數(shù)電課程設計(共23頁)

1、數(shù)字電子技術基礎課程設計任務書專 業(yè)： 14電氣工程及其自動化 班 級： 二班 學 號： 140712038 姓 名： . 指導教師： 余劍 二零一六年十二月十四日目 錄一、課程設計目的及指標 3三、擬定系統(tǒng)方案框圖 4四、單元電路的設計 64.1.1速度顯示器設 64.1.2顯示電路的設計 74.1.3速度顯示器總電路圖 94.2脈沖電路設計 104.3.1行車里程計費  124.3.2等候里程計費 13 4.3.3起步價計費 14五、總的費用顯示電路設計 15六、總電路圖 16七、元器件明細表 17八、小結(jié) 18九、參考文獻 19課程設計（論文）題目：出租車自動計費器一、課程設計

2、目的及指標1）用3位數(shù)碼管顯示總的金額，最大值為99.9元。2）起步價為6元，里程為3公里。3）車輪旋轉(zhuǎn)一圈(設周長為3米)，里程傳感器發(fā)一個脈沖。單價為1.60元/公里。4）等待單價是0.1元/分鐘。車行過程中的等待也計費。5）計費器按1角為單位累加，不足1角不加。6）單價顯示，等待計費，正常行駛計費。7）行駛速度動態(tài)顯示，四位顯示，精度0.1公里/小時。8) 可以在當?shù)氐奈飪r調(diào)整時改變起步價和每公里的單價。二、課程設計進度時間設計內(nèi)容備注第一、二天方案的確定以及總框架構(gòu)造第三、四天速度顯示器電路的設計第五、六天脈沖電路的設計第七、八天里程計數(shù)及計價電路的設計及總電路圖第九、十天元器件明細表

3、和設計總結(jié)及參考文獻三、擬定系統(tǒng)方案框圖1.本文設有兩種方案：方案1本系統(tǒng)主要由四大塊組成：行程里數(shù)及顯示電路、等候時間電路、起步價設置電路和速度顯示電路。以Multism7軟件作為開發(fā)平臺，采用圖形方式創(chuàng)建電路、構(gòu)造電路、調(diào)用元器件和測試儀器，該工作平臺可以對電子元器件進行一定程度的非線性仿真不僅測試儀器的圖形與實物相似，而且測試結(jié)果余實際試調(diào)基本相似。該設計不僅實現(xiàn)了顯示計程車計費的功能，其多功能表現(xiàn)在它可以顯示計程車累計走的路程和里程單價還有行駛速度顯示。速度計數(shù)方案2汽車行駛時，里程傳感啟將里程數(shù)轉(zhuǎn)換成與之成正比的脈沖個數(shù)，然后計數(shù)譯碼電路變成收費金額。里程傳感器由磁鐵和干簧管組成，磁

4、鐵置于變速器渦輪上，每行駛100米，磁鐵與干簧重合一次，即輸出一個信，則10個脈沖/公里（設P3）.里程單價（設1.6/公里）可由兩位（B2=2B1=1）BCD撥碼開關設置，經(jīng)比例乘法器后將里程計費變換成脈沖數(shù)P1=P30。由于P3=10，則P1微16個脈沖，脈沖當量為0.1元/脈沖。同理，等車計費也可以轉(zhuǎn)換成脈沖當量，這需要由脈沖發(fā)生器產(chǎn)生10個脈沖/10分鐘（設為P4），如果等車單價為1元/10分鐘（置B4=0、B3=10），經(jīng)比例乘法器后將等車計費變換成脈沖數(shù)P2=P4(0B4+0.1B3)。由于P4=10，則P2為10個脈沖，即得到相同的脈沖當量為0.1元/脈沖。同理，起步價（設3元）

5、也可以轉(zhuǎn)換成脈沖數(shù)（P0= 單價/當量=5/0.1=50個脈沖)或者將P0作為計數(shù)器的預置信號（框圖所示）。最后行車費用轉(zhuǎn)換成脈沖總數(shù)P=P0+P1+P2，其結(jié)果用譯碼顯示器顯示。2.方案的分析和比較 比較方案的標準有三：一是技術指標的比較，哪一種方案完成的技術指標最完善的；二是電路簡易的比較，哪一種方案在完成技術指標的條件下，最簡單、容易實現(xiàn)；三是經(jīng)濟指標的比較，在完成上指標的情況下，選擇價格低廉的方案。經(jīng)過比較后確定一個最佳方案。在技術方面方案一和方案二都能都很完善，都能滿足要求。在電路簡易程度上，方案一比方案二簡單，方案二需加入比例乘法器，和求和裝置，而方案一不需要。經(jīng)濟指標上

6、，方案一需要的都是基本數(shù)電原件，而方案二需要的比例乘法器價格較高，需要原件數(shù)量上基本相等，所以方案一比方案二經(jīng)濟， 綜上所述，方案一最優(yōu)，所以本設計確定選擇方案一！四、單元電路的設計4.1.1、速度顯示器設置本設計先通過霍爾式傳感器采集車輪每轉(zhuǎn)一圈所產(chǎn)生的傳感脈沖，但這個脈沖一個不規(guī)則的方波信號且信號幅度很小，所以要通過放大電路和整形電路對采集的脈沖進行處理，再通過計數(shù)器記錄產(chǎn)生脈沖的個數(shù)，最后通過譯碼器和數(shù)碼管對汽車的速度進行顯示。本設計簡單易懂，操作起來容易，而且較節(jié)省費用。4.1.2顯示電路的設計本設計采用四位同步二進制計數(shù)器74160，當RCO=LOAD=ENP=ENT=1時，電路工作

7、在計數(shù)狀態(tài)，圖中與非門G起譯碼作用，當電路進入1010狀態(tài)時，它輸出低電平信號。SR鎖存器Q端輸出低電平作為計數(shù)器的置零信號。若計數(shù)器從0000狀態(tài)開始計數(shù)，則第十個計數(shù)輸入脈沖上升沿到達時計數(shù)器進入1010狀態(tài)，G輸出低電平，將SR鎖存器置1，Q端低電平立刻將計數(shù)器置零。這時雖然G輸出的低電平信號隨之消失了，但SR鎖存器的狀態(tài)仍保持不變，因而計數(shù)器的置零信號得以維持。直到計數(shù)脈沖回到低電平以后，SR鎖存器被置零，Q端的低電平信號才消失。可見，加到計數(shù)器RCD端的置零信號寬度與輸入計數(shù)脈沖高電平持續(xù)時間相等。讓一個脈沖的持續(xù)時間為一秒，則十個脈沖為十秒，十秒一置零，可使采樣周期為十秒。為了能以

8、十進制數(shù)碼直觀的顯示數(shù)字系統(tǒng)的運行數(shù)據(jù)，本設計使用七段數(shù)碼管，這種數(shù)碼管的每個線段都是一個發(fā)光二極管，并且數(shù)碼管中還在右下角處增設了一個小數(shù)點，形成了所謂的八段譯碼器，八段發(fā)光二極管的陰極是做在一起的，屬于共陰極類型發(fā)光二極管使用的材料與普通的硅二極管和鍺二極管不同，有磷砷化鎵、磷化鎵、砷化鎵等幾種，而且半導體中的雜質(zhì)濃度很高。半導體數(shù)碼管不僅具有工作電壓低、體積小、壽命長、可靠性高等優(yōu)點，而且響應時間短，亮度也比較高。BCD譯碼器的輸入是一位BCD碼（以D,C,B,A表示），輸出是數(shù)碼管各段的驅(qū)動信號，也稱4-7譯碼器。用它驅(qū)動共陰LED數(shù)碼管，則輸出應為高電平，即輸出為高時，相應的顯示段發(fā)

9、光。本設計采用7448BCD譯碼器。 霍爾式傳感器利用霍爾效應使轉(zhuǎn)盤的輸入軸與被測轉(zhuǎn)軸相連，當被測轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動時，轉(zhuǎn)盤隨之轉(zhuǎn)動，固定在轉(zhuǎn)盤的霍爾傳感器便可在每一個小磁鐵通過時產(chǎn)生一個相應的脈沖，檢測出單位時間的脈沖數(shù)，便可知被測轉(zhuǎn)速。根據(jù)磁性轉(zhuǎn)盤上磁鐵數(shù)目多少就可確定傳感器測量轉(zhuǎn)速的分辨率。由于霍爾式傳感器輸出的脈沖信號是一個不規(guī)則的方波信號且信號幅度很小，所以必須進行信號的放大整形。放大電路采用三極管組成，則整形電路應用了施密特觸發(fā)器，可使其變成規(guī)則的矩形波，每個脈沖代表汽車行進了0.001公里，接著將處理過的信號脈沖接入四位同步二進制計數(shù)器74160，當RCO=LOAD=ENP=ENT=1時，

10、電路工作在計數(shù)狀態(tài)，圖中與非門G起譯碼作用，當電路進入1010狀態(tài)時，它輸出低電平信號。SR鎖存器Q端輸出低電平作為計數(shù)器的置零信號。若計數(shù)器從0000狀態(tài)開始計數(shù)，則第十個計數(shù)輸入脈沖上升沿到達時計數(shù)器進入1010狀態(tài)，G輸出低電平，將SR鎖存器置1，Q端低電平立刻將計數(shù)器置零。這時雖然G輸出的低電平信號隨之消失了，但SR鎖存器的狀態(tài)仍保持不變，因而計數(shù)器的置零信號得以維持。直到計數(shù)脈沖回到低電平以后，SR鎖存器被置零，Q端的低電平信號才消失?？梢?，加到計數(shù)器RCD端的置零信號寬度與輸入計數(shù)脈沖高電平持續(xù)時間相等。讓一個脈沖的持續(xù)時間為一秒，則十個脈沖為十秒，十秒一置零，可使采樣周期為十秒。

11、最后一個計數(shù)器采用二進制計數(shù)器，使其只能輸出到2，讓速度表的的顯示值小于300Km/h。然后將其輸出的BCD碼輸入到7448BCD譯碼器中，用它驅(qū)動共陰LED數(shù)碼管，則輸出應為高電平，即輸出為高時，相應的顯示段發(fā)光。然后就LED數(shù)碼管就能顯示汽車的速度了。4.1.3整體電路圖4.2脈沖電路設計  根據(jù)實際情況大約估計出租車60公里/小時，即0.06秒/米，由于每10米一個脈沖，行程里程及起步電路則是60毫秒/脈沖。而等候電路為6秒/脈沖。實現(xiàn)此電路我用555多諧振蕩器構(gòu)成。為了減少實驗測量時間，我把脈沖周期都縮小了1000倍，即0.06毫秒/脈沖和6毫秒/脈沖。設計電路圖及仿真波形圖

12、如下：4.3里程計數(shù)及計價電路 4.3.1行車里程計費   行車里程計費的電路將汽車行駛的里程數(shù)轉(zhuǎn)換成與之成正比的脈沖個數(shù)，然后由計數(shù)譯碼電路變成收費金額，在出租車轉(zhuǎn)軸上加裝傳感器，以便獲得“行駛里程信號”。若每前進10米發(fā)一個脈沖到一公里，則輸出100個脈沖，需要有一個脈沖發(fā)生器產(chǎn)生與等候時間成正比的脈沖信號，然后選用BCD碼乘法器將里程脈沖數(shù)乘以每公里的單價比例系數(shù)，由于器件有限，所以此部分通過預算直接將計費電路的里程計費變換為脈沖個數(shù)。由于單價為1.6元/公里，則可以用160脈沖代替，即一個脈沖當量為0.01元/脈沖。0.06豪秒脈沖驅(qū)動160進制

13、計數(shù)器表示。4.3.2等候里程計費   與里程計費一樣，需要把等候時間變成脈沖個數(shù)，且每個脈沖所表示的金額（當量）應與里程計費等值，即0.01元/脈沖。也需要有一個脈沖發(fā)生器產(chǎn)生與等候時間成正比的脈沖信號。此過程計費為1元/10分鐘，即0.1元/分鐘，所以可以用10個脈沖代替起價計費。所以等候時間用10進制計數(shù)器表示。如下圖8所示： 4.3.3起步價計費 此電路也按當量將起步價轉(zhuǎn)換成脈沖個數(shù)，由于起步價為6元，所以用600個脈沖代替，即用600進制計數(shù)器表示。如下圖9所示：五、總的費用顯示電路設計 總的費用顯示用000999一千進制表

14、示，最高費用為99.9元。經(jīng)測試仿真滿足要求，其電路如下圖所示：6、 總電路圖七、元器件明細表元器件名稱數(shù)量備注555定時機器2構(gòu)成脈沖電路192計數(shù)器11十進制計數(shù)器單擲開關2控制起價電路雙擲開關1控制行程里程顯示器譯碼器11顯示數(shù)字電阻42個290歐姆2個28.8歐姆滑動變阻器1與非門2控制總電路或門2控制總電路電容42個0.1 uf 2個0.01 uf電源電壓vcc1八、小結(jié) 通過本次設計，我通過下載和學習教程，查資料，做練習系統(tǒng)的自學了MultiSim10軟件。在對MultiSim10軟件的運用有了一定的熟練程度后，我才開始著手本次設計。在設計過程認真查閱相關的知識，極大地拓寬了我的知識面,我感到收獲不小。從開始熟悉這些知識到對整體設計的了解，再從概要設計、詳細設計到利用軟件繪制原理圖，以及最后的調(diào)試，整個過程感覺很充實。雖然遇到了不少困難，但當我通過自己查資料，與同學互討論，而設計出解決方案并成功實現(xiàn)時，那種成就感和滿足感足以忘卻所有的辛苦。但是由于自己知識的不足，所以該設計還有許多不盡如人意的地方，可能在實際應用中有些功能不到位。 由于我的知識淺薄，經(jīng)驗不足及閱歷頗淺，因此，該設計還存有一些不足，比如功能過少，計價有限等問題，我會在工作的使用過程中，根據(jù)工