1、 北京工業大學電子課程設計報告學院_專業_班級_組號_題目1._ 2._姓名_學號_指導教師_成績_ 年 月 日 數字部分：自行車里程表一設計要求（一）設計任務設計、制作一個根據車輪周長、輻條數等參數來記錄行駛里程的簡易里程表。要求具有可調整的手段，以適應不同車型。（二）參考設計方案 、首先使用紅外光電傳感器對轉動的車輪輻條進行測量，產生基本技術脈沖。若以0.1公里作為里程表的計數單位，則需測量出車輪的周長、一周有多少根輻條、沒走0.1 公里要有多少根輻條通過傳感器。若將此計數值轉化為里程表的一個計數脈沖，提供給一個多位十進制里程計數器，則記錄分辨率就為0.1公里，最后由多位數碼管顯示出來。

2、、框圖：（三）設計要求1、顯示數字為3位，精度為0.1公里，即（00.099.9公里）。2、數碼管要有小數點，即個位與十位間的小數點要亮起來。3、要標明你所設計的條件（輪周長、輻條數等），給出根據條件不同進行調整的方法。4、結構簡單、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選擇（實驗室沒有的需自行解決）（四）發揮部分從使用角度考慮，嘗試加上你認為可以完善、改進的功能（如節電功能、顯示清零等）。（五）參考元件CD40106；CD4518(或CD4017,74LS161等)；74LS21,74LS08,CD4011(或74LS00)；CD4553,CD4543；共

3、陰（共陽）數碼管；NPN(PNP)開關管；紅外光電傳感器等；電阻，電容若干二、設計方案（一）實驗初步設計經過對參考設計方案框圖的分析得出該實驗主要分為4個部分：光控電路設計及脈沖整形、輪輻計數電路、0.1公里計數電路、數碼管顯示電路（包括譯碼驅動）。首先要將紅外傳感器接收到的輪輻脈沖整形成為規則的方波，據所學知識，整形可以用施密特觸發器，當車的輪輻掃過紅外傳感器后，紅外傳感器將感應得到的脈沖送到施密特觸發器進行整形，然后接入設計的輪輻計數器中。脈沖整形電路選用555定時器作為波形整流器，但是老師推薦使用的是CD40106，通過查閱資料，我們才知道，原來CD40106內部由6個施密特觸發器組成，

4、因而可以與信號輸出線直接連接實現波形整形，而555定時器需要先進性外部連接構成施密特觸發器才具有整形的功能。因此從簡化電路的要求考慮，我們最終選擇了CD40106作為波形整形器。在考慮輪輻計數分頻器的時候，想到了CD4518和161兩種芯片。由于以前并沒有接觸過CD4518，所以在網上查了一下資料。通過CD4518芯片數據手冊，我知道了CD4518是十進制的計數器，比161的二進制計數器使用起來更加方便。因此最終決定選用CD4518作為輪輻計數分頻器。根據提供的參考元件，初步確定了以下方案：以CD40106為脈沖整形，若干CD4518作為輪輻計數分頻器，CD4553作為三數字BCD譯碼器的數位

5、顯示部分，CD4543作為7段共陰數碼管驅動芯片。（二）元件清單74LS00（1）；40106（1）；CD4553（1）；CD4518（2）；CD4543（1）；三位共陰八位數碼管（1個）；NPN三極管9012（4）；470歐姆電阻（12） （三）光控電路及脈沖整形部分1此部分設計要求：當輪輻掃過紅外傳感器后，接收到的信號通過施密特觸發器進行脈沖整形，得到標準的方波信號，然后將信號輸入輪輻計數器中。施密特觸發器輸入脈沖由紅外對管（光偶）來提供，通過光偶將信號記錄下來然后將信號輸入到CD40106中進行整形得到規則的信號。電路圖如下： 2光控電路及脈沖整形芯片 1）光電耦合器的結構如下： 紅外傳

6、感器 2）CD40106芯片資料 CD40106引腳圖 引腳功能：2 4 6 8 10 12  數據輸出端1 3 5 9 11 13   數據輸入端14 電源正7 接地 CD40106由六個斯密特觸發器電路組成。每個電路均為在兩輸入端具有斯密 特觸發器功能的反相器。觸發器在信號的上升和下降沿的不同點開、關。上升電壓(V T+)和下降電壓(V T-)之差定義為滯后電壓。 （三）輪輻計數電路 1此部分設計要求：當電路接收到方波信號后開始計數，當計數達到車輪走過0.1公里所需的輪輻數時，此計數電路進位輸出一并自動清零，開始進入下一個計數周期。最初設定車輪（風扇代替）直徑

7、為7.7cm則傳感器處每通過3820個輪輻，車輪走過0.1公里，由此確定此計數器應為3820進制 根據所給元件，可以用2片CD4518組成3820進制計數器， 2輪輻計數器電路芯片簡介： CD4518引腳圖 引腳功能： 引腳符號功能1 9CLOCK時鐘輸入端7 15RESET消除端2 10ENABLE計數允許控制端3 4 5 6Q1A-Q4A計數輸出端11 12 13 14Q1B-Q4B計數輸出端8 VSS地16VDD電源正 真值表功能：CLKENABLERESETACTION上升沿 10加計數 0下降沿 0加計數 下降沿 X0不變 X上升沿 0不變 上升沿 00不變 1下降沿 0不變 XX1

8、Q0Q4=0CD4518的控制功能CD4518有兩個時鐘輸入端CP和EN，若用時鐘上升沿觸發，信號由CP輸入，此時EN端為高電平（1），若用時鐘下降沿觸發,信號由EN輸入，此時CP端為低電平（0），同時復位端Cr也保持低電平（0），只有滿足了這些條件時，電路才會處于計數狀態，否則沒辦法工作。（四）0.1公里計數電路此部分設計要求：通過輪幅計數器的進位輸出，每0.1公里輸出一高電平，此計數電路記錄一次，要求可記錄0.1公里到99.9公里，所以此計數電路需要一個1000進制的計數器。所給元器件中CD4553能夠實現3位十進制輸出，但只有1個輸出端，要完成3位輸出，采用掃描輸出方式，通過它的選通脈沖

9、信號，依次控制3位十進制的輸出，從而實現掃描顯示方式。芯片資料：CD4553是3位十進制計數器，但只有1個輸出端，要完成3位輸出，采用掃描輸出方式，通過它的選通脈沖信號，依次控制3位十進制的輸出，從而實現掃描顯示方式。引腳功能：CLOCK：計數脈沖輸入端，下調沿有效。 CIA、CIB：內部振蕩器的外界電容端子。 MR：計數器清零（只清計數器部分），高電平有效。 LE：鎖定允許。當該端為低電平時，3組計數器的內容分別進入3組鎖存器，當該端為高電平時，鎖存器鎖定，計數器的值不能進入。 DIS：該端接地時，計數脈沖才能進行計數。 DS1、DS2、DS3：位選通掃描信號的輸出，這3端能循環地輸出低電平

10、，供顯示器作為位通控制。 Q0、Q1、Q2、Q3：BCD碼輸出端，它能分時輪流輸出3組鎖存器的BCD碼。 CD4553內部雖然有3組BCD碼計數器（計數最大值為999），但BCD的輸出端卻只有一組Q0Q3通過內部的多路轉換開關能分時輸出個、十、百位的BCD碼，相應地，也輸出3位位選通信號。例如：當Q0Q3輸出個位的BCD碼時，DS1端輸出低電平；當Q0Q3輸出十位的BCD碼時，DS2端輸出低電平；當Q0Q3輸出百位的BCD碼時，DS3端輸出低電平時，周而復始、循環不止。真值表： Inputs 輸入Outputs 輸出MasterResetClock DisableLE000No Change

11、沒有變化000Advance 進行0x1xNo Change 沒有變化010Advance 進行010No Change 沒有變化00xxNo Change 沒有變化0xxLatched 鎖存0xx1Latched 鎖存1xx0Q0=Q1=Q2=Q3=0              圖1  CD4553引腳圖電路介紹：CD4553能夠實現1000進制計數，只需正常輸入輸出即可。CD4553的輸入就是輪幅計數電路的進位輸出，由于CD4553由下降沿控制計數，因

12、此其時鐘輸入應將輪輻計數電路的進位輸出經過非門充當。此部分電路的輸出直接連接下一步的譯碼驅動。由于CD4553同時控制下部分數碼顯示的三位顯示順序，所以還要將cd4553的數據選擇輸出端與數碼顯示的三位數碼管連接。由于cd4553的數據選擇輸出端輸出信號很弱，所以要在cd4553的數據選擇輸出端與三位數碼管的數據控制端的之間加上三極管放大電路。(五)譯碼驅動電路及數碼管顯示電路此部分設計要求：0.1公里計數器的輸出信號經本級電路譯碼驅動后由數碼管顯示輸出。根據參考元件，譯碼驅動器可選用CD4543，經三極管放大后與數碼管相連。芯片介紹： 管腳圖 電路介紹：將CD4543的輸入端與CD4553的

13、輸出端連接，七段數碼管連接CD4543輸出端，由于數碼管對電流大小有要求，所以要在數碼管與芯片連接時加入限流電阻，阻值約為1K歐。CD4553的DS1,DS2,DS3經過三極管分別與數碼管三位控制端與相連，小數點控制端與DS2經非門相連，以控制其點亮。（六）完整電路圖三、實驗過程（一）實驗整體方案初始電路圖(仿真)（二）輪輻計數電路的接線通過對輪輻計數器的設定，使其達到3820進制時，通過門電路產生一個脈沖來驅動下一部分的里程計數器。脈沖信號進行整形后，產生規則的方波脈沖信號，將此信號接入到輪輻計數器（由三片74LS161芯片組成），輪輻計數器計到3820進制之后，再由三個74LS芯片系列的門

14、電路對之后的0.1公里計數器（即芯片CD4553）產生脈沖。知道車輪的輻條數n=9,半徑D=7.5 cm。則:車輪周長C=D=3.1416×7.5 cm0.25562m設輪輻計數器為N進制。那么：C/n×N=100m解之，得： N=3820所以，脈沖計數器為3820進制這部分電路要用到的器件為CD4518、74LS21、74LS00。我們采用兩片雙十進制的CD4518，通過對管腳圖即工作原理圖的分析，我們了解了CD4518的基本工作原理。它是一個同步加數器，一個封裝里有兩個加數器，可實現二/十進制互換，其功能管腳為17和915。該計數器是單脈沖輸入（1或2，9或10），4路

15、BCD碼輸出（3到6，11到14）。從其真值表得知，CD4518由兩個時鐘輸入端：enable和clock ,當時鐘上升沿觸發，則脈沖從CP(clock)端輸入，此時EN端接高電平。當時鐘的下降沿觸發，則脈沖從EN端輸入，此時CP端接低電平。此外，CD4518清零端為高電平有效，所以在不清零時，應接低電平。這樣接線之后，CD4518就可以實現計數功能。如圖所示，將CD4518轉變成四位十進制計數器。從下圖可看出，第一片計數器用的是時鐘上升沿觸發，從CP端輸入脈沖。由于CD4518沒有進位端，所以利用EN端，利用第四位輸出與EN端相連，作為信號輸入端，接到EN端時用下降延觸發，又由于CD4518

16、計數是十進制的，所以用輸出的第四位能體現出它在從9到0時從高電位到低電位，得以實現進位功能。此外，將計算好的3820按個，十，百，千的順序分別從四個十進制計數器中連出，通過74LS21與門聯在一起，再將74LS21的輸出反饋給兩片CD4518的四個十進制計數器的清零端，從而實現計完3820個脈沖CD4518就重新計數。因為CD4553時低電平觸發的，所以應另外將輸出信號轉為低信號，所以我們用74LS08與非門完成這個作用。在實際操作中，將二輸入的與非門的一個輸入接高電平。這樣就實現了非的運算。再通過與非門74LS00將結果輸送給CD4553。（三）0.1公里計數電路的接線1仿真電路圖：（四）譯

17、碼驅動電路及數碼管顯示電路的插線1仿真電路圖四、實驗調試（一）計數電路的調試將該部分電路接線完成后，先進行3820進制的調試。將輸出端接示波器，風扇每轉過3820圈示波器上將顯示一高電平。通過觀察，該部分電路能夠正常實現計數功能，原設計方案可行。（二）0.1公里計數電路及驅動電路與數碼管的調試將該部分電路與上級電路連接，觀察數碼管的變化。在網上查到了平時對數碼管串聯的電阻，阻值大概是470歐姆。并通過9012開關管使數碼管亮度適中。（三）發揮部分 清零功能：在本實驗電路中我們還設計了清零的功能，當我們需要重新計算里程是，可以通過此開關來進行清零。而清零段的原理就是CD4518，CD4553的清

18、零端，由于這兩個芯片的清零端都是高電平有效，所以用一個開關就能夠實現清零的作用。所以用一個開關就可以控制給CD4518的7，14管腳以及CD4553的13管腳高電平或低電平來實現清零的目的。當用戶想重新計里程時只要將開關先接通高電平再接回低電平，就沒有問題了。（三）調試中的問題剛開始第一次連完電進行調試過程時，發現數碼管有些亂碼情況。后來檢查排線，發現是由于電阻排布過密導致的。有一部分短路，后來重新排了一下線。就解決了問題。以后在進行電子設計時，應在事前將電路規劃一下，不能想一步看一步。否則到時候返工會很麻煩。小電路也就拆拆裝裝，大電路就會造成經濟損失。五、心得體會本次實驗是以數字電子技術理論

19、為基礎，需要學生獨立完成的課題設計，中途涉及到的電路設計方案、芯片的選擇、EDA仿真、實際插線、試驗調試、撰寫總結報告等環節都要通過個人的資料查詢、知識積累來完成，根本上曾強了個人的知識掌握以及實踐動手能力。以前做電子實驗都是依照老師給好的電路圖，然后進行仿真或者焊接。而這次完全是自己和同伴設計。起初我覺得很不習慣，一遇到問題想到的第一個解決辦法就是去問老師，但老師絕不能成為我成功的必要條件。漸漸的我學會了自己解決問題，擺脫了對于老師的依賴性。我想，只有學會了自己解決問題，學到的東西才是自己的。通過光控電路及脈沖整形部分電路的實驗設計，了解了CD40106施密特觸發器芯片的具體用法，通過實踐經驗驗證了施密特觸發器的脈沖整形功能，加深了對施密特觸發器的認識。在遇到兩種技術器（CD4518和161）都可以進行使用時，自己通過芯片的數據手冊，對芯片進行分析，最終使用最優芯片。插線是此次課設的又