數(shù)。計(jì)數(shù)范圍為0999。當(dāng)計(jì)數(shù)器顯示為999時(shí)報(bào)警。3）譯碼顯示：從計(jì)數(shù)器輸出的信號(hào)需要經(jīng)過譯碼器顯示電路才能顯示出來。需要三個(gè)七段數(shù)碼顯示器。以顯示停車場(chǎng)的車輛數(shù)目。方案一(一)設(shè)計(jì)及采用元件集成電路 CD40192 CD4511 CD40106 CD4013電阻 譯碼器DPY-7SEG其他 三極管9013 二極管 發(fā)光二極管LED 導(dǎo)線若干(二)主要電路的設(shè)計(jì)1.停車場(chǎng)計(jì)數(shù)器原理電路圖電路組成與工作原理 由圖可知，它是一個(gè)可逆計(jì)數(shù)器，是由運(yùn)動(dòng)方向識(shí)別傳感器、十進(jìn)制加減計(jì)數(shù)器、譯碼器、數(shù)碼顯示器組成。 運(yùn)動(dòng)方向識(shí)別傳感器由紅外線發(fā)射管，光電三極管組成，由CD4013組成雙穩(wěn)態(tài)電路組成方向識(shí)別互鎖電路。 LED1和VT1、LED2和VT2兩組運(yùn)動(dòng)傳感器。6施密特觸發(fā)器CD40106和四個(gè)門F1到F4和雙D觸發(fā)器CD4013組成兩個(gè)雙穩(wěn)態(tài)電路做方向識(shí)別和互鎖電路。當(dāng)VT1和VT2受紅外線光的照射處于導(dǎo)通狀態(tài)。使F1、F2輸出低電平，相應(yīng)的F3、F4則輸出高電平。由于F3、F4的輸出端接兩個(gè)雙穩(wěn)態(tài)電路的置0端R，使Q1、Q2端分別輸出低電平。這樣就將加、減計(jì)數(shù)器IC2的加計(jì)數(shù)輸入端CPU和減計(jì)數(shù)輸端CPD均置于高電平，為計(jì)數(shù)準(zhǔn)備好條件。 當(dāng)有車進(jìn)入時(shí)，首先將VT1遮擋，接著將VT2遮擋。當(dāng)VT1被擋時(shí)VT2截止，F(xiàn)1輸出高電平使F3變?yōu)榈碗娖綄㈦p穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器1（IC1-1）的R端變?yōu)榈碗娖?，?fù)位被解除，但在此時(shí)由于雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器1的CP端無計(jì)數(shù)脈沖輸入，故維持原狀態(tài)不變。而對(duì)觸發(fā)器2（IC1-2）雖然有高電平脈沖輸入CP端，但因R為高電平、復(fù)位狀態(tài)未解除，觸發(fā)器2也維持原來狀態(tài)不變。 當(dāng)進(jìn)入車輛使VT1退出遮擋而使VT2遮擋時(shí)，VT1恢復(fù)光照， F1輸出低電平，F(xiàn)3輸出電平，由低變高，由于R1變?yōu)楦唠娖蕉褂|發(fā)器1復(fù)位，Q1變?yōu)榈碗娖?，Q1非由低電平變高電平而使IC2的CPU端得一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖，計(jì)數(shù)器加1。由于雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器2的翻轉(zhuǎn)只受上升沿的觸發(fā)而起作用，所以此時(shí)F1輸出的下降沒對(duì)它不起作用，這時(shí)觸發(fā)器2維持不變。 當(dāng)車輛完全進(jìn)入后VT2恢復(fù)光照，F(xiàn)2輸出電平由高變低，F(xiàn)4輸出高電平將觸發(fā)器置0，Q2非輸出高電平，為下一次計(jì)數(shù)做準(zhǔn)備條件。 當(dāng)有車出去時(shí)，首先將VT2遮擋，接著將VT1遮擋。當(dāng)VT2被擋時(shí)VT1截止，F(xiàn)2輸出高電平使F4變?yōu)榈碗娖綄㈦p穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器2（IC1-2）的R端變?yōu)榈碗娖?，?fù)位被解除，但在此時(shí)由于雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器2的CP端無計(jì)數(shù)脈沖輸入，故維持原狀態(tài)不變。而對(duì)觸發(fā)器1（IC1-1）雖然有高電平脈沖輸入CP端，但因R為高電平、復(fù)位狀態(tài)未解除，觸發(fā)器1也維持原來狀態(tài)不變。 當(dāng)出去車輛使VT2退出遮擋而使VT1遮擋時(shí)，VT2恢復(fù)光照， F2輸出低電平，F(xiàn)4輸出電平，由低變高，由于R變?yōu)楦唠娖蕉褂|發(fā)器2復(fù)位，Q2變?yōu)榈碗娖?，Q2非由低電平變高電平而使IC1的CPU端得一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖，計(jì)數(shù)器減1。由于雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器1的翻轉(zhuǎn)只受上升沿的觸發(fā)而起作用，所以此時(shí)F2輸出的下降沒對(duì)它不起作用，這時(shí)觸發(fā)器1維持不變。2主要元器件介紹(1) CD40192引腳排列（頂視圖） 40192 為可預(yù)置BCD 可逆計(jì)數(shù)器，其內(nèi)部主要由四位D 型觸發(fā)器組成，與一般計(jì)數(shù)器不同之處在于加計(jì)數(shù)器和減計(jì)數(shù)器分別由兩個(gè)時(shí)鐘輸入端。 40192 具有復(fù)位CR、置數(shù)控制/LD、并行數(shù)據(jù)D0D3、加計(jì)數(shù)時(shí)鐘CPu、減計(jì)數(shù)時(shí)鐘CPD 等輸入，當(dāng)CR 為高電平時(shí)，計(jì)數(shù)器置零。當(dāng)/LD 為低電平時(shí)，進(jìn)行預(yù)置數(shù)操作，D0D3 上的 數(shù)據(jù)置入計(jì)數(shù)器中，計(jì)數(shù)操作由兩個(gè)時(shí)鐘輸入控制。當(dāng)CPD“1”時(shí)，在CPu 上跳變時(shí)計(jì)數(shù)器加1 計(jì)數(shù)；當(dāng)CPu“1”時(shí)，在CPD 上跳變計(jì)數(shù)器減1 計(jì)數(shù)。除四個(gè)Q 輸出外，40192 還有一個(gè)進(jìn)位輸出/CO 和一個(gè)借位輸出/BO，/CO 和/BO 一般為高電平，只有在加計(jì)數(shù)模式，當(dāng)計(jì)數(shù)器達(dá)到最大狀態(tài)時(shí)，/CO 輸出一個(gè)寬度為半個(gè)時(shí)鐘周期的負(fù)脈沖，在減計(jì)數(shù)模式，當(dāng)計(jì)數(shù)器全為零時(shí)，/BO 輸出一個(gè)寬度為半個(gè)時(shí)鐘周期的負(fù)脈沖。 其真值表CLK-CLK+PER工作方式HHL加計(jì)數(shù)HHL不計(jì)數(shù)HHL減計(jì)數(shù)HHL不計(jì)數(shù)XXLL預(yù)置數(shù)XXXH清除推薦工作條件電源電壓工作范圍：3V-15V輸入電壓范圍：0V-VDD工作溫度范圍： M類 55-125 E類 40-85極限值電源電壓：-0.5V-18V輸入電壓：-0.5V-VDD+0.5V輸入電流：10mA貯存溫度：-65-150（2） CD4511引腳排列（頂視圖） CD4511是一個(gè)用于驅(qū)動(dòng)共陰極 LED （數(shù)碼管）顯示器的 BCD 碼七段碼譯碼器，特點(diǎn)如下：具有BCD轉(zhuǎn)換、消隱和鎖存控制、七段譯碼及驅(qū)動(dòng)功能的CMOS電路能提供較大的拉電流?？芍苯域?qū)動(dòng)LED顯示器. 其功能介紹如下： BI：4腳是消隱輸入控制端，當(dāng)BI=0 時(shí)，不管其它輸入端狀態(tài)如何，七段數(shù)碼管均處于熄滅（消隱）狀態(tài)，不顯示數(shù)字。 LT：3腳是測(cè)試輸入端，當(dāng)BI=1，LT=0 時(shí)，譯碼輸出全為1，不管輸入 DCBA 狀態(tài)如何，七段均發(fā)亮，顯示“8”。它主要用來檢測(cè)數(shù)碼管是否損壞。 LE：鎖定控制端，當(dāng)LE=0時(shí)，允許譯碼輸出。 LE=1時(shí)譯碼器是鎖定保持狀態(tài)，譯碼器輸出被保持在LE=0時(shí)的數(shù)值。 A1、A2、A3、A4、為8421BCD碼輸入端。 a、b、c、d、e、f、g：為譯碼輸出端，輸出為高電平1有效。CD4511的內(nèi)部有上拉電阻，在輸入端與數(shù)碼管筆段端接上限流電阻就可工作。其真值表（3） CD4013引腳排列（頂視圖）CD4013是一雙D觸發(fā)器,由兩個(gè)相同的、相互獨(dú)立的數(shù)據(jù)型觸發(fā)器構(gòu)成。每個(gè)觸發(fā)器有獨(dú)立的數(shù)據(jù)、置位、復(fù)位、時(shí)鐘輸入和Q及Q輸出，此器件可用作移位寄存器，且通過將Q輸出連接到數(shù)據(jù)輸入，可用作計(jì)算器和觸發(fā)器。在時(shí)鐘上升沿觸發(fā)時(shí)，加在D輸入端的邏輯電平傳送到Q輸出端。置位和復(fù)位與時(shí)鐘無關(guān)，而分別由置位或復(fù)位線上的高電平完成。CD4013參數(shù)值 推薦工作條件電源電壓Vdd.-0.5-+18v 電源電壓VDD.3-15V輸入電壓Vt.-0.5-Vdd+0.5V電壓VI.0-VDD儲(chǔ)存溫度范圍Ts.-55-150 工作環(huán)境溫度TA焊接溫度TL.265 M類.-55-+125 E類.-55-+150 R類.-40-+85 其真值表輸入輸出CPDRDSDQQLLLHHLLHLXLL保持XXHLLHXXLHHLXXHHHH（4） CD40106引腳排列（頂視圖） CC40106由六個(gè)斯密特觸發(fā)器電路組成。每個(gè)電路均為在兩輸入端具有斯密 特觸發(fā)器功能的反相器。觸發(fā)器在信號(hào)的上升和下降沿的不同點(diǎn)開、關(guān)。上升電壓(V T+)和下降電壓(V T-)之差定義為滯后電壓。 其引腳圖引腳功能：2 4 6 8 10 12 數(shù)據(jù)輸出端1 3 5 9 11 13 數(shù)據(jù)輸入端14 電源正7 接地 其內(nèi)部圖 其真值表本設(shè)計(jì)方案種采用數(shù)字電路制作的可以對(duì)進(jìn)入停車場(chǎng)的車輛進(jìn)行計(jì)數(shù)的集成電路，當(dāng)有車輛進(jìn)入時(shí)進(jìn)行加法計(jì)數(shù)，有車輛出時(shí)進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，然后由譯碼器把二進(jìn)制轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制再通過顯示器顯示出停車場(chǎng)車輛的數(shù)目，當(dāng)停車場(chǎng)沒有空車位時(shí)會(huì)有提示，它主要采用了74系列的常用集成電路。 我組通過查資料和用到以前所學(xué)到的數(shù)、模、電路的知識(shí)和輔導(dǎo)老師的指導(dǎo)，整理了下面的方案。本方案完成兩個(gè)各功能：a.當(dāng)車輛從進(jìn)出時(shí)進(jìn)行加減計(jì)數(shù)，并通過譯碼器譯碼后在顯示器上顯示當(dāng)前停車場(chǎng)的車輛總數(shù)。b.當(dāng)停車場(chǎng)沒有空位時(shí)，通過報(bào)警系統(tǒng)進(jìn)行提示。三、單元電路設(shè)計(jì)與參數(shù)計(jì)算和器件選擇1、 單元電路設(shè)計(jì)1） 車輛檢測(cè)模塊 使用4013和三個(gè)開關(guān)，模擬車輛進(jìn)入和離開。依順序按下三個(gè)開關(guān)，模車輛的進(jìn)入。產(chǎn)生一個(gè)信號(hào)。在反向的依次按下三個(gè)開關(guān)，模擬車輛的離開，產(chǎn)生一個(gè)減法信號(hào)。2） 計(jì)數(shù)模塊 要實(shí)現(xiàn)停車場(chǎng)的計(jì)數(shù)就必須要實(shí)現(xiàn)可加可減的功能，故使用40192計(jì)數(shù)器，它的邏輯類型為十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。上下方向，每個(gè)元件的位元數(shù)為四個(gè)。異步復(fù)位，同步計(jì)數(shù)。正邊沿觸發(fā)其類型。工作電壓為318V。40192介紹（1）引腳排列（頂視圖） 40192 為可預(yù)置BCD 可逆計(jì)數(shù)器，其內(nèi)部主要由四位D 型觸發(fā)器組成，與一般計(jì)數(shù)器不同之處在于加計(jì)數(shù)器和減計(jì)數(shù)器分別由兩個(gè)時(shí)鐘輸入端。 40192 具有復(fù)位CR、置數(shù)控制/LD、并行數(shù)據(jù)D0D3、加計(jì)數(shù)時(shí)鐘CPU、減計(jì)數(shù)時(shí)鐘CPD 等輸入，當(dāng)CR 為高電平時(shí)，計(jì)數(shù)器置零。當(dāng)/LD 為低電平時(shí)，進(jìn)行預(yù)置數(shù)操作，D0D3 上的 數(shù)據(jù)置入計(jì)數(shù)器中，計(jì)數(shù)操作由兩個(gè)時(shí)鐘輸入控制。當(dāng)CPD“1”時(shí)，在CPU上跳變時(shí)計(jì)數(shù)器加1 計(jì)數(shù)；當(dāng)CPU“1”時(shí)，在CPD 上跳變計(jì)數(shù)器減1 計(jì)數(shù)。除四個(gè)Q 輸出外，40192 還有一個(gè)進(jìn)位輸出/CO 和一個(gè)借位輸出/BO，/CO 和/BO 一般為高電平，只有在加計(jì)數(shù)模式，當(dāng)計(jì)數(shù)器達(dá)到最大狀態(tài)時(shí)，/CO 輸出一個(gè)寬度為半個(gè)時(shí)鐘周期的負(fù)脈沖，在減計(jì)數(shù)模式，當(dāng)計(jì)數(shù)器全為零時(shí)，/BO 輸出一個(gè)寬度為半個(gè)時(shí)鐘周期的負(fù)脈沖。 其真值表CLK-CLK+PER工作方式HHL加計(jì)數(shù)HHL不計(jì)數(shù)HHL減計(jì)數(shù)HHL不計(jì)數(shù)XXLL預(yù)置數(shù)XXXH清除推薦工作條件電源電壓工作范圍：3V-15V輸入電壓范圍：0V-VDD工作溫度范圍： M類 55-125 E類 40-85極限值電源電壓：-0.5V-18V輸入電壓：-0.5V-VDD+0.5V輸入電流：10mA貯存溫度：-65-1503）顯示譯碼模塊 由計(jì)數(shù)器產(chǎn)生的BCD碼通過譯碼電路經(jīng)七段數(shù)碼顯示器即可顯示出數(shù)字。CD4543引腳排列（頂視圖）74ALS00引腳排列（頂視圖）功能如圖可知當(dāng)功能表2.器件選擇（1）車輛檢測(cè)模塊：4013，開關(guān)，電阻電容電感若干。（2）計(jì)數(shù)器模塊：40192計(jì)數(shù)器，電阻若干。（3）顯示模塊：4543譯碼器，七段數(shù)碼顯示器，電阻若干。四、總框圖和原理圖1總框圖顯示電路計(jì)數(shù)器車輛檢測(cè)2總原理圖3. 電路的工作原理進(jìn)出口是同一個(gè)，當(dāng)車輛進(jìn)時(shí)從一個(gè)方向依次通過三個(gè)開關(guān)后計(jì)數(shù)器40192的CPU端口來一個(gè)脈沖進(jìn)行加法計(jì)數(shù)，當(dāng)車輛出時(shí)從另一個(gè)方向依次通過三個(gè)開關(guān)后計(jì)數(shù)器40192的CPD端口進(jìn)行減法計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)完成后譯碼器CD4543就把二進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制數(shù)，然后通過七段顯示器顯示出當(dāng)前停車場(chǎng)車輛的數(shù)目。當(dāng)顯示器顯示999時(shí)計(jì)數(shù)器三個(gè)40192的輸出端口7和3都為1，通過兩個(gè)74LS00再通過一個(gè)三極管和蜂鳴器， 蜂鳴器就報(bào)警提提示。五、PCB版圖繪制和元件清單1、 PCB版圖2、 元件清單元件序號(hào)型號(hào)主要參數(shù)數(shù)量備注140192計(jì)數(shù)器，十進(jìn)制，工作電壓318v3通孔安裝24543BCD七段鎖存譯碼，工作電壓3！18V33LCD七段數(shù)碼顯示器34電阻10K65電阻1K36電阻10037LED發(fā)光二極管38電容39蜂鳴器110導(dǎo)線若干六、安裝與調(diào)試、性能測(cè)試與分析1 使用的主要的儀器和儀表萬用表，電烙鐵，錫絲，松香，扁口鉗子，鉗子，鑷子，刀子，膠帶等。2 調(diào)試電路的方法和技巧 使用萬用表測(cè)量各點(diǎn)的電壓，電流，電阻和電容，測(cè)量各點(diǎn)之間是否斷路或者短路。3 調(diào)試中出現(xiàn)的故障，原因及排除方法焊點(diǎn)之間出現(xiàn)虛焊的情況，會(huì)嚴(yán)重影響電路的正常運(yùn)行。在焊接時(shí)要認(rèn)真防止焊點(diǎn)的粘連，防止出現(xiàn)短路的現(xiàn)象，在調(diào)試臺(tái)調(diào)試時(shí)，如果短路要即使的拔掉電源，防止燒壞試驗(yàn)臺(tái)。出現(xiàn)故障可以先目測(cè)電路板，然后可以用手摸摸元件，時(shí)候有溫度異常的，可以排除一些故障，然后用萬用表測(cè)量并排除故障。七、結(jié)論與心得1、 總結(jié)設(shè)計(jì)電路的特點(diǎn)和方案的優(yōu)缺點(diǎn)，在設(shè)計(jì)電路時(shí)，要考慮到很多因素，首先要實(shí)現(xiàn)既定的任務(wù)，一切的電路和元件，都是為了實(shí)驗(yàn)任務(wù)服務(wù)的。然而需要指出的是：要盡量使用一些平時(shí)常用的一些電路元件，本著嚴(yán)謹(jǐn)而簡(jiǎn)單的原則來設(shè)計(jì)電路。然而在一開始設(shè)計(jì)電路時(shí)并沒有注意到這些，在后來的課程設(shè)計(jì)中老師指出了這一點(diǎn)。2、 收獲、體會(huì)在這兩個(gè)星期里我每天都過的很充實(shí)，顯示設(shè)計(jì)電路圖，邊參考文獻(xiàn)，邊自己思考，然后學(xué)習(xí)protel，等制完圖就開始焊接電路板了，從打印，轉(zhuǎn)印到腐蝕；從打孔刷松香，焊接到調(diào)試，我們享受著動(dòng)手設(shè)計(jì)的快樂充實(shí)與一 。溫故而知新。課程設(shè)計(jì)開始的時(shí)候，思緒全無，舉步維艱，對(duì)于理論知識(shí)學(xué)習(xí)不夠扎