电子速度表-课设实验报告

1603382970258-1-目录一、设计指标与技术要求----------------------------------------------------21.1设计题目-----------------------------------------------------------------21.2设计任务----------------------------------------------------------------21.3设计参考方案------------------------------------------------------------21.4设计要求----------------------------------------------------------------31.5发挥部分----------------------------------------------------------------31.6参考元器件--------------------------------------------------------------3二、设计方案及原理--------------------------------------------------------------------------------------42.1速度脉冲检测电路--------------------------------------------------------52.2门控电路----------------------------------------------------------------62.3计数译码显示电路--------------------------------------------------------82.4仿真电路---------------------------------------------------------------132.5TTL和COMS电路比较-----------------------------------------------------14三、实验与调试------------------------------------------------------------163.1实验器材---------------------------------------------------------------163.2数据计算---------------------------------------------------------------183.3电路调试及故障排查-----------------------------------------------------18四、心得体会---------------------------------------------------------------21五、其它-----------------------------------------------------------22参考书目------------------------------------------------------------------22参考网站------------------------------------------------------------------22附录1----------------------------------------------------------------------23附录2----------------------------------------------------------------------241603382970258-2-一、设计指标与技术要求1.1设计题目：电子速度表（自行车、电动车、摩托车用）1.2设计任务：根据车轮周长、辐条数和车轮转数等参数设计、调试完成一个进行车用速度表，要求具有根据不同车型随时进行调整的功能，以保证速度表显示的正确。1.3设计参考方案：通过测量在单位时间内通过红外光电传感器的轮辐数，折算出车轮走过的距离，即每秒通过多少根辐条等于1公里/小时的速度。时速值按十进制由数码管显示。假定车速为1公里/小时，那么车轮每秒走过的距离为100000厘米/3600≈27.8厘米。因测的是每秒通过光电传感器的辐条数，故须将27.8厘米/秒化作多少根辐条/秒，两根辐条间的轮周长=轮周长/辐条数。对于每小时一公里的速度，相当于每秒通过的辐条数为27.8厘米/辐条间轮周长（即门控脉冲的频率），此数的倒数即为每通过一根辐条所需要的时间（秒）。如果在此时间内通过1根辐条即表示速度为1公里/小时，若通过20根条，则车速为20公里/小时。显然为获得0.1公里的精度，设计按0.1公里/小时计算。相应的调整措施为：只须调整门控脉冲振荡器即可。方法是给计数器CP端输入一个100Hz的脉冲信号，然后调整门控电路的周期（由RC参数决定，调整其中的电阻即可），使显示数为每通过一根辐条所需的时间乘以100，这也是轮辐计数器在门控电路所提供的一个锁存信号的信号周期之内计得的最大数，如果每通过一根辐条所需要的时间较短，则可用1KHz的脉冲信号（或更高频率的脉冲信号）进行调整。原理框图：红外传感器脉冲整形轮辐计数器译码驱动器数码管显示速度值门控脉冲电路锁存信号整形复位信号1603382970258-3-1.4设计要求：⑴显示数字为3位，精度为0.1公里，即(00.0—99.9公里)⑵数码管要有小数点显示，即个位与十分位之间的小数点要亮起来。⑶标明所设计的条件（轮周长、辐条数等）。给出根据不同车型进行调整的依据。⑷结构简单、所用器件尽量少、便于调整、成本低。⑸所用芯片、元件等在参考元器件范围内选择。1.5发挥部分：从实用角度考虑，尝试加上你认为需要完善、改进的功能（如节电功能）1.6参考元器件：CD40106、NE555、CD4553、CD4543（CD4511）、三位数码显示管（共阴或共阳都可）、三极管（NPN或PNP）、红外光电传感器、电位器、电阻、电容若干。1603382970258-4-二、设计方案及原理我们所选择的方案的原理图如下（在具体实验操作时，我们用CD4543替代CD4511）：此电路由速度脉冲检测电路、计数译码显示电路和控制电路三部分组成。工作原理是：用前轮支撑脚的两侧，轮胎稍下处的光电传感器将检测到的脉冲经过整形后输入CD4553的时钟脉冲CP端，并用由施密特触发器（CD40106）组成的多谐振荡器，控制由3位BCD计数器CD4553和BCD锁存/7段译码器CD4511（或CD4543等）及3位共阴极（或共阳极）数码显示管组成的计数译码显示电路，共同组成速度表。信号接收基本原理如下：1603382970258-5-2.1速度脉冲检测电路：速度脉冲检测电路采用红外光电传感器，它由发光二极管作为发射端，光电三极管作为接受端组成。光电传感器的二极管大多采用砷化镓红外二极管，接收三极管输出电流较小，在0.5-5毫安左右,接收三极管与晶体三极管组成的达林顿输出型，输出电流可达20-30mA，可以直接驱动继电器等功率器件。下表是光电传感器的基本参数。车轮辐条在发射端与接受端之间每挡光一次，便可在输出端产生一个脉冲信号，该信号经施密特触发器整形后送入CD4553的时钟脉冲接受端CP端以作为计数脉冲。在对电路进行调整时，应在CD4553的时钟脉冲接受端加一定频率（其大小应视具体情况而定）的方波信号进行调整，使数码显示器显示为理想值。施密特触发器（CD40106）具有波形整形作用，同时又具有反相、延时、波形变换、检幅等功能，其管脚排列如下图所示：1603382970258-6-当信号进入施密特触发器以后，信号波形的边沿会变得很陡，因而被整形，如下图所示：2.2门控电路：本电路的门控电路部分用于向CD4553提供锁存信号和复位信号，其原理如下图所示：由施密特触发器、电容值为C=10uF的电容、阻值为R2=100KΩ的电阻、总阻值为R1=100KΩ的电位器组成的多谐振荡器，可将电容上的周期性振荡的积分波形变换为周期可调的方波信号，如下图：且该多谐振荡器所产生的矩形脉冲信号的周期为DDT-T+DDT+T-V-VVT=RCln()V-VV，（这里的R为充放电电流所流经的电阻），因此通过调节电位器便可获得所需要1603382970258-7-的方波信号，使其周期为每通过一根辐条所需要的时间（秒）。当然多谐振荡器亦可由555定时器搭成，相应的方波信号的周期计算公式为12(2)ln2TRRC（其中1R可调），其基本原理为三极管的集电极经电位器1R接电源获得反相输出，再经过积分电路送入到555定时器的2和6端，当电容器两极间的电压Vc在DD1V3与DD2V3之间变化时，便可在多谐振荡器的输出端得到方波信号，如下图：所产生的方波信号经施密特触发器缓冲整形后送入微分电路进行微分运算，可以在微分电路的输出端得到很窄的正负脉冲，如下图：此微分波形再经施密特触发器整形便可作为锁存信号加到CD4553的LE端（锁存端）。对于CD4553而言，其锁存信号为低电平有效，即在LE端为低电平时，才送数。锁存信号再经微分运算，及两级施密特触发器的整形、延时后可以得到复位信号以加到CD4553的R端（复位端），它是对高电平有效的。相应地，时基信号、锁存信号、复位信号的比较如下图所示：1603382970258-8-由上图所示的锁存信号与复位信号可知，它们对CD4553的有效电平在一个周期内持续时间很短，同时复位信号要比锁存信号来的迟一些，这就意味着CD4553的送数与复位都是立即执行的，且送完数后（所送之数为计数器在一个锁存信号周期内所计得的最大数），计数器立刻复位，然后在计数脉冲的作用下重新计数，直至下一锁存信号的有效电平到达为止，以获得新的速度值。2.3计数译码显示电路：本电路的计数译码显示部分由CD4553，CD4511(或CD4543)，三位七段数码显示器等组成，其结构如下图所示：CD4553是三位数字BCD计数器，在本电路当中起计数与对信号的锁存的作用，它的各管脚的排列如下：1--DS2，2--DS1，3--CEXTB，4--CEXTA，5--Q3，6--Q2，7--Q1，8--VSS，9--Q0，10—LE，11—inh，12--CL，13--R，14--OF，15--DS3，16--VDD。1603382970258-9-其内部连接结构如下：CD4553的真值表输入输出RCLInhLE000000001↑↓X110XXX001↑↓XXXX00X00X↑10不变计数不变计数不变不变锁存锁存Q0～Q3=0CD4553电路由三个同步级联的下降沿触发的BCD计数器，三个锁存器及分配锁存器数据的多路传输器组成。除此之外，还有时钟输入端的整形电路，分配多路传输器的时序扫描电路和振荡器震荡电路，以及用于显示控制的数据选择输1603382970258-10-出DS1、DS2、DS3组成。CD4553电路的功能真值表如上。振荡器用于向多路数据选择器提供低频扫描时钟脉冲，振荡器的振荡频率取决于连接在引出端3和4之间的外接电容值C1的大小（本电路选择1000PF的数值），若需外部时钟也可以从管脚4处引出。在复位端“R”上施加“1”电平时，复位信号同时作用于BCD计数器、振荡器和多路扫描电路，使得扫描电路处在初始状态，扫描振荡器禁止震荡，同时置所有的三个位选择输出DS1--DS3为“1”电平，从而不允许显示。当时钟禁止端“inh”为“1”时，禁止时钟脉冲CL输入BCD计数器，计数器保存禁止前的最后计数状态。输入端的脉冲整形电路允许输入上升时间或下降时间很缓慢的信号输入计数器并能可靠地工作。当