北工大自行车里程表

1、 北京工业大学数字电路实验报告电控自动化设计题目：自行车里程表一、实验要求（一）设计任务设计、制作一个根据车轮周长、辐条数等参数来记录行驶里程的简易里程表。要求具有可调整的手段，以适应不同车型。（二）参考设计方案1、首先使用红外光电传感器对转动的车轮辐条进行测量，产生基本技术脉冲。若以0.1公里作为里程表的计数单位，则需测量出车轮的周长、一周有多少根辐条、没走0.1 公里要有多少根辐条通过传感器。若将此计数值转化为里程表的一个计数脉冲，提供给一个多位十进制里程计数器，则记录分辨率就为0.1公里，最后由多位数码管显示出来。2、框图：（三）设计要求1、显示数字为3位，精度为0.1公里，即（00.0

2、99.9公里）。2、数码管要有小数点显示，即个位与十位间的小数点要亮起来。3、要标明你所设计的条件（轮周长、辐条数等），给出根据条件不同进行调整的方法。4、结构简单、所用芯片尽量少、成本低、易于制作。5、所用芯片与元件尽量在参考元器件范围内选择（实验室没有的需自行解决）6、要制作一个模拟的（或真实的）测试模型，以便进行实际的测试。尽量做到结构合理、可靠，结构设计要作为考核的重要部分。（四）发挥部分从实用角度考虑，尝试加上你认为可以完善、改进的功能（如节电功能、显示清零等）。（五）参考元器件和芯片CD40106；CD4518(或CD4017,74LS161等)；74LS21,74LS08,CD4

3、011(或74LS00)；CD4553,CD4543；共阴（共阳）数码管；NPN(PNP)开关管；红外光电传感器等；电阻，电容若干二、设计方案此实验分为4个部分：光控电路设计及脉冲整形、轮辐计数电路、0.1公里计数电路、数码管显示电路（包括译码驱动）。首先将红外传感器接收到的轮辐脉冲整形成规则的方波，然后接入轮辐计数器中。脉冲整形电路选用CD40106。在考虑轮辐计数分频器的时候，想到了CD4518和161两种芯片。由于CD4518是十进制的计数器，比161的二进制计数器更加方便。因此决定选用CD4518作为轮辐计数分频器。所以我们打算以CD40106为脉冲整形，若干CD4518作为轮辐计数分

4、频器，CD4553作为三数字BCD译码器的数位显示部分，CD4543作为7段共阴数码管驱动芯片。（一）元件清单74LS21（1）74LS00（1）；40106（1）；CD4553（1）；CD4518（2）；CD4543（1）；三位共阴八位数码管（1）；1K欧姆电阻（14）10uf电容（1） （二）光控电路及脉冲整形部分1当轮辐扫过红外传感器后，接收到的信号通过施密特触发器进行脉冲整形，得到标准的方波信号，然后将信号输入轮辐计数器中。施密特触发器输入脉冲由红外对管（光偶）来提供，通过光偶将信号记录下来然后将信号输入到CD40106中进行整形得到规则的信号。2光控电路及脉冲整形芯片CD40106芯

5、片资料CD40106引脚图 引脚功能：2 4 6 8 10 12  数据输出端1 3 5 9 11 13   数据输入端14 电源正7 接地 CD40106由六个斯密特触发器电路组成。每个电路均为在两输入端具有斯密 特触发器功能的反相器。触发器在信号的上升和下降沿的不同点开、关。上升电压(V T+)和下降电压(V T-)之差定义为滞后电压。 （三）轮辐计数电路1此部分设计要求：当电路接收到方波信号后开始计数，当计数达到车轮走过0.1公里所需的轮辐数时，此计数电路进位输出一并自动清零，开始进入下一个计数周期。最初设定车轮（风扇代替）直径为7.7cm则传感器处每通过3

6、820个轮辐，车轮走过0.1公里，由此确定此计数器应为3820进制根据所给元件，可以用2片CD4518组成3820进制计数器， 2轮辐计数器电路芯片简介： CD4518引脚图 引脚功能： 引脚符号功能1 9CLOCK时钟输入端7 15RESET消除端2 10ENABLE计数允许控制端3 4 5 6Q1A-Q4A计数输出端11 12 13 14Q1B-Q4B计数输出端8 VSS地16VDD电源正 CD4518的控制功能CD4518有两个时钟输入端CP和EN，若用时钟上升沿触发，信号由CP输入，此时EN端为高电平（1），若用时钟下降沿触发,信号由EN输入，此时CP端为低电平（0），同时复位端Cr也

7、保持低电平（0），只有满足了这些条件时，电路才会处于计数状态，否则没办法工作。（四）0.1公里计数电路此部分设计要求：通过轮幅计数器的进位输出，每0.1公里输出一高电平，此计数电路记录一次，要求可记录0.1公里到99.9公里，所以此计数电路需要一个1000进制的计数器。所给元器件中CD4553能够实现3位十进制输出，但只有1个输出端，要完成3位输出，采用扫描输出方式，通过它的选通脉冲信号，依次控制3位十进制的输出，从而实现扫描显示方式。芯片资料：CD4553是3位十进制计数器，但只有1个输出端，要完成3位输出，采用扫描输出方式，通过它的选通脉冲信号，依次控制3位十进制的输出，从而实现扫描显示方

8、式。引脚功能：CLOCK：计数脉冲输入端，下调沿有效。 CIA、CIB：内部振荡器的外界电容端子。 MR：计数器清零（只清计数器部分），高电平有效。 LE：锁定允许。当该端为低电平时，3组计数器的内容分别进入3组锁存器，当该端为高电平时，锁存器锁定，计数器的值不能进入。 DIS：该端接地时，计数脉冲才能进行计数。 DS1、DS2、DS3：位选通扫描信号的输出，这3端能循环地输出低电平，供显示器作为位通控制。 Q0、Q1、Q2、Q3：BCD码输出端，它能分时轮流输出3组锁存器的BCD码。 CD4553内部虽然有3组BCD码计数器（计数最大值为999），但BCD的输出端却只有一组Q0Q3通过内部的

9、多路转换开关能分时输出个、十、百位的BCD码，相应地，也输出3位位选通信号。例如：当Q0Q3输出个位的BCD码时，DS1端输出低电平；当Q0Q3输出十位的BCD码时，DS2端输出低电平；当Q0Q3输出百位的BCD码时，DS3端输出低电平时，周而复始、循环不止。真值表： Inputs 输入Outputs 输出MasterResetClock DisableLE000No Change 没有变化000Advance 进行0x1xNo Change 没有变化010Advance 进行010No Change 没有变化00xxNo Change 没有变化0xxLatched 锁存0xx1Latched

10、 锁存1xx0Q0=Q1=Q2=Q3=0              图1  CD4553引脚图电路介绍：CD4553能够实现1000进制计数，只需正常输入输出即可。CD4553的输入就是轮幅计数电路的进位输出，由于CD4553由下降沿控制计数，因此其时钟输入应将轮辐计数电路的进位输出经过非门充当。此部分电路的输出直接连接下一步的译码驱动。由于CD4553同时控制下部分数码显示的三位显示顺序，所以还要将cd4553的数据选择输出端与数码显示的三位数码管连接。

11、(五)译码驱动电路及数码管显示电路此部分设计要求：0.1公里计数器的输出信号经本级电路译码驱动后由数码管显示输出。根据参考元件，译码驱动器可选用CD4543，经三极管放大后与数码管相连。芯片介绍： 管脚图 电路介绍：将CD4543的输入端与CD4553的输出端连接，七段数码管连接CD4543输出端，由于数码管对电流大小有要求，所以要在数码管与芯片连接时加入限流电阻，阻值约为1K欧。CD4553的DS1,DS2,DS3经过三极管分别与数码管三位控制端与相连，小数点控制端与DS2经非门相连，以控制其点亮。（六）电路图三、实验过程（一）轮辐计数电路的接线通过对轮辐计数器的设定，使其达到3820进制时

12、，通过门电路产生一个脉冲来驱动下一部分的里程计数器。脉冲信号进行整形后，产生规则的方波脉冲信号，将此信号接入到轮辐计数器，轮辐计数器计到3820进制之后，再由三个74LS芯片系列的门电路对之后的0.1公里计数器（即芯片CD4553）产生脉冲。知道车轮的辐条数n=9,半径D=7.5 cm。则:车轮周长C=D=3.1416×7.5 cm0.25562m设轮辐计数器为N进制。那么：C/n×N=100m解之，得： N=3820所以，脉冲计数器为3820进制这部分电路要用到的器件为CD4518、74LS21、74LS00。我们采用两片双十进制的CD4518，它是一个同步加数器，一个封

13、装里有两个加数器，可实现二/十进制互换，其功能管脚为17和915。该计数器是单脉冲输入（1或2，9或10），4路BCD码输出（3到6，11到14）。从其真值表得知，CD4518由两个时钟输入端：enable和clock ,当时钟上升沿触发，则脉冲从CP(clock)端输入，此时EN端接高电平。当时钟的下降沿触发，则脉冲从EN端输入，此时CP端接低电平。此外，CD4518清零端为高电平有效，所以在不清零时，应接低电平。这样接线之后，CD4518就可以实现计数功能。如图所示，将CD4518转变成四位十进制计数器。从下图可看出，第一片计数器用的是时钟上升沿触发，从CP端输入脉冲。由于CD4518没有

14、进位端，所以利用EN端，利用第四位输出与EN端相连，作为信号输入端，接到EN端时用下降延触发，又由于CD4518计数是十进制的，所以用输出的第四位能体现出它在从9到0时从高电位到低电位，得以实现进位功能。此外，将计算好的3820按个，十，百，千的顺序分别从四个十进制计数器中连出，通过74LS21与门联在一起，再将74LS21的输出反馈给两片CD4518的四个十进制计数器的清零端，从而实现计完3820个脉冲CD4518就重新计数。因为CD4553时低电平触发的，所以应另外将输出信号转为低信号，所以我们用74LS08与非门完成这个作用。在实际操作中，将二输入的与非门的一个输入接高电平。这样就实现了

15、非的运算。再通过与非门74LS00将结果输送给CD4553。四、实验调试（一）计数电路的调试将该部分电路接线完成后，先进行3820进制的调试。将输出端接示波器，风扇每转过3820圈示波器上将显示一高电平。通过观察，该部分电路能够正常实现计数功能，原设计方案可行。（二）0.1公里计数电路及驱动电路与数码管的调试将该部分电路与上级电路连接，观察数码管的变化。（三）调试中的问题第一次连完电进行调试过程时，发现数码管有乱码情况。后来检查排线发现有些地方接触不实，以后连接电路时要注意插紧，可以通过万用表来插线。五、心得体会本实验是数字电路实验，通过这个实验，让我们自己去验证一下书上的理论，自己去设计，培

16、养了我们的实际设计能力和动手能力。在实验的过程中，我们遇到了各种问题，比如线路不通，我们就可以运用逻辑笔去检查导线是否可用；我们也得到了不少经验教训，当实验过程中若遇到问题，不要盲目的把导线全部拆掉，然后又重新连接一遍，此时，我们应该静下心来，冷静地分析问题的所在，有可能存在哪一环节，在实际连线中，我们发现三极管并不起作用，所以我们放弃了三极管的计划，改用40106的反向作用将小数点的输出信号反向，从而实现了个位小数点的正常工作。 所以在实验过程中，要学会分工协作，不能一味的停留在理论层面。 通过光控电路及脉冲整形部分电路的实验设计，了解了CD40106施密特触发器芯片的具体用法，通过实践经验验证了施密特触发器的脉冲整形功能，加深了对施密特触发器的认识。在遇到两种技术器（CD4518和161）