《数字电子技术课程设计》说明书范文剖析.docx
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《数字电子技术课程设计》说明书范文剖析
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沧州师范学院
《数字电子技术课程设计》报告书
设计题目__出租车计费器
院系___机电工程系_______________
专业___电气工程及其自动化_______
班级___13-X_____________________
姓名___XXX______________________
学号___XX_______________________
指导老师___XXX______________________
2015年6月
目录
目录……………………………………………………………………………………1
任务书…………………………………………………………………………………2
一、设计目的…………………………………………………………………………3
二、设计要求…………………………………………………………………………3
三、总体方案…………………………………………………………………………3
四、单元设计…………………………………………………………………………5
五、总电路图…………………………………………………………………………10
六、调试运行…………………………………………………………………………11
七、心得体会…………………………………………………………………………11
八、参考文献…………………………………………………………………………12
2013级电气工程及其自动化专业课程设计任务书(题目一)
系(部):
机电工程系专业:
电气工程及其自动化
学生姓名
同组者
指导教师
题目名称
出租车计费器
设计要求及设计参数
1.自动计费器具有行车里程计费、等候时间计费和起步费三部分,三项计费统一用4位数码管显示,最大金额为99.99元。
2.行车里程单价设为1.80元/km,等候时间计费设为1.5元/10分钟,起步费设为8.00元。
要求行车时,计费值每公里刷新一次;等候时每10分钟刷新一次;行车不到1km或等候不足10分钟则忽略计费。
3.在启动和停车时给出声音提示。
设计工作量
一周:
1、查找资料,根据要求的格式并结合所查资料写出理论设计方案的全过程,实验操作的步骤、数据以及结论。
2、学习使用MultiSim9软件,利用MultiSim9画出原理图并进行仿真。
3、学习使用Protel软件,利用Protel完成原理图绘制。
进度安排
起止日期
工作内容
备注
主要参考资料
1、康华光。
电子技术基础数字部分(第五版)
2、杨欣、王玉凤、刘湘黔。
电路设计与仿真——基于Multisim9与protel99
3、标准集成电路数据手册TTL电路
指导教师签名
年月日
系(部)主管领导意见
年月日
答辩评委老师
年月日
教研室
意见
年月日
一、设计目的
数字电子技术课程设计是一门独立设课、有独立学分的实践性课程,同“数字电子技术”理论讲授课程有密不可分的关系,起着相辅相成的作用,也是在“数字电子技术实验”课的基础上,进一步深化的实践环节。
其主要目的是通过本课程,培养、启发学生的创造性思维,进一步理解数字系统的概念,掌握小型数字系统的设计方法,掌握小型数字系统的组装和调试技术,掌握查阅有关资料的技能。
基本任务是设计一个小型数字电子系统。
二、设计要求
出租车自动计费器是根据客户用车的实际情况而自动计算、显示车费的数字表。
数字表根据用车起步价、行车里程计费及等候时间计费三项显示客户用车总费用,打印单据,还可设置起步、停车的音乐提示或语言提示。
1.自动计费器具有行车里程计费、等候时间计费和起步费三部分,三项计费统一用4位数码管显示,最大金额为99.99元。
2.行车里程单价设为1.80元/km,等候时间计费设为1.5元/10分钟,起步费设为8.00元。
要求行车时,计费值每公里刷新一次;等候时每10分钟刷新一次;行车不到1km或等候不足10分钟则忽略计费。
3.在启动和停车时给出声音提示。
三、设计方案
方案1采用计数器电路为主实现自动计费。
分别将行车里程、等候时间都按相同的比价转换成脉冲信号,然后对这些脉冲进行计数,而起价可以通过预置送入计数器作为初值,如图1的原理框图所示。
行车里程计数电路每行车1km输出一个脉冲信号,启动行车单价计数器输出与单价对应的脉冲数,例如单价是1.80元/km,则设计一个一百八十进制计数器,每公里输出180个脉冲到总费计数器,即每个脉冲为0.01元。
等候时间计数器将来自时钟电路的秒脉冲作六百进制计数,得到10分钟信号,用10分钟信号控制一个一百五十进制计数器(等候10分钟单价计数器)向总费计数器输入150个脉冲。
这样,总费计数器根据起步价所置的初值,加上里程脉冲、等候时间脉冲即可得到总的用车费用。
图1出租车计费器原理框图一
上述方案中,如果将里程单价计数器和10分钟等候单价计数器用比例乘法器完成,则可以得到较简练的电路。
它将里程脉冲乘以单价比例系数得到代表里程费用的脉冲信号,等候时间脉冲乘以单位时间的比例系数得到代表等候时间的时间费用脉冲,然后将这两部分脉冲求和。
如果总费计数器采用BCD码加法器,即利用每计满1km的里程信号、每等候10分钟的时间信号控制加法器加上相应的单价值,就能计算出用车费用。
图2出租车计费器原理框图二
方案2采用单片机为主实现自动计费。
单片机具有较强的计算功能,以8位MCS51系列的单片机89C51加上外围电路同样能方便地实现设计要求。
电路框图如图2所示
方案3采用VHDL编程,用FPGA/CPLD制作成“自动计费器”的专用集成电路芯片ASIC,加上少数外围电子元件,即能实现设计要求。
将各种方案进行比较,根据设计任务的要求,各方案的优缺点、设计制作所具备的条件,任选其中的一种方案作具体设计。
本例作为传统电子设计方法的实例,采用方案1实现。
四、单元电路的设计
1.里程计费电路设计
图3里程计费电路
里程计费电路如图3所示。
安装在与汽车轮相接的涡轮变速器上的磁铁使干簧继电器在汽车每前进10m闭合一次,即输出一个脉冲信号。
汽车每前进1km则输出100个脉冲。
此时,计费器应累加1km的计费单价,本电路设为1.80元。
在图3中,干簧继电器产生的脉冲信号经施密特触发器整形得到CP0。
CP0送入由两片74HC161构成的一百进制计数器,当计数器计满100个脉冲时,一方面使计数器清0,另一方面将基本RS触发器的Q1置为1,使74HC161(3)和(4)组成的一百八十进制计数器开始对标准脉冲CP1计数,计满180个脉冲后,使计数器清0。
RS触发器复位为0,计数器停止计数。
在一百八十进制计数器计数期间,由于Q1=1,则P2=/CP1,使P2端输出180个脉冲信号,代表每公里行车的里程计费,即每个脉冲的计费是0.01元,称为脉冲当量。
2.等候时间计费电路
图4等候时间计费电路
等候时间计费电路如图4所示,由74HC161
(1)、
(2)、(3)构成的六百进制计数器对秒脉冲CP2作计数,当计满一个循环时也就是等候时间满10分钟。
一方面对六百进制计数器清0,另一方面将基本RS触发器置为1,启动74HC161(4)和(5)构成的一百五十进制计数器(10分钟等候单价)开始计数,计数期间同时将脉冲从P1输出。
在计数器计满10分钟等候单价时将RS触发器复位为0,停止计数。
从P1输出的脉冲数就是每等候10分钟输出150个脉冲,表示单价为1.50元,即脉冲当量为0.01元,等候计时的起始信号由接在74HC161
(1)的手动开关给定。
3.计数、锁存、显示电路
如图5所示,其中计数器由4位BCD码计数器74LS160构成,对来自里程计费电路的脉冲P2和来自等候时间的计费脉冲P1进行十进制计数。
计数器所得到的状态值送入由2片8位锁存器74LS273构成的锁存电路锁存,然后由七段译码器74LS48译码后送到共阴数码管显示。
图5计数、锁存、显示电路
计数、译码、显示电路为使显示数码不闪烁,需要保证计数、锁存和计数器清零信号之间正确的时序关系,如图6所示。
由图6的时序结合图5的电路可见,在Q2或Q1为高电平1期间,计数器对里程脉冲P2或等候时间脉冲P1进行计数,当计数完1km脉冲(或等候10分钟脉冲)则计数结束。
现在应将计数器的数据锁存到74LS273中以便进行译码显示,锁存信号由74LS123
(1)构成的单稳态电路实现,当Q1或Q2由1变0时启动单稳电路延时而产生一个正脉冲,这个正脉冲的持续时间保证数据锁存可靠。
锁存到74LS273中的数据由74LS48译码后,在显示器中显示出来。
只有在数据可靠锁存后才能清除计数器中的数据。
因此,电路中用74LS123
(2)设置了第二级单稳电路,该单稳电路用第一级单稳输出脉冲的下跳沿启动,经延时后第二级单稳的输出产生计数器的清零信号。
这样就保证了“计数—锁存—清零”的先后顺序,保证计数和显示的稳定可靠。
图6计数、锁存清零信号的时序图
图中的S2为上电开关,能实现上电时自动置入起步价目,S3可实现手动清零,使计费显示为00.00。
其中,小数点为固定位置。
4.时钟电路
时钟电路提供等候时间计费的计时基准信号,同时作为里程计费和等候时间计费的单价脉冲源,电路如图7所示。
图7时钟电路
在图7中,555定时器产生1kHZ的矩形波信号,经74LS90组成的3级十分频后,得到1Hz的脉冲信号,可作为计时的基准信号。
同时,可选择经分频得到的500Hz脉冲作为CP1的计数脉冲。
也可采用频率稳定度更高的石英晶体振荡器。
5.置位电路和脉冲产生电路的设计
在数字电路的设计中,常常还需要产生置位、复位的信号,如SD、RD。
这类信号分高电平有效、低电平有效两种。
由于实际电路在接通电源瞬间的状态往往是随机的,需要通过电路自动产生置位、复位电平使之进入预定的初始状态,如前面设计中的图5,其中S2就是通过上电实现计数器的数据预置。
图8表示了几种上电自动置位、复位或置数的电路。
图8开机置位、复位和置数命令产生电路
在图(a)中,当S接通电源时,由于电容C两端电压不能突变仍为零,使RD为0,产生Q置0的信号。
此后,C被充电使C两端的电压上升到RD为1时,D触发器进入计数状态。
图(b)则由于非门对开关产生的信号进行了整形而得到更好的负跳变波形。
图(c)和图(d)中的CC4013是CMOS双D触发器,这类电路置位和复位信号是高电平有效,由于开关闭合时电容可视为短路而产生高电平,使RD=1,Q=0;若将此信号加到SD,则SD=1,Q=1;置位、复位过后,电容充电而使RD(SD)变为0,电路可进入计数状态。
图(e)是用开关电路产生点动脉冲,每按一次开关产生一个正脉冲,使触发器构成的计数器计数1次;图(f)是用开关电路产生负脉冲,每按一次开关产生一个负脉冲。
五、总电路图
图13总电路图
六、调试运行
如图13所示抢答器由控制电路、显示电路和声音提示电路3部分组成。
锁存型D触发器CD4042、与非门IC2-1CD4042等元器件组成抢答控制电路;Q1—Q4、LED1~LED4等元器件组成显示电路;与非门IC3CD4011等元器件组成声音提示电路。
J1A—J4A是抢答按钮,J5A位按钮。
四位锁存器D触发器CD4042是整个电路的核心器件,当POL6脚接高电平时,D触发器的输出状态由输入时钟脉冲的极性决定,即CP=1时,传输数据,CP=0时锁存数据。
当Q1—Q4没有按下时,CD4042的个输入端D1~D4经过电阻R1~R4上拉为高电平,因此其输出端Q1~Q4均输出高电平,
1-
4输出为低电平,Q1—Q4均截止,发光二极管LED1~LED4均不亮。
此时与非门IC2-1CD4012输出低电平,由U4A、U6ACD4011等元器件组成的门控多谐振荡器处于停振状态,提示音电路不工作。
同时与非门U3ACD4042输出低电平,使得U5ACD4011输出高电平,即CP=1,D触发器处于数据传输状态。
假如SA1被按下,此时D1=0,Q1=0,使得U2A4042输出为高电平,U5ACD4011为低电平,即CP=0,D触发器转入锁存状态,再按下其他按钮,电路不再响应。
同时CD4042的
1=1,VY1接通,LED1点亮,显示第一路抢答。
在按下S1A的同时,与非门U3A输出高电平,门控多谐振荡器起振,由Q5驱动扬声器发出提示音。
门控振荡器的振荡频率由R14、C1的参数决定,振荡频率约为800HZ。
SA5是复位按钮,按下J5A,可使与非门U5ACD4011的一个输入端置零,其输出变为高电平,即CP=1,电路又回到Q1~Q4=1,Q1~Q4=0的初始状态,为下一轮抢答做好准备,其他3路的工作原理与之相同。
结果分析:
当在主持人将开关S5A清零宣布抢答开始命令后,S1A、S2A、S3A先后将开关闭合后后,LED1亮,说明CD4042将1组的信号锁存,LED1亮,扬声器发出声响,主持人判别出第一组抢答成功,其他组的显示不亮,没有抢答成功(如图13)所示。
从以上结论可以看出本电路的设计符合设计要求。
七、心得体会
为期两周的课程设计已经结束了,通过这次课程设计,确实让我们学到了很多知识。
本次课程设计主要是配合《模拟电子技术》和《数字电子技术》理论课程,对所学的知识系统的整理学习,巩固了所学知识,对培养电路设计能力、提高实验技术,深化理论理解起到了非常好的效果。
在这次课程设计中,我们六个人又细分为三个小组,分别负责抢答控制电路、定时时间电路和报警电路部分,通过上网、去图书馆、请教老师等途径,为顺利完成我们的任务,起到了非常大的帮助作用。
最后我们反复的研究、计算、修改、仿真,成功地把三部分整合在一起,真正的实现了抢答器的完整功能。
在这次课程设计中,我们六个人共同努力,共同学习,充分发挥了团队精神,锻炼了我们解决难题的能力,扩展了我们的创造性思维,为以后的学习和工作奠定了良好的基础。
八、参考文献
1.阎石数字电子电路高等教育出版社2007
2.康华光电子技术基础(数字部分)高等教育出版社2000
3.韩焱数字电子技术电子工业出版社2009
- 配套讲稿:
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