自行車(chē)?yán)锍瘫韺?shí)驗(yàn)報(bào)告.doc

精品文檔課設(shè)報(bào)告封面示例 北京工業(yè)大學(xué)課程設(shè)計(jì)報(bào)告（數(shù)電課設(shè)題目） 自行車(chē)?yán)锍瘫?（模電課設(shè)題目） 班 級(jí)： 130242 學(xué) 號(hào)： 13024209 姓 名： 蘇荻 喬湘云 組 號(hào)： 9 2015 年 5 月1 設(shè)計(jì)題目 自行車(chē)?yán)锍瘫? 設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)及設(shè)計(jì)要求 1.設(shè)計(jì)任務(wù)設(shè)計(jì)、制作一個(gè)根據(jù)車(chē)輪周長(zhǎng)、輻條數(shù)等參數(shù)來(lái)記錄行駛里程的簡(jiǎn)易里程表。要求具有可調(diào)整的手段，以適應(yīng)不同車(chē)型。 2.設(shè)計(jì)要求1、顯示數(shù)字為3位，精度為0.1公里，即（00.099.9公里）。2、數(shù)碼管要有小數(shù)點(diǎn)，即個(gè)位與十位間的小數(shù)點(diǎn)要亮起來(lái)。3、要標(biāo)明你所設(shè)計(jì)的條件（輪周長(zhǎng)、輻條數(shù)等），給出根據(jù)條件不同進(jìn)行調(diào)整的方法。4、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、所用芯片盡量少、成本低、易于制作。5、所用芯片與元件盡量在參考元器件范圍內(nèi)選擇（實(shí)驗(yàn)室沒(méi)有的需自行解決）6、要制作一個(gè)模擬的（或真實(shí)的）測(cè)試模型，以便進(jìn)行實(shí)際的測(cè)試。盡量做到結(jié)構(gòu)合理、可靠，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要作為考核的重要部分。3 設(shè)計(jì)框架（注：設(shè)計(jì)方框圖） 4 設(shè)計(jì)方案的選擇及比較（注：設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)條件，總體設(shè)計(jì)思路，各方案比較）由題可知，該實(shí)驗(yàn)主要分為4個(gè)部分：紅外傳感器及脈沖整形電路、輪輻計(jì)數(shù)電路、0.1公里計(jì)數(shù)電路、數(shù)碼管顯示電路（包括譯碼驅(qū)動(dòng)）。首先要將紅外傳感器接收到的輪輻脈沖整形成為規(guī)則的方波，整形可以用施密特觸發(fā)器，當(dāng)車(chē)的輪輻掃過(guò)紅外傳感器后，紅外傳感器將感應(yīng)得到的脈沖送到施密特觸發(fā)器進(jìn)行整形，然后接入設(shè)計(jì)的輪輻計(jì)數(shù)器中,后經(jīng)過(guò)輪輻計(jì)數(shù)器與0.1公里計(jì)數(shù)器完成計(jì)數(shù)，再由數(shù)碼顯示管顯示里程。根據(jù)提供的參考元件，初步確定了以下方案：以CD40106為脈沖整形，若干CD4518作為輪輻計(jì)數(shù)器，CD4553為三位十進(jìn)制計(jì)數(shù)器作為0.1公里計(jì)數(shù)電路，即從00.0計(jì)到99.9，CD4543作為7段共陰數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)芯片，LG5631AH作為共陰數(shù)碼顯示管顯示里程。 根據(jù)車(chē)輪半徑以及車(chē)輪轉(zhuǎn)動(dòng)一周紅外傳感器感應(yīng)到的輻條數(shù)，可以計(jì)算出每走0.1公里要有多少根輻條通過(guò)傳感器，從而確定進(jìn)制及所需CD4518數(shù)量。利用風(fēng)扇模擬車(chē)輪進(jìn)行如下計(jì)算：周長(zhǎng)0.078 ，1000.245計(jì)算得出：408共有9片扇葉。所以需要計(jì)數(shù)3673次（約為3600次）。首先使用紅外光電傳感器對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的車(chē)輪輻條進(jìn)行測(cè)量，產(chǎn)生基本技術(shù)脈沖。若以0.1公里作為里程表的計(jì)數(shù)單位，則需測(cè)量出車(chē)輪的周長(zhǎng)、一周有多少根輻條、沒(méi)走0.1 公里要有多少根輻條通過(guò)傳感器。若將此計(jì)數(shù)值轉(zhuǎn)化為里程表的一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖，提供給一個(gè)多位十進(jìn)制里程計(jì)數(shù)器，則記錄分辨率就為0.1公里，最后由多位數(shù)碼管顯示出來(lái)。5 系統(tǒng)選用的元器件（注：元器件清單，關(guān)鍵器件的選取及說(shuō)明） 1. 實(shí)驗(yàn)用到的部分元件：CD40106 174LS21 174LS161 374LS00 1 CD4553 1CD4543 1紅外傳感器 1CPU風(fēng)扇 11000pF電容 1三位共陰數(shù)碼管LG5631AH 1 6 系統(tǒng)各部分電路說(shuō)明（注：包括各單元的工作原理及工作過(guò)程,公式推導(dǎo), 參數(shù)計(jì)算） 我們選擇利用波形發(fā)生器進(jìn)行車(chē)輪輻條擋住紅外傳感器的脈沖模擬，然后通過(guò)施密特觸發(fā)器對(duì)紅外傳感器產(chǎn)生的脈沖整形。利用風(fēng)扇模擬車(chē)輪進(jìn)行如下計(jì)算：周長(zhǎng)0.078 ，1000.245計(jì)算得出：408共有9片扇葉。所以需要計(jì)數(shù)3673次（約為3600次）。 利用兩片CD4518計(jì)時(shí)，每計(jì)數(shù)3600次后通過(guò)門(mén)電路傳送至CD4553，通過(guò)74LS00一個(gè)與非門(mén)高電平一個(gè)低電平CD4518的置數(shù)清零端。再通過(guò)一個(gè)反向器到CD4553計(jì)數(shù)一次（CIK端）。CD4553為一個(gè)三位十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，但只有一個(gè)輸出端，要完成三位輸出需采用掃描輸出的方式。通過(guò)三個(gè)三極管（NPN型）作為三個(gè)電路開(kāi)關(guān)，DS0-DS2（低電平有效）分別與三個(gè)三極管相連，因?yàn)槲覀兪褂霉碴?yáng)極數(shù)碼管，所以需要三個(gè)反向器連到三極管的基極，使三極管從電源到數(shù)碼管導(dǎo)通，但是每次掃描只有一位是電路連通狀態(tài)。因?yàn)槿搜塾幸曈X(jué)暫留，所以就相當(dāng)于看到共陽(yáng)極三極管三位數(shù)同時(shí)出現(xiàn)并計(jì)公里數(shù)，4553的直接連入CD4543的中，CD4543為七段譯碼器，把輸入的BCD碼轉(zhuǎn)換為七段的輸出。 CD4553中的DS0，DS1，DS2,是位選通掃描信號(hào)的輸出，這三端能循環(huán)輸出低電平，所以我們需要三個(gè)開(kāi)關(guān)電路作為選通三位數(shù)碼管中的一位的判斷，通過(guò)查閱資料，這三個(gè)開(kāi)關(guān)用三極管的導(dǎo)通、截止特殊性來(lái)控制電路，只要DS0DS2中有一個(gè)為低電平，一個(gè)三極管便導(dǎo)通，通過(guò)VCC到K的電路到三級(jí)管再到數(shù)碼管，則這個(gè)數(shù)碼管閃亮。 CD4553的MR和OVF相連，因?yàn)镸R是清零端，低有效，OVF每計(jì)1000次，輸出一個(gè)低電平，使MR清零。每計(jì)1000次清零，LE端低電平時(shí)，三組計(jì)數(shù)器內(nèi)容分別進(jìn)入DS0DS2中，當(dāng)該端為高電平時(shí)，鎖存器鎖定，所以我們需要LE在CLK輸入數(shù)據(jù)后，由一個(gè)低變?yōu)橐粋€(gè)高，數(shù)據(jù)鎖存起來(lái)。我們所用的數(shù)碼管為共陽(yáng)極數(shù)碼管，所有陽(yáng)極連在一起通過(guò)三極管（開(kāi)關(guān)電路）上接VCC下到到數(shù)碼管，a-g7端顯示，小數(shù)點(diǎn)把中間那位的點(diǎn)亮是通過(guò)把小數(shù)點(diǎn)這位通過(guò)反向器到低電平接到中間三極管的集電極使之長(zhǎng)亮。七系統(tǒng)的調(diào)試1、調(diào)試順序說(shuō)明 由于Multisim中沒(méi)有CD4553這個(gè)元件，我們用Proteus進(jìn)行模擬。這是我模擬的電路。然后我們用實(shí)驗(yàn)室的元件在面包板上連接電路。最后出來(lái)數(shù)據(jù)。 2、調(diào)試步驟的具體說(shuō)明. 在CD4553與4數(shù)碼管的連接中，在選取三極管的類(lèi)型進(jìn)行了仔細(xì)的研究，由于我們用的是共陽(yáng)極三極管，網(wǎng)上并沒(méi)有相關(guān)的模擬圖連接和元件的介紹，而且仿真上面沒(méi)有CD5631BH，我們就直接用三片分開(kāi)的數(shù)碼管分別接電源，分別連線，因?yàn)镈S0DS2輸出的是低電平，所以要先拿反向器變成高電平，然后通過(guò)三極管的基極，集電極接電源，發(fā)射極接數(shù)碼管，當(dāng)DS0DS2出現(xiàn)一個(gè)低電平，三極管導(dǎo)通，電流從Vcc出來(lái)進(jìn)入一個(gè)數(shù)碼管使它亮，然后4553一個(gè)一個(gè)的掃描，數(shù)碼管一個(gè)一個(gè)的顯示，由于人的視覺(jué)暫停，看到的是三個(gè)管子同時(shí)亮。最后調(diào)試成功。在連接實(shí)物電路時(shí)我們連接電路上電后發(fā)現(xiàn)三個(gè)管子都亮了但是亮的不太對(duì)，出現(xiàn)了似9似6的顯示，在這之前，我們查閱不到關(guān)于CD5631BH共陽(yáng)極數(shù)碼管的管腳圖，但是共陰和共陽(yáng)數(shù)碼管卻有著大多數(shù)的相似之處，我們用4接干電池作為Vcc專(zhuān)門(mén)對(duì)共陽(yáng)極數(shù)碼管做了每一位的測(cè)試，發(fā)現(xiàn)ag的連接和共陰極是一樣的，3端是小數(shù)點(diǎn)的輸出，共陽(yáng)極數(shù)碼管的特點(diǎn)是每個(gè)管子通過(guò)開(kāi)光三極管接電源，我們需要連接的部分都是低電平有效的，一開(kāi)始小數(shù)點(diǎn)的直接與中間位置三極管的輸出（發(fā)射極）相連是沒(méi)有輸出的，但是最后發(fā)現(xiàn)通過(guò)一個(gè)反向器再接回三極管的輸出就可以很好的顯示中間那位的小數(shù)點(diǎn)了。然后是對(duì)每一段的調(diào)試，我們發(fā)現(xiàn)在4553控制數(shù)碼管的3個(gè)端中，第二個(gè)和第三個(gè)是和說(shuō)明書(shū)相反的，要飯過(guò)來(lái)接數(shù)碼管才可以很好的顯示00.0，這點(diǎn)是與共陰極不同的地方。最后就是不能很好的清零的問(wèn)題了，一開(kāi)始我們把4553的14管腳和15管腳直接連接，發(fā)現(xiàn)99.9不能到00.0,總是到10.0或者11.1這樣的數(shù)，我們查閱資料發(fā)現(xiàn)，這兩個(gè)端并不能直接的相連，當(dāng)OVF到高電平時(shí)MR清零，這從理論上講是沒(méi)有問(wèn)題的，但是在電路中，MR輸出的高電平的信號(hào)強(qiáng)度并不被VOF很好的采集，導(dǎo)致無(wú)法正常清零，所以我們用專(zhuān)門(mén)的芯片加以供電，我們用兩個(gè)與非門(mén)把它反了兩次接回來(lái)，發(fā)現(xiàn)可以很好的清零，因?yàn)橥ㄟ^(guò)反向器，把這個(gè)高電平整形，讓MR承認(rèn)這是高電平。最后成功做出來(lái)了。八附錄1 系統(tǒng)的實(shí)際連線圖 （注：要求標(biāo)出電路中元器件的具體參數(shù)值） 2 元器件識(shí)別方法和檢測(cè)方法；芯片管腳圖及功能表 1）紅外光電傳感器由光耦合器發(fā)光二極管和光敏晶體管組成，其輸出特性與晶體管相似，但其電流傳輸比IC/ID比晶體管的電流放大倍數(shù)小得多，一般只有0.10.3，響應(yīng)時(shí)間一般約為10s。 2）CD40106芯片資料 CD40106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CD40106由六個(gè)施密特觸發(fā)器電路組成。每個(gè)電路均為在兩輸入端具有施密特觸發(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(kāi)、關(guān)。上升電壓(VT+)和下降電壓(VT-)之差定義為滯后電壓。3）CD4553芯片 CD4553組成方框圖 CD4533管腳部分引腳功能：DS1、DS2、DS3：位選通掃描信號(hào)的輸出，這3端能循環(huán)地輸出低電平，供顯示器作為位通控制。 Q0、Q1、Q2、Q3：BCD碼輸出端，它能分時(shí)輪流輸出3組鎖存器的BCD碼。 CD4553內(nèi)部雖然有3組BCD碼計(jì)數(shù)器（計(jì)數(shù)最大值為999），但BCD的輸出端卻只有一組Q0Q3通過(guò)內(nèi)部的多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)能分時(shí)輸出個(gè)、十、百位的BCD碼，相應(yīng)地，也輸出3位位選通信號(hào)。真值表：輸入輸出RCLINHLE0 00不變000計(jì)數(shù)01不變010計(jì)數(shù)010不變00不變0鎖存01鎖存10Q1=Q2=Q3=Q4=0 4）CD4543管腳圖 真值表:5）發(fā)光二極管（LG5631AH）： 6）4位二進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器74LS161引腳圖及功能表1 異步清零 2 CP 脈沖 上升沿觸發(fā)3 4 5 6 置數(shù)端 7 10 計(jì)數(shù)接高電源（高電平）8 接地 9 同步置數(shù)端11 12 13 14 輸出端 15 進(jìn)位輸出 從74LS161功能表功能表中可以知道，當(dāng)清零端CR=“0”，計(jì)數(shù)器輸出Q3、Q2、Q1、Q0立即為全“0”，這個(gè)時(shí)候?yàn)楫惒綇?fù)位功能。當(dāng)CR=“1”且LD=“0”時(shí)，在CP信號(hào)上升沿作用后，74LS161輸出端Q3、Q2、Q1、Q0的狀態(tài)分別與并行數(shù)據(jù)輸入端D3，D2，D1，D0的狀態(tài)一樣，為同步置數(shù)功能。而只有當(dāng)CR=LD=EP=ET=“1”、CP脈沖上升沿作用后，計(jì)數(shù)器加1。74LS161還有一個(gè)進(jìn)位輸出端CO，其邏輯關(guān)系是CO= Q0Q1Q2Q3CET。合理應(yīng)用計(jì)數(shù)器的清零功能和置數(shù)功能，一片74LS161可以組成16進(jìn)制以下的任意進(jìn)制分頻器。 7）74LS21 引腳圖 及功能表 1A-1D 輸入 2A-2D 輸入7 接地 14 電源 8）74LS001 2 輸入 3 輸出14 電源 7 接地4個(gè)與非門(mén)9 收獲和體會(huì)首先，通過(guò)這次實(shí)驗(yàn)讓我接觸到了很多陌生的芯片，CD4553,CD4543紅外光電感應(yīng)器等等。我們進(jìn)行multisim仿真，可是軟件里沒(méi)有CD4553,CD4543以及LG5631AH。于是我們又