课程设计煤气计费电路设计.doc

煤气计费电路设计 课 程 设 计 说 明 书学生姓名： 学 号： 0805014102 学 院： 信息与通信工程学院 专 业： 电子信息科学与技术 题 目： 煤气计费电路设计 指导教师： 程耀瑜 职称: 教授 李文强 职称: 讲师 2011 年 1 月 7 日 目录课程设计任务书1课程设计说明书1一 设计简述3二 核心元件简介31.1 干簧管31.2 干簧管工作原理42 CT74LS290：异步二五十进制加法计数器53 用74283实现的乘2逻辑功能真值表64 7448七段显示译码器75 报警模块9三、软件仿真结果与分析93.1 用两片74290实现100进制计数器93.1.1 实现100进制电路图103.1.2 实现100进制电路仿真波形图103.2.1 实现乘2电路113.2.2 实现乘2电路仿真波形图123.3 电路原理图13四、参考文献13五、课程设计总结14课 程 设 计 任 务 书1设计目的：本课程设计主要针对模拟电子技术和数字电子技术课程要求，培养学生在查阅资料的基础上，进行实用电路设计、计算、仿真、调试等多个环节的综合能力，同时培养学生用课程中所学的理论独立地解决实际问题的能力。另外还培养学生用专业的、简洁的文字,清晰的图表来表达自己设计思想的能力。2设计内容和要求（包括原始数据、技术参数、条件、设计要求等）：（1）掌握煤气信号采集电路的设计、仿真与调试；（2）掌握煤气计量电路的设计、仿真与调试；（3）掌握煤气计费电路的设计、仿真与调试；（4）掌握煤气报警电路的设计、仿真与调试；（5）掌握方案设计与论证；（6）掌握用相关软件进行电路图设计、仿真，以及对仿真结果的分析、总结；3设计工作任务及工作量的要求包括课程设计计算说明书(论文)、图纸、实物样品等：（1）提供核心器件的工作原理与应用介绍；（2）提供用Protel99设计的电路原理图，也可给出印刷板电路图；（3）提供用Multisim、MaxPluss、Proteus等其他软件对电路的仿真结果与分析；（4）提供符合规定要求的课程设计说明书；（5）提供参考文献不少于三篇，且必须是相关的参考文献； 1课 程 设 计 任 务 书4主要参考文献：（1） 阎石.数字电子技术基础.北京：高等教育出版社，1998；（2） 王远.模拟电子技术.北京：机械工业出版社，2001；（3） 陈汝全.电子技术常用器件应用手册.北京：机械工业出版社，2003；（4） 毕满清.电子技术实验与课程设计.北京：机械工业出版社，2006；其他参考文献，务必按照国标GB771487文后参考文献著录规则书写。5设计成果形式及要求：（1）电路原理图，仿真结果；（2）课程设计说明书；6工作计划及进度：2010年 12月26日12 月28日：分析课程设计任务书，查找资料，初步确定方案； 12月 29日12月30 日：论证、确定方案； 12 月31日2011年1月4 日：电路设计、计算、仿真，并完善设计与方案； 2011年1月5日1月6 日：整理资料，书写课程设计说明书；1月 7日： 答辩，提交课程设计说明书。系主任审查意见： 签字： 年 月 日2课程设计说明书一、设计简述（一）我们的设计基于以下几个假设的基础之上进行工作：1、 该煤气计费电路适用于管道煤气。2、 假设单位煤气量为0.2个立方3、 根据对家用管道煤气费的普遍调查了解，假设每立方米煤气费为10元。假设单位立方的煤气费为2元。4、 假设每次缴费200元，换取20立方的煤气，即换取100个单位的煤气。在所缴费用所买到的煤气剩余量不足0.4立方，即不足2个单位时，报警装置工作，以提醒及时缴费。（二）煤气计费电路的设计由以下5部分构成：1、 煤气信号的采集电路：采用干簧管型气体传感器，将气体信号转化为电压脉冲。2、 煤气计量电路：采用两个CT74LS290芯片级联法构成100进制加法计数器，即组成100个单位的技术装置。3、 煤气计费电路：采用74283全加器实现乘2的逻辑功能，即单位煤气费为2元。4、 煤气剩余量不满足预定要求时的报警系统电路：采用蜂鸣器报警装置5、 煤气使用量的显示装置电路：采用2片7448七段显示译码器组成的显示装置。二、核心元件简介1、综合考虑在本实验系统中我们选用了通用性较强，成本较低，工艺简单的干簧管型气体传感器。1.1 干簧管干簧管是干式舌簧管的简称，是一种有触点的无源电子开关元件，具有结构简单，体积小便于控制等优点，其外壳一般是一根密封的玻璃管，管中装有两个铁质的弹性簧片电板，还灌有一种叫金属铑的惰性气体。平时，玻璃管中的两个3由特殊材料制成的簧片是分开的。当有磁性物质靠近玻璃管时，在磁场磁力线的作用下，管内的两个簧片被磁化而互相吸引接触，簧片就会吸合在一起，使结点所接的电路连通。外磁力消失后，两个簧片由于本身的弹性而分开，线路也就断开了。因此，作为一种利用磁场信号来控制的线路开关器件。另外干簧管还可以作为传感器用，用于计数，限位等等，同时还被广泛使用于各种通信设备中。在实际运用中，通常用永久磁铁控制这两根金属片的接通与否，所以又被称为“磁控管”11。其物理结构图如下图1.1所示。图1.1 干簧管物理结构图1.2 干簧管工作原理在普通转盘计数的煤气表中加装干簧管和磁铁，干簧管固定安装在计数转盘附近，永磁铁安装在计数盘位上，当转盘每转一周，永磁铁经过干簧时，干簧管的簧片开闭一次，由此便输出一个计量脉冲。一般认为，干簧管周围的磁场强度达到或超过一定数值，其触点即吸合(闭合或开启)，它吸合与否不仅与场强有关，还与两极所处的磁力线方向有关。如图1.2示磁铁的运动方向与干簧管长度方向互相垂直（磁铁的运动方向为垂直纸面向里），其交叉点(或立交点)正是触点位置(一般是干簧管的中间)，磁铁的S/N极分别在运动方向的两侧，此时近则吸合，远则释放，中间无死点，这样在触点吸合和释放一次便可产生一个脉冲。平常干簧管两片是释放状态的时候，我们可认为单片机采集到的信号为高电4平，当磁铁随着煤气表的旋转，当刚好旋到两簧片闭合状态时，可认为系统采集到了一个低电平，这样便完成了一个脉冲的采集，当煤气不断流过时便可产生一连串的脉冲12。但是由于我们在煤气用量采集过程中没有足够条件来实现，所以为了模拟煤气用量的采集，实验系统中采用了电平开关来模拟煤气的使用量，图1、3 按键模拟脉冲产生图图1、2干簧管工作原理其硬件设计如下图1.3示2、CT74LS290：异步二五十进制加法计数器。异步十进制计数器74LS290原理,引脚图及功能表如下：表9-12 74LS290型计数器的功能表：复位输入置位输入时钟输出R0(1)R0(2)S9(1)S9(2)CP1100000011100100计数00计数00计数00计数574LS290是异步十进制计数器。它由一个一位二进制计数器和一个异步五进制计数器组成。如果计数脉冲由端CP0输入，输出由端引出，即得二进制计数器；如果计数脉冲由CP1端输入，输出由引出，即是五进制计数器；如果将与CP1相连，计数脉冲由CP0输入，输出由引出，即得8421码十进制计数器。因此，又称此电路为二-五-十进制计数器。当复位输入R0(1)=R0(2)=1，且置位输入S9(1)S9(2)=0时，74LS290的输出被直接置零；只要置位输入S9(1)S9(2)=1，则74LS290的输出将被直接置9，即=1001；只有同时满足R0(1)R0(2)=0和S9(1)S9(2)=0时，才能在计数脉冲(下降沿)作用下实现二-五-十进制加法计数。 (a)逻辑图 (b)外引线排列图3、用74283实现的乘2逻辑功能真值表:输 入输 出十进制ABCD3D2D1D0十进制000000000100100102201101004301001106410010008510110101061101100127111111014674283乘2电路图 图3 74283引脚图 图4 7448引脚图4、7448七段显示译码器：数字显示译码器是驱动显示器的核心部件，它可以将输入代码转换成相应的数字显示代码，并在数码管上显示出来。图8-51所示为七段显示译码器7448的引脚图，输入A3 、A2 、 A1和 A0接收四位二进制码，输出ag为高电平有效，可直接驱动共阴极显示器，三个辅助控制端 、 、 ，以增强器件的功能，扩大器件应用。7448的真值表如表8-20所示。从功能表可以看出，对输入代码0000，译码条件是：灯测试输入 和动态灭零输入 同时等于1，而对其他输入代码则仅要求 =1，这时候，译码器各段ag输出的电平是由输入代码决定的，并且满足显示字形的要求。7表4 7448功能表灯测试输入低电平有效。当 = 0时，无论其他输入端是什么状态，所有输出ag均为1，显示字形8。该输入端常用于检查7448本身及显示器的好坏。动态灭零输入 低电平有效。当 =1，且输入代码 时，输出ag均为低电平，即与0000码相应的字形0不显示，故称“灭零”。利用 =1与 = 0，可以实现某一位数码的“消隐”。灭灯输入动态灭零输出 是特殊控制端，既可作输入，又可作输出。当 作输入使用，且 = 0时，无论其他输入端是什么电平，所有输出ag均为0，字形熄灭。 作为输出使用时，受 和 控制，只有当 ， ，且输入代码 时， ，其他情况下 。该端主要用于显示多位数字时多个译码器之间的连接8图6.6 蜂鸣器接线示意图5、 报警模块报警部分也是该系统中的一个小模块，当用户进行误操作或者是煤气气量不足时，便产生警报提示。三、软件仿真结果与分析3.1用两片74290实现100进制计数器3.1.1实现100进制电路图93.1.2实现100进制电路仿真波形图：103.2.1实现乘2电路图113.2.2实现乘2电路仿真波形图：123.3原理电路图：(Multisim软件仿真)四、参考文献（1）阎石.数字电子技术基础.北京：高等教育出版社，1998；（2）陈汝全.电子技术常用器件应用手册.北京：机械工业出版社，2003；（3）王远.模拟电子技术.北京：机械工业出版社，2001；（4）毕满清.电子技术实验与课程设计.北京：机械工业出版社，2006；13五、课程设计总结：本学期课程设计我们的题目是煤气计费电路设计，初拿到这个题目大概整理一下思路，觉得用计数器、加法器、以及显示电路能完成计数及计费部分，由于刚结束的数字电子技术刚刚学过，所以思路挺清晰，考虑到信号的采集就没有思路了，经过全组人查资料，找到解决方案，经过几天的突击研究，初步了解了部分传感器，气体的采集部分用气体传感器就能实现，传感器可以完成信号的采集，将采集到的信号转换成脉冲信号后，经过计数和计费部分就可完成设计。初步整理好思路，我们三人就离开时研讨元件的应用，后面就是电路仿真部分，由于学过模拟电子技术和数字电子技术的实验课程，接触过Multisim、MaxPluss、Proteus等软件，所以仿真的时候问题不大。经过几天的思考、商讨、研究、课程设计算是初步完成了，看到努力有了结果，还是蛮高兴的，虽然课程设计只是停留在电脑仿真的程度，没有实际动手做