电子技术课程设计 - 自行车转程计数器的设计
更新时间:2024-06-30 07:46:01 阅读量: 综合文库 文档下载
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电子技术课程设计报告
设计课题: 自行车转程计数器的设计
姓 名: 小尧工作室 学 院: 工 学 院 专 业: 机械设计制造及其自动化 班 级: 10级(3)班
学 号: ######## 日 期
2012年05月10日——2012年05月27日
指导教师: 孙 燕
安徽农业大学工学院
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目录 CONTENT
1. 绪论??????????????????????????3 2.设计目的及要求?????????????????????3 3.课程设计报告内容????????????????????4 1)实验原理??????????????????4-5
2)元器件及电路介绍??????????????5-10
4.设计总结???????????????????????10-11 5.附录
(一) 参考文献??????????????????????11-12 (二) 实验电路图?????????????????????13
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绪 论
随着时代的进步,自行车似乎已经逐渐淡化出了人们的视角。当你每天风尘仆仆的挤上拥挤的公交车的时候,你是否想过了自行车的舒适?当你惬意的坐在小汽车里面的时候,你是否想过久违了的朴素?当你重新将目光聚焦在自行车上面的时候,你可知道自行车给人类的历史进步做出了多大的贡献?
阳光明媚,再次骑上自行车外出的时候,如果忘记带了手表,你是否急切想知道自己究竟骑了多远?你也许说不清,至少是说不准的。那么就让我们一起来设计一个可以测量自行车转程的电路吧。科技改变生活,科技的力量很伟大。
试想一下,如果我们通过一个特殊的距离检测机构,将行走的距离机械的记录下来,再通过一个计数的部分来实现简单的记录,我们就可以通过简单的规则读出所走过的路程了,是不是很神奇?就让我们开启这一神奇的电子之旅吧。
2.设计目的及要求
【一】.设计目的
1) 本实验是一个独立的小型课程设计性实验。主要步骤包括:根据给出的问题,设计
解决问题的电路,通过理论计算,选择合适的元器件,进行电路搭建和调测,写出设计和实验报告。
2) 通过设计和实验,启发学生的思维,激发学生进行电子设计的兴趣,检验学生的独
立实验能力。
【二】.设计要求
设计一个以100m为单位的有两位计数单元的自行车转程表。(自行车的车轮半径为32cm)
1) 计数器的进制搭接处理 2) 译码、显示电路的设计 3) 时序电路的设计 4) 绘制面向应用的电路 5) 直流供电电路的设计 6) 元器件参数设计及选择
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3.课程设计报告内容
1)实验原理
通过分析,要实现计程,电路必须包括距离检测部分及计数部分,其大致设计框架如下所示。
显示电路 译码器 显示器节点电路 传感器 分频器 计数器 计算器清零按钮 由上述设计框架,通过分析,我们不难得到该自行车转程计数器的结构框图如下所示。
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通过传感器(此处选用磁传感器——霍尔集成块),将磁信号转化为电信号。当车轮转动一圈的时候,磁传感器输出两个磁脉冲。磁传感器输出的次脉冲数N为:(100/D)×2,为了以100m为计程单位进行计数,需用一个1/N分频电路对磁脉冲进行分频。分频器输出n个磁脉冲,就会输出一个路程脉冲。通过计算路程脉冲的个数,从而可以得到自行车行走的距离。
2)元器件及电路介绍 a) 距离检测机构
检测就是用传感器测量出转动圈数。再将圈数换算成距离。传感器可选用霍尔集成块,它是一个磁传感器,是霍尔元件和放大用集成电路一体化的组合件,其功能是把磁信号变换成电信号。将永久磁铁安装在车轮上,霍尔集成块固定在距永久磁铁5 mm左右的适当位置时,可检测出车轮转动圈数并输出检测出的脉冲。为提高准确度,可在车轮上安装两块永久磁铁。这样,当车轮转动一圈时,磁传感器输出两个磁脉冲。 把圈数换算成距离用公式D=2 πr就可以完成。设车轮半径r=32 cm,则车轮转一圈行过的距离为D=2×3.14×26≈201 cm。据设计要求以100 m为计程单位,则自行车行过一个计程单位即.100 m时,磁传感器输出的磁脉冲数N为
N=(100/1.63)×2≈100
为实现以100 m为计程单位进行计数,需用一个l/100的分频忠路对磁脉冲进行分频,即分频器输入100个磁脉冲,输出1个路程脉冲。通过累计路程脉冲的个数,就可以换算出自行车行过的距离。下面介绍l/100分频电路。
(提示) 选用12级二进制计数器4040与8输入与非门组成分频器。4040内部是由12级CMOS D触发器串联组成,12级的最大分频数为1/212=1/4 096。12位的输出端分别为Q1,Q2,?Q12,因此各输出端的分频数分别为1/21,1/22,?,l/212。把二进制计数器作成l/N的分频器,也就是计满N个脉冲输出一个脉冲,该脉冲还要把各级计数器再次清零,以便重新计数,这里N=100。
从计数器的输出端Q1~Q12,用4068与非门电路检测出时钟数N,,100对应的Q值是Q1=20=1,Q2=21=2, Q6=25=32,Q7=26=64,当这些输出端皆为高电平时,即
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1+2+32+64=100时,本级输出一个脉冲,同时使CD4040自身复位,也可以按下开关S2进行手动复位。
10进数 二进制数H为“1”,L为“0” Q4=(8) Q3=(4) Q2=(1) Q1=(0) 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 2 0 0 1 0 3 0 0 1 1 4 0 1 0 0 5 0 1 0 1 6 0 1 1 0 7 0 1 1 1 8 1 0 0 0 9 1 0 0 1 10 1 0 1 0 11 1 0 1 1 12 1 1 0 0 13 1 1 0 1 14 1 1 1 0 15 1 1 1 1
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图1-1 4040真值表、管脚图及1/N分频器的波形图
b) 脉冲计数机构
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计数机构由BCD计数器4518、BCD七段译码器/驱动器45ll及七段LED数码显示器组成。4518双BCD加法计数器由两个具有时钟功能的BCD加计数器电路组成,管脚图如图3-32所示。计数器由D型触发器组成,当4518的Resert 端为高电平或加正脉冲时,输出端Q1-Q2都为低电平L,是复位状态。Resert端为L且时钟使能端为H时,用时钟CP上升沿就可顺次计数了,当时钟CP端固定为低电平且EN端作输入时,是脉冲的下降沿计数。其真值表如表1-3:
表1-3 4518芯片真值表 CP ↑ 0 0 ? ↑ 1 ? EN 1 ↓ ? ↑ 0 ↓ ?
Reset 0 0 0 0 0 0 1 功能 加计器 加计器 不变 不变 不变 不变 Q1~Q4=0 c) 数字显示电路
4511是BCD七段锁存器/译码器/驱动器,其功能是将BCD代码转换成七段输出,能直接驱动共阴极七段LED数码管 。其管脚图如图1-4所示。
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图1-4 4511及4518的管脚图
将BL输入置于低电平,就可使输出与其它输入无关,使a-g各段全灭。当LT输入低电平时,a-g各段都亮,显示“8”字,可校对LED有无异常。当LE输入为高电平H时,将保持并记忆以前输入的代码。其真值表见表1-5。
表1-5 4511真值表
输入 LE BI LT D C B A Ф Ф 0 ФФФФ Ф 0 1 ФФФФ 0 0 1 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 1 0 1 1 0 0 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 1 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 0 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 0 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 0 0 1 输出 a b c d e f g 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 显示 8 消隐 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 __
_____
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0 1 1 1 0 1 0 ……….. 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 ФФ ФФ
0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 锁 存 消隐 消隐 消隐 锁存 七段LED数码管是指由图3-33那样的7个段a,b,??,g组成显示数字的器件。LED的连接方法分为共阴极和共阳极两种。BCD码7段译码器也有相对应的两种产品。上面的4511BCD译码器是对应于共阴极数码管的,因此这里只介绍共阴极数码管的构成及图形(如图1-6)。
图1-6 共阴极7段LED数码管的构成
4.设计总结
短短的两周为自己的课程设计画上了一个完美的圆圈,将近半个月的时间说长也不长,说短也不短,为了自己的课程设计,每天都很忙,每天都在思考如何能够更好的设计电路。而此次课程设计使我进一步理解了教材的内容,巩固了基本概念,更熟练的应用了相关的知识(比如计数器,译码器),同时也学到了新的知识,新的思维方法,受益匪浅(比如霍尔元件)。
通过这次课程设计使我们懂得了理论与实际相结合是很重要的,只有理论知识是远远不够的,只有把所学的理论知识与实践相结合起来,从理论中得出结论,才能真正为社
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会服务,从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。
第一次做课程设计,新鲜感有,陌生感更有,第一次独自面对这样一个课题,确实具有很大的挑战性,压力自然会有。同时也更加体会到了那些做研究搞学问的教授的不易。通过这次课程设计,不仅学会了简简单单的自行车转程计数电路设计,更加学会了一种研究方法,而且个人认为这样的课程设计对学习理论知识很有帮助。
通过这次课程设计,我把前面所学过的知识又重新温故了一遍。所以,我要更加努力,争取把这些问题解决掉。在以后的学习上,我会有针对性的去做题,不留疑点。在以后的练习中,我会努力的去把握重点,突破难点,掌握典型例题,掌握解题的思路、技巧和方法,不断提高我的答题速度和正确性。
在课程设计过程中,收获知识,提高能力的同时,我也学到了很多人生的哲理,懂得怎么样去制定计划,怎么样去实现这个计划,并掌握了在执行过程中怎么样去克服心理上的不良情绪。
附录一
参考文献
【1】 秦曾煌.电工学(下册)(第六版).北京:高等教育出版社,1988
【2】 清华大学电子学教研组编,童诗白主编。模拟电子技术基础。第二版. 北京:
高等教育出版社,1988
【3】 华中工学院电子学教研室编,康华光主编.电子技术基础:模拟电子技术. 第
三版. 北京:高等教育出版社,1988
【4】 华中工学院电子学教研室编,康华光主编.电子技术基础:数字电子技术. 第
三版. 北京:高等教育出版社,1988
【5】 清华大学电子学教研室编,阎石主编.数字电子技术基础.第三版北京:高等
教育出版社,1989
【6】 湖南大学电子学教研室编,彭介华主编.智能数字电子技术基础.长沙:湖南
大学出版社,1988
【7】 浙江大学电子学教研室编,郑家龙主编.模拟集成电子技术教程. 北京:高等
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教育出版社,1994
【8】 实用电子电路手册(模拟电路分册)编写组编,孙肖子主编.实用电子电路手
册:模拟电路分册.北京:高等教育出版社,1994
【9】 实用电子电路手册(数字电路分册)编写组编,孙肖子主编.实用电子电路手
册:数字电路分册.北京:高等教育出版社,1994
【10】 电子工程手册编委会,集成电路手册分编委会.标准集成电路数据手册:TTL
电路.北京:电子工业出版社,1991
【11】 电子工程手册编委会,集成电路手册分编委会.标准集成电路数据手册:运
算放大电路.北京:电子工业出版社,1991
【12】 电子工程手册编委会,集成电路手册分编委会.标准集成电路数据手册:PAL
电路.北京:电子工业出版社,1991
【13】 电子工程手册编委会,集成电路手册分编委会.标准集成电路数据手册:
CMOS电路.北京:电子工业出版社,1991
【14】 电子工程手册编委会,集成电路手册分编委会.标准集成电路数据手册:
HCMOS电路.北京:电子工业出版社,1991
【15】 电子工程手册编委会,集成电路手册分编委会.标准集成电路数据手册:TTL
CMOS电路.北京:电子工业出版社,1991
【16】 何利民主编.单片机应用文集1.北京:北京航空航天大学出版社,1992 【17】 何利民主编.单片机应用文集2.北京:北京航空航天大学出版社,1992 【18】 华中工学院电子学教研室编,康华光主编.电子技术基础:数字电子技术.
第三版. 北京:高等教育出版社,1988
【19】 《实用电子电路手册(数字电路分册)》编写组编.实用电子电路手册(数
字电路分册). 北京:高等教育出版社,1992
【20】 《实用电子电路手册(模拟电路分册)》编写组编.实用电子电路手册(模
拟电路分册). 北京:高等教育出版社,1993
【21】 电子技术课程设计指导书, 【22】 电子技术教材书;
【23】 电子技术 李良光 主编 合肥工业大学出版社
【24】 电子技术课程设计指导 彭介华 湖南大学 高等教育出版社
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尔霍VDDVCCGND元件OUTVDD10CKLRST111213112345DN6852附录二
4R22.2KVDDR1100K4068401140405631 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 Q8 Q9Q10Q11Q129765324131214151240115ENCKL721LE 45117RQ0Q1Q2Q3126ABCD34563845184BIABCDEFG131211109151476421910ABCDEFGLT330×73VDD
自行车转程计数器实验电路图自行车转程计数器实验电路图
57ENCKL109LE 451115RQ0Q1Q2Q3126ABCD34563845184BIABCDEFG131211109151476421910ABCDEFGLT+C110UF330×7S23VDDVDD13 安徽农业大学工学院
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