電子課程設(shè)計——自行車轉(zhuǎn)程計數(shù)器

1、 電子技術(shù)課程設(shè)計報告題目： 自行車轉(zhuǎn)程計數(shù)器 姓名： 石振龍 學(xué)號： 100102118 班級： 工業(yè)工程1001 成 績： _ 目錄 CONTENT一、 引言 1.1產(chǎn)品設(shè)計背景1.2產(chǎn)品市場前景預(yù)測1.3電路設(shè)計旨在解決的關(guān)鍵問題二、 總體方案設(shè)計 2.1設(shè)計思路及原理框圖 2.2工作過程簡述三、 電路工作原理與仿真結(jié)果 3.1分頻電路原理及其仿真結(jié)果 3.2計數(shù)和結(jié)果顯示電路原理及其仿真結(jié)果 3.3整體電路及其仿真驗證四、 本次課程設(shè)計體會五、 附錄（設(shè)計中涉及到的相關(guān)元件簡介）六、 參考文獻(xiàn)一、 引言1.1產(chǎn)品設(shè)計背景隨著時代的進(jìn)步，城市寬闊的馬路已被各種汽車所占領(lǐng)，幾乎難覓自行車的

2、蹤影。但近幾年來，交通堵塞現(xiàn)象嚴(yán)重，每逢上下班高峰人們總要在焦急中被堵在路上半小時左右。此時，一些熱愛運動的人們似乎又想起來了自行車這一輕巧靈便的代步工具。當(dāng)大多數(shù)人們被堵在看不到頭的馬路上時，他們舒適愜意的騎著自行車穿梭在車水馬龍之間如入無人之境，讓人好生羨慕。周末時間里他們也會約三兩好友，騎著自行車去附近的郊區(qū)、著名景點旅游，既陶冶了情操增強了友誼，又鍛煉了身體。逐漸，自行車運動被一些人又重新所喜愛，產(chǎn)生了一定的市場?，F(xiàn)代科技的進(jìn)步，同時也為自行車運動的復(fù)興注入了強勁的活力，帶來了喜訊。GPS導(dǎo)航儀、變速裝置、減震裝置的配備，使自行車又成為大多數(shù)人樂不釋手的新寵。據(jù)專業(yè)預(yù)測，隨著低碳生活理

3、念得到越來越多認(rèn)可，自行車運動將會在兩三年之內(nèi)掀起一股新的浪潮，其市場前景看好。 1.2產(chǎn)品市場前景預(yù)測雖然現(xiàn)代自行車已裝備了各種高科技的裝備，但是自行車行程計量裝置目前還少有公司研發(fā)。只是少數(shù)名牌自行車廠家會給自己生產(chǎn)的自行車加裝計程裝置，但這些自行車價格昂貴，動輒就接近萬元，這是大多數(shù)平常人難以接受的。然而，這些廠家的自行車計程設(shè)備又不單獨出售。現(xiàn)在在市場上能夠找到的單獨出售的計程裝置，大多是小孩子玩耍的玩具，難以滿足自行車愛好者的需求。故此，隨著自行車使用者的增多和人們對物品高性能的追求，以及自行車計程裝置本身的實用性，我們推斷，此項設(shè)計將會具有較高的經(jīng)濟價值。1.3電路設(shè)計旨在解決的關(guān)

4、鍵問題本實用自行車計程器是一種微電子產(chǎn)品，屬測量儀器領(lǐng)域，適用于各種型號的自行車（含三輪車）。它可通過傳感元件將車輪的轉(zhuǎn)動信號（轉(zhuǎn)數(shù)）輸入一套電子裝置，經(jīng)換算成路程后，最終以數(shù)碼直接顯示出來，從而宣告了自行車這類交通工具無計量里程手段歷史的結(jié)束。它還可方便地取下隨身攜帶，執(zhí)行普通計算器計時、運算的功能，可極大地方便郵政部門、個體交通運輸行業(yè)的廣大職工及眾多的自行車愛好者。其在設(shè)計過程中遇到的關(guān)鍵問題有：1、將自行車駛過的距離通過高性能的傳感器記錄下來，并轉(zhuǎn)換為數(shù)字脈沖信號 2、將計程脈沖轉(zhuǎn)換為路程距離，簡明精確的顯示出來，呈現(xiàn)給儀器使用者。二、 總體方案設(shè)計 2.1設(shè)計思路及其原理框圖 產(chǎn)品電

5、路主體包括：距離檢測、脈沖計數(shù)和結(jié)果顯示三大部分，其大致設(shè)計框架如下所示。顯示電路顯示器節(jié)點電路譯碼器計數(shù)器傳感器分頻器計算器清零按鈕 由上述設(shè)計框架，通過分析，得到該自行車轉(zhuǎn)程計數(shù)器的結(jié)構(gòu)框圖如下所示。 2.2工作過程簡述 首先，當(dāng)車輪轉(zhuǎn)動的時候，通過安裝在車輪處的傳感器（此處選用磁傳感器霍爾集成塊），將磁信號轉(zhuǎn)化為電信號。車輪轉(zhuǎn)動一圈，磁傳感器輸出一個磁脈沖。其次，將車輪的轉(zhuǎn)數(shù)轉(zhuǎn)換為距離，以一定的距離長為計數(shù)單位，計算出所需的脈沖個數(shù)N。用一個1/N分頻電路對磁脈沖進(jìn)行分頻，分頻器輸入信號輸入N個磁脈沖，就會輸出一個路程脈沖信號。通過計算路程脈沖的個數(shù)，從而可以得到自行車行走的距離。最后，

6、通過計數(shù)和顯示裝置將自行車的行程顯示出來。距離檢測機構(gòu) 檢測就是用傳感器測量出轉(zhuǎn)動圈數(shù)。再將圈數(shù)換算成距離。傳感器可選用霍爾集成塊，它是一個磁傳感器，是霍爾元件和放大用集成電路一體化的組合件，其功能是把磁信號變換成電信號。將永久磁鐵安裝在車輪上，霍爾集成塊固定在距永久磁鐵5 mm左右的適當(dāng)位置時，可檢測出車輪轉(zhuǎn)動圈數(shù)并輸出檢測出的脈沖。 把圈數(shù)換算成距離用公式D=2R就可以完成。設(shè)車輪半徑R26cm，則車輪轉(zhuǎn)一圈行過的距離為D2×3.14×26163cm。設(shè)計要求以100 m為計程單位，則自行車行過一個計程單位即100 m時，磁傳感器輸出的磁脈沖數(shù)N為N100÷1

7、.63=61.3564 為實現(xiàn)以100 m為計程單位進(jìn)行計數(shù)，需用一個l64的分頻電路對磁脈沖進(jìn)行分頻，即分頻器輸入64個磁脈沖，輸出1個路程脈沖。通過累計路程脈沖的個數(shù),就可以換算出自行車行過的距離。脈沖計數(shù)機構(gòu) 利用三個二五十進(jìn)制異步計數(shù)器T4290（74290）模塊采用復(fù)位級聯(lián)法鏈接一個999進(jìn)制的計數(shù)電路，當(dāng)距離檢測機構(gòu)輸出一個路程脈沖時計數(shù)一次，該計數(shù)器最大可計量的路程為999*100m=99.9km，用于累計計程。達(dá)最大量程時可自動清零，不可手動清零。此外，在附加一個小量程計數(shù)顯示器，用于短距離計程，計程最大為9.9km，達(dá)最大量程時可自動清零，也可手動清零。數(shù)字顯示電路利用BCD

8、七段顯示器對脈沖技術(shù)機構(gòu)的計數(shù)進(jìn)行顯示，總共利用5塊顯示器，其中3塊用于累計量程的顯示，2塊用于短距離的量程顯示。三、電路工作原理與仿真結(jié)果 3.1分頻電路原理及其仿真結(jié)果選用7個JK觸發(fā)器組合組成分頻器。該分頻器是由7個CMOS JK觸發(fā)器串聯(lián)組成，7級的最大分頻數(shù)為1271128。7級的輸出端分別為Q1,Q2,Q7，因此各輸出端的分頻數(shù)分別為121,122，l27。把二進(jìn)制計數(shù)器作成lN的分頻器，也就是計滿N個脈沖輸出一個脈沖，該脈沖還要把各級計數(shù)器再次清零，以便重新計數(shù)，這里N64。從計數(shù)器的輸出端Q1Q7，64對應(yīng)的Q值是Q62664，當(dāng)Q6輸出端為高電平時，本級輸出一個脈沖。將Q6當(dāng)

9、作計數(shù)輸入脈沖連接到下一環(huán)節(jié)計數(shù)顯示裝置的輸入脈沖上。此外，按下開關(guān)S2可對分頻器RD端加高電平進(jìn)行手動復(fù)位，即清零操作。分頻電路仿真電路圖及其結(jié)果 3.2計數(shù)和結(jié)果顯示電路原理及其仿真結(jié)果計數(shù)和結(jié)果顯示電路仿真及其結(jié)果計數(shù)部分使用若干個74290組成。將其各接線端如上圖所示連接，即為100進(jìn)制和1000進(jìn)制計數(shù)器，此計數(shù)裝置所可以顯示的最大值分別為為99和999，即分別對應(yīng)10公里和100公里的計程。其中10公里表用于短距離計程和顯示，100公里表可用于累計計程。3.3整體電路及其功能仿真驗證（備注：為了電路圖的清晰明了，此處將部分電路的排版做一變化，但是原理不變） 上圖中的信號發(fā)生端實際應(yīng)

10、用中由霍爾傳感器產(chǎn)生，在電路驗證中用64HZ的方波形脈沖信號代替。圖中A、B、C、D為開關(guān)。D用來控制整個電路是否進(jìn)入工作狀態(tài)，ACD用來清除小量程的技術(shù)并將分頻信號清零。此時BCD開關(guān)閉合，A斷開，電路處于計程狀態(tài)，小量程不清零。總計程表顯示為13.4公里，小表顯示為13.4公里。且計數(shù)頻率大約為1S，在此驗證了64分頻電路的準(zhǔn)確性。 圖中DA閉合,BC斷開，電路處于工作狀態(tài)，小量程清零。此時，大表計程為83公里，小表計程為00。驗證了復(fù)位清零電路的準(zhǔn)確性。 綜上，可見電路預(yù)設(shè)的功能全部實現(xiàn)。四、本次課程設(shè)計體會 第一次做課程設(shè)計，新鮮感有，陌生感更有，第一次獨自面對這樣一個課題，確實具有很

11、大的挑戰(zhàn)性，壓力自然也會有。通過這次課程設(shè)計，不僅學(xué)會了簡簡單單的自行車轉(zhuǎn)程計數(shù)電路設(shè)計，更加學(xué)會了一種研究方法，而且個人認(rèn)為這樣的課程設(shè)計對學(xué)習(xí)理論知識很有幫助。本次課程設(shè)計給了我很深的印象，一個完整的設(shè)計不僅需要對課本知識理論扎實的掌握，還需要對實際動手能力的掌握。比如，在連接T4290電路和分頻電路的過程中，我遇到了書上和ewb軟件所使用電子元器件不要一致的畫法，一開始是茫然不知所措，試了許多種接法，但就是沒有預(yù)期結(jié)果出現(xiàn)。后來，通過查閱網(wǎng)上資料和圖書館相應(yīng)的書本才將一個平時在紙上一兩分鐘就可設(shè)計出來的電路花費了10多個小時才連接好。連接完電路，還必須要考慮，電路圖的整體布局，這不僅要求

12、電路圖看起來美觀大方，還必須考慮到閱讀設(shè)計報告的人所一目了然的理解我們的電路設(shè)計。在電路設(shè)計的過程中我也得到了許多同學(xué)、學(xué)長和老師的幫助，他們?yōu)槲业碾娐吩O(shè)計提供了許多有用的幫助。比如，在設(shè)計分頻電路中，老師給以思路指導(dǎo)，設(shè)計完成之后，還建議我為計量裝置加上小量程以增加裝置的實用和合理性；在電路初始設(shè)計時，鄭羽辰同學(xué)也給了我許多許多的幫助，再次我只能說一聲謝謝你們了，可能盡管顯得有些許矯情。課程設(shè)計雖然只有一周，而且是考試之前忙碌的一周，但我覺得我真的學(xué)到了許多知識，因為此刻我發(fā)現(xiàn)，我學(xué)了將近15年的知識真真正正的可以變成成果，這讓我對自己有了一個重新的認(rèn)知。五、附錄（設(shè)計中涉及到的相關(guān)元件簡介

13、）霍爾集成塊：霍爾轉(zhuǎn)速傳感器的主要工作原理是霍爾效應(yīng)，也就是當(dāng)轉(zhuǎn)動的金屬部件通過霍爾傳感器的磁場時會引起電勢的變化，通過對電勢的測量就可以得到被測量對象的轉(zhuǎn)速值?；魻栟D(zhuǎn)速傳感器的主要組成部分是傳感頭和齒圈，而傳感頭又是由霍爾元件、永磁體和電子電路組成的?；魻栟D(zhuǎn)速傳感器的工作原理霍爾轉(zhuǎn)速傳感器在測量機械設(shè)備的轉(zhuǎn)速時，被測量機械的金屬齒輪、齒條等運動部件會經(jīng)過傳感器的前端，引起磁場的相應(yīng)變化，當(dāng)運動部件穿過霍爾元件產(chǎn)生磁力線較為分散的區(qū)域時，磁場相對較弱，而穿過產(chǎn)生磁力線較為幾種的區(qū)域時，磁場就相對較強。霍爾轉(zhuǎn)速傳感器就是通過磁力線密度的變化，在磁力線穿過傳感器上的感應(yīng)元件時，產(chǎn)生霍爾電勢?；魻栟D(zhuǎn)速傳感器的霍爾元件在產(chǎn)生霍爾電勢后，會將其轉(zhuǎn)換為交變電信號，最后傳感器的內(nèi)置電路會將信號調(diào)整和放大，輸出矩形脈沖信號。霍爾轉(zhuǎn)速傳感器的測量方法霍爾轉(zhuǎn)速傳感器的測量必須配合磁場的變化，因此在霍爾轉(zhuǎn)速傳感器測量非鐵磁材質(zhì)的設(shè)備時，需要事先在旋轉(zhuǎn)物體上安裝專門的磁鐵物質(zhì)，用以改變傳感器周圍的磁場，這樣霍爾轉(zhuǎn)速傳感器才能準(zhǔn)確的捕捉到物質(zhì)的運動狀態(tài)。測轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)數(shù)，在非磁性材料的圓盤邊上粘一塊磁鋼，霍爾傳感器放在靠近圓盤邊緣處，圓盤旋轉(zhuǎn)一周，霍爾傳感器就輸出一個脈沖，從而可測出轉(zhuǎn)數(shù)（計數(shù)器），若接入頻率計，便可測出轉(zhuǎn)速。如果把開關(guān)型霍爾傳感器按預(yù)定位置有規(guī)律地布