数电课程设计

-1-《数字电子技术基础》课程设计任务书专业：14电气工程及其自动化班级：学号：姓名：指导教师：余剑二零一六年十二月十四日《数字电子技术基础》课程设计任务书专业：14电气工程及其自动化班级：二班学号：140712038姓名：.............指导教师：余剑二零一六年十二月十四日-2-目录一、课程设计目的及指标……………………………………………3三、拟定系统方案框图……………………………………………4四、单元电路的设计…………………………………………………64.1.1速度显示器设…………………………………………64.1.2显示电路的设计……………………………………74.1.3速度显示器总电路图…………………………………94.2脉冲电路设计………………………………………104.3.1行车里程计费……………………………124.3.2等候里程计费………………………………134.3.3起步价计费………………………………14五、总的费用显示电路设计………………………………………15六、总电路图………………………………………………………16七、元器件明细表…………………………………………………17八、小结……………………………………………………………18九、参考文献………………………………………………………19-3-课程设计（论文）题目：出租车自动计费器一、课程设计目的及指标1）用3位数码管显示总的金额，最大值为99.9元。2）起步价为6元，里程为3公里。3）车轮旋转一圈(设周长为3米)，里程传感器发一个脉冲。单价为1.60元/公里。4）等待单价是0.1元/分钟。车行过程中的等待也计费。5）计费器按1角为单位累加，不足1角不加。6）单价显示，等待计费，正常行驶计费。7）行驶速度动态显示，四位显示，精度0.1公里/小时。8)可以在当地的物价调整时改变起步价和每公里的单价。二、课程设计进度时间设计内容备注第一、二天方案的确定以及总框架构造第三、四天速度显示器电路的设计第五、六天脉冲电路的设计第七、八天里程计数及计价电路的设计及总电路图第九、十天元器件明细表和设计总结及参考文献三、拟定系统方案框图1.本文设有两种方案：方案1本系统主要由四大块组成：行程里数及显示电路、等候时间电路、起步价设置电路和速度显示电路。以Multism7软件作为开发平台，采用图形方式创建电路、构造电路、调用元器件和测试仪器，该工作平台可以对电子元器件进行一定-4-程度的非线性仿真不仅测试仪器的图形与实物相似，而且测试结果余实际试调基本相似。该设计不仅实现了显示计程车计费的功能，其多功能表现在它可以显示计程车累计走的路程和里程单价还有行驶速度显示。方案2汽车行驶时，里程传感启将里程数转换成与之成正比的脉冲个数，然后计数译码电路变成收费金额。里程传感器由磁铁和干簧管组成，磁铁置于变速器涡轮上，每行驶100米，磁铁与干簧重合一次，即输出一个信，则10个脉冲/公里（设P3）.里程单价（设1.6/公里）可由两位（B2=2\B1=1）BCD拨码开关设置，经比例乘法器后将里程计费变换成脉冲数P1=P30。由于P3=10，则P1微16个脉冲，脉冲当量为0.1元/脉冲。同理，等车计费也可以转换成脉冲当量，这需要由脉冲发生器产生10个脉冲/10分钟（设为P4），如果等车单价为1元/10分钟（置B4=0、B3=10），速度计数-5-经比例乘法器后将等车计费变换成脉冲数P2=P4(0B4+0.1B3)。由于P4=10，则P2为10个脉冲，即得到相同的脉冲当量为0.1元/脉冲。同理，起步价（设3元）也可以转换成脉冲数（P0=单价/当量=5/0.1=50个脉冲)或者将P0作为计数器的预置信号（框图所示）。最后行车费用转换成脉冲总数P=P0+P1+P2，其结果用译码显示器显示。2.方案的分析和比较比较方案的标准有三：一是技术指标的比较，哪一种方案完成的技术指标最完善的；二是电路简易的比较，哪一种方案在完成技术指标的条件下，最简单、容易实现；三是经济指标的比较，在完成上指标的情况下，选择价格低廉的方案。经过比较后确定一个最佳方案。在技术方面方案一和方案二都能都很完善，都能满足要求。在电路简易程度上，方案一比方案二简单，方案二需加入比例乘法器，和求和装置，而方案一不需要。经济指标上，方案一需要的都是基本数电原件，而方案二需要的比例乘法器价格较高，需要原件数量上基本相等，所以方案一比方案二经济，综上所述，方案一最优，所以本设计确定选择方案一！四、单元电路的设计-6-4.1.1、速度显示器设置本设计先通过霍尔式传感器采集车轮每转一圈所产生的传感脉冲，但这个脉冲一个不规则的方波信号且信号幅度很小，所以要通过放大电路和整形电路对采集的脉冲进行处理，再通过计数器记录产生脉冲的个数，最后通过译码器和数码管对汽车的速度进行显示。本设计简单易懂，操作起来容易，而且较节省费用。4.1.2显示电路的设计本设计采用四位同步二进制计数器74160，当RCO=LOAD′=ENP=ENT=1时，电路工作在计数状态，图中与非门G起译码作用，当电路进入1010状态时，它输出低电平信号。SR锁存器Q′端输出低电平作为计数器的置零信号。若计数器从0000状态开始计数，则第十个计数输入脉冲上升沿到达时计数器进入1010状态，G输出低电平，将SR锁存器置1，Q′端低电平立刻将计数器置零。这时虽然G输出的低电平信号随之消失了，但SR锁存器的状态仍保持不变，因而计数器的置零信号得以维持。直到计数脉冲回到低电平以后，SR锁存器被置零，Q′端的低电平信号才消失。可见，加到计数器RCD端的置零信号宽度与输入计数脉冲高电平持续时间相等。让一个脉冲的持续时间为一秒，则十个脉冲为十秒，十秒一置零，可使采样周期为十秒。为了能以十进制数码直观的显示数-7-字系统的运行数据，本设计使用七段数码管，这种数码管的每个线段都是一个发光二极管，并且数码管中还在右下角处增设了一个小数点，形成了所谓的八段译码器，八段发光二极管的阴极是做在一起的，属于共阴极类型发光二极管使用的材料与普通的硅二极管和锗二极管不同，有磷砷化镓、磷化镓、砷化镓等几种，而且半导体中的杂质浓度很高。半导体数码管不仅具有工作电压低、体积小、寿命长、可靠性高等优点，而且响应时间短，亮度也比较高。BCD译码器的输入是一位BCD码（以D,C,B,A表示），输出是数码管各段的驱动信号，也称4-7译码器。用它驱动共阴LED数码管，则输出应为高电平，即输出为高时，相应的显示段发光。本设计采用7448BCD译码器。霍尔式传感器利用霍尔效应使转盘的输入轴与被测转轴相连，当被测转轴转动时，转盘随之转动，固定在转盘的霍尔传感器便可在每一个小磁铁通过时产生一个相应的脉冲，检测出单位时间的脉冲数，便可知被测转速。根据磁性转盘上磁铁数目多少就可确定传感器测量转速的分辨率。由于霍尔式传感器输出的脉冲信号是一个不规则的方波信号且信号幅度很小，所以必须进行信号的放大整形。放大电路采用三极管组成，则整形电路应用了施密特触发器，可使其变成规则的矩形波，每个脉冲代表汽车行进了0.001公里，接着将处理过的信号脉冲接入四位同步二进制计数器74160，当RCO=LOAD′=ENP=ENT=1时，电路工作在计数状态，图中与非门G起译码作用，当电路进入1010状态时，它输出低电平信号。-8-SR锁存器Q′端输出低电平作为计数器的置零信号。若计数器从0000状态开始计数，则第十个计数输入脉冲上升沿到达时计数器进入1010状态，G输出低电平，将SR锁存器置1，Q′端低电平立刻将计数器置零。这时虽然G输出的低电平信号随之消失了，但SR锁存器的状态仍保持不变，因而计数器的置零信号得以维持。直到计数脉冲回到低电平以后，SR锁存器被置零，Q′端的低电平信号才消失。可见，加到计数器RCD端的置零信号宽度与输入计数脉冲高电平持续时间相等。让一个脉冲的持续时间为一秒，则十个脉冲为十秒，十秒一置零，可使采样周期为十秒。最后一个计数器采用二进制计数器，使其只能输出到2，让速度表的的显示值小于300Km/h。然后将其输出的BCD码输入到7448BCD译码器中，用它驱动共阴LED数码管，则输出应为高电平，即输出为高时，相应的显示段发光。然后就LED数码管就能显示汽车的速度了。-9-4.1.3整体电路图-10-4.2脉冲电路设计根据实际情况大约估计出租车60公里/小时，即0.06秒/米，由于每10米一个脉冲，行程里程及起步电路则是60毫秒/脉冲。而等候电路为6秒/脉冲。实现此电路我用555多谐振荡器构成。为了减少实验测量时间，我把脉冲周期都缩小了1000倍，即0.06毫秒/脉冲和6毫秒/脉冲。设计电路图及仿真波形图如下：-11--12-4.3里程计数及计价电路4.3.1行车里程计费行车里程计费的电路将汽车行驶的里程数转换成与之成正比的脉冲个数，然后由计数译码电路变成收费金额，在出租车转轴上加装传感器，以便获得“行驶里程信号”。若每前进10米发一个脉冲到一公里，则输出100个脉冲，需要有一个脉冲发生器产生与等候时间成正比的脉冲信号，然后选用BCD码乘法器将里程脉冲数乘以每公里的单价比例系数，由于器件有限，所以此部分通过预算直接将计费电路的里程计费变换为脉冲个数。由于单价为1.6元/公里，则可以用160脉冲代替，，即一个脉冲当量为0.01元/脉冲。0.06豪秒脉冲驱动160进制计数器表示。-13-4.3.2等候里程计费与里程计费一样，需要把等候时间变成脉冲个数，且每个脉冲所表示的金额（当量）应与里程计费等值，即0.01元/脉冲。也需要有一个脉冲发生器产生与等候时间成正比的脉冲信号。此过程计费为1元/10分钟，即0.1元/分钟，所以可以用10个脉冲代替起价计费。所以等候时间用10进制计数器表示。如下图8所示：-14-4.3.3起步价计费此电路也按当量将起步价转换成脉冲个数，由于起步价为6元，所以用600个脉冲代替，即用600进制计数器表示。如下图9所示：-15-五、总的费用显示电路设计总的费用显示用000—999一千进制表示，最高费用为99.9元。经测试仿真满足要求，其电路如下图所示：-16-六、总电路图-17-七、元器件明细表元器件名称数量备注555定时机器2构成脉冲电路192计数器11十进制计数器单掷开关2控制起价电路双掷开关1控制行程里程显示器译码器11显示数字电阻42个290欧姆2个28.8欧姆滑动变阻器1与非门2控制总电路或门2控制总电路电容42个0.1uf2个0.01uf电源电压vcc1-18-八、小结通过本次设计，我通过下载和学习教程，查资料，做练习系统的自学了MultiSim10软件。在对MultiSim10软件的运用有了一定的熟练程度后，我才开始着手本次设计。在设计过程认真查阅相关的知识，极大地拓宽了我的知识面,我感到收获不小。从开始熟悉这些知识到对整体设计的了解，再从概要设计、详细设计到利用软件绘制原理图，以及最后的调试，整个过程感觉很充实。虽然遇到了不少困难，但当我通过自己查资料，与同学互讨论，而设计出解决方案并成功实现时，那种成就感和满足感足以忘却所有的辛苦。但是由于自己知识的不足，所以该设计还有许多不尽如人意的地方，可能在实际应用中有些功能不到位。由于我的知识浅薄，经验不足及阅历颇浅，因此，该设计还存有一些不足，比如功能过少，计价有限等问题，我会在工作的使用过程中，根据工作的具体要求不断的修改，完善，争取使该系统慢慢趋向完美。经过这段时间的课程设计，确实学到了不少的东西，同时也深感自己知识的欠缺。在以后的学习工作中，一定要继续坚持不段地学习新兴的专业知识及相关的非专业知识，只有这样才能紧跟时代的潮流。-19-九、参考文献[1]康华光《电子技术基础》（第五版），高等教育出版社出版[2]毕满清《电子技术实验与课程设计》（第三版）机械工业社[3]阎石《数字电子技术基础》（第五版）北京高等教育出版社