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电工电子技术课程设计题目转速测量显示逻辑电路设计班级09无非一班学号200910210140姓名:王娟丽指导:鲁老师时间:
2011.
6.7—
2011.
6.10景德镇陶瓷学院电工电子技术课程设计任务书姓名 _王娟丽_______ 班级____09无非一班________ 指导老师 鲁老师 题目:转速测量显示逻辑电路设计课题的任务和要求
1.分析电路由几个部分组成,并用方框图对它进行整体描述;
2.画出对应的单元电路,分析电路原理、元件参数、所起的作用、以及与其他部分电路的关系等等;
3.用简单的电路图绘图软件绘出整体电路图;
4.对整体电路原理进行完整功能描述;
5.列出标准的元件清单;
6.测速显示范围为0~9999转/分
7.单位时间选为一分钟,且有数字显示
8.转速显示是前一分钟转速测量的结果,或者数字连续显示计数过程,并将每分钟最后时刻的数字保持显示一个给定时间,例如5秒或10秒,而后再重复前述过程设计步骤
1.查找和阅读又关资料
2.进行总体方案设计与论证,画框图;
3.进行单元电路的设计;
4.元器件选择与参数计算;
5.用四号图纸绘制原理图;
6.撰写设计说明书;
7.写心得体会;参考文献【1】秦曾煌.电工学简明教程,2版.北京高等教育出版社,
20076.【2】任致程.新编实用电工电路300例,1版.北京机械工业出版社,
200610.【3】齐宝林.电工快速识图,1版.福州福建科学技术出版社,2005
(1).【4】刘建河北建筑工程学院报2008目录
1.装置有整形电路,计数器,锁存器,译码器,显示电路,时钟电路,单稳态电路原理框图
2.信号拾取与整形(整形电路)信号拾取基本原理图如下电路核心由一个光电开关管组成,平时电机转轮静止,发光二极管所发出的光被轮子挡住,所以接收管处于截止状态,1端为高电平当电机转动一圈,会使接收管导通一次,1端输出一个低电平,1端波形为波形处理电路有一个施密特触发器组成,如上图当输入电压逐步升高时,致使VI施密特上VT+,内部触发器发生翻转当VI逐步下降时,致使VIVT-,电路再次发生翻转,通常VT+VT-所以只要VIVT-电路就能稳定在低电平,VIVT+电路就稳定在高电平,这样就有效的防止了杂波的干扰,并使输出得到矩形脉冲,符合了下级计数的需求典型的施密特其工作波形如下本施密特触发器选用40106,管脚如下,可以看出内部含有六路同样的施密特触发器,我们只使用其中一组
3、计数电路(计数器)本电路采用四个同步计数器接成串行工作方式,查数字电路产品资料后,准备采用CD4518,管脚如下图与其工作波形如下从4518应用手册给出的真值表看出,CD4518有两个时钟输入端CP和EN(ENABLEA或B),若用时钟上升沿触发,信号从CP端输入,此时EN端接高电平“1”,若用时钟下降沿触发,信号从EN端输入,此时CP端应接低电平“0”,不仅如此,清零端(RESET)也应该保持低电平“0”,只有满足了这些条件,电路才会处于计数状态.CD4518真值表我们还从真值表里可以得出,利用EN端下降沿触发的特点组成N位十进制计数器从波形分析,当输入端的计数脉冲到第10个时,电路自动复位0000状态,因为4518没有进位功能的引脚,所以应该充分利用第6或14脚输出脉冲的下降沿,利用该脉冲和EN端相连,就可以实现电路进位的功能,根据分析结果,电路设计如下计数脉冲另外从4518波形参数表可查其RESET端所需的清零电平宽度在VDD=5V时应该大于250ns,既清零信号宽度应至少大于250ns才能有效的将计数器清零,从测量的准确度要求来看,250ns周期,率f=1/λ=1/250=4M,远远大于我们所测量的频率最高值10KH,所以我们至少可以将其运用与小于M级别频率的测量
4.锁存电路(锁存器)锁存集成有电平和边沿触发之分,设计时要充分考虑进去,内部构造大都采用D触发器形式,查阅数据集成资料并,发现8D锁存器74LS324正适合要求,这款集成多在计算机电路中运用,而且容易购买,此集成为20脚封装,内部有8个D锁存器,采用两个这样的集成便可以实现4位10进制的的数据传输,它以上升沿作为CP端(即CLK)的有效触发,将8个D输入同时打到输出Q端,在输出端加有三态驱动,其内部其管脚排列如下右内部从此集成参数和真值表(如下),在其
(1)脚使能端加上低电平才能有效得使输出端得到所需的数据,其他状态不传送数据,也可从上图分析此
(1)脚是控制三态门的,相当于电路的通断开关,只有接低电平,电路才能正常工作左图可知在满足了OE端低电平的条件下,只有在CP端的上沿到来时间才能使Q端有效翻转,达到我们预期设计所需要的边沿触发的要求但从时钟的角度出发,对374的边沿特性仍然有要求,否则在锁存未稳定前就将计数器清零势必造成显示的错误我们从374应用手册中给出的数据中可知,在cp端的上升沿到来时,从Q端输出延时有15~28ns,数据和波形分别如下时隙极限ns测试环境minmaxTplhTphl15192828CL=45pfRL=667Ω因此从CP端的上沿到达时既超过
1.3V电压时,可以使Q端翻转,只要在此时间内计数器不清零就可以使电路正常工作,时钟设计时就可以此为依据
5、译码显示电路(译码器、显示电路)数码管的外形尺寸和内部构造如图所示,王娟丽主要参数如下
1.6V~
4.2V;功耗≤400mW,工作电流≤10mA;分共阳共阴两种极性,本电路选用共阴其引脚按顶视图的
(1)脚开始,顺时针读数,
(3)脚和
(8)脚为公共脚,其中
(5)脚为小数点,本电路不做连接引脚分别如下数码管与配套的驱动集成器件一起工作,通常称为BCD-7段译码器管脚排列如下集成从
(2)~
(5)脚依次输入二进制BCD码的高位到低位,
(9)脚~15脚输出点燃数码管所需要的二进制电压,1端为琐存控制,
(7)端位消隐端,
(6)端为L6CD用同时,从原先的设计思路出发,
(1)脚锁存端不使用,再结合其真值表,
(1)脚需接高电平,而
(6)、
(7)均需接底电平,满足此要求才能正常工作译玛器和数码管工作的方式一般有动态扫描和静态驱动两种,前着电路工作原理较为复杂,数码管处于连续依次被点燃状态,利用人眼视觉惰性产生数字显示静态的效果,通常只用两块集成就可以完成译码和显示的工作根据管脚分布和译码参数及管脚分布,电路设计如下时钟电路及波形设计根据以上各电路功能模块的需求,时钟电路总共需要产生两路输出信号,一路是频率为1秒的标准矩形脉冲,利用其上沿对锁存器进行锁存,另一路是计数器的清零脉冲,要求脉冲宽度≥250ns才可以有效得将计数器清零,频率仍然是1秒而且在锁存以后才可以对计数器进行清零,考虑到锁存在25ns之内完成工作,所以只要电路调试得当,无须再加延时电路,而且从上面设计的方框图可知,矩形脉冲经过一个单稳态电路以后才产生清零脉冲,单稳态集成也存在不可人为的延时存在,所以电路可以正常工作各部分设计如下1)时钟产生电路对于2HZ的方波仍然无法让电路正常工作,需要进行2分频才能产生1秒的时钟,因此本电路设计一个JK触发器进行2分频,分频后的方波可以直接用来控制锁存电路的工作本电路采用CD4027作为2分频的器件,其管脚分布为从图可知,内部含有两套相同的JK触发器,(1和
(2)为输出端,
(3)脚为前级时钟输入,
(4)和
(7)脚分别是更新和复位脚,本电路要将其接低电平,
(5)和
(6)脚为JK端,需接高电平从
(1)脚输出的信号既是所需要的1HZ方波单稳态设计4027第
(3)脚输出的方波仍然无法进行正常清零的工作,此脚需要接一单稳态处理后才能进行清零单稳态电路输出的波形宽度至少要达到250ns才能正常清零查有关集成库发现CD4528是一种双可重触发单稳态器件,它的管脚及真值表分别如下CD4528里同样有两组单稳态电路,
(1)和
(2)是微分定时输入,
(3)脚是使能端,
(4)和
(5)组成与门电路,
(5)脚与
(4)脚反相,因为此电路只需要一只脚输入端,我们使用
(4)脚同相端输入,将
(5)脚接高电平即可
(6)和
(7)是输出端根据真值表,需要将第
(3)脚即clear脚接高电平,电路接线如下图R3和C3组成微分定时,单稳态输出波宽度为
0.2*R3*C3*VDD-VSS,本电路由10K和
0.01UF组成,输出TW宽度为25us(标准值)远远满足计数器所需要的250ns的时间宽度根据以上分析画出时钟电路总接线图,如下所示
6、总体电路原理相关说明总体原理1机转速的信号拾取元件,在电机的转轴上安装一圆盘,在圆盘上挖一小洞,小洞上下分别对应着光发射和光接受开关,圆盘转动一圈既光电管导通一次,利用此信号做为脉冲计数所需2计数脉冲通过计数电路进行有效的计数,按照设计要求每一秒种都必须对计数器清零一次,因为电路实行秒更新,所以计数器到译码电路之间有锁存电路,在计数器进行计数的过程中对上一次的数据进行锁存显示,这样做不仅解决了数码显示的逻辑混乱,而且避免了数码显示的闪烁问题
(3)对于脉冲记数,有测周和测频的方式测周电路的测量精度主要受电路系统的脉冲产生电路的影响,对于低频率信号,其精度较高测频电路其对于正负一的信号差比较敏感,对于低频率信号的测量误差较大,但是本电路仍然采用测频方式,原因是本电路对于马达电机转速精度要求较低,本电路还有升级为频率计使用,而测频方式对高频的精度还是很高的
(4)显示电路采用静态显示方法,由于静态显示易于制作和调试,原理也较简单,所需元易于购买
7、总体电路原理图
8.元器件清单见下表器件名称用处及规格数量ICCD40106整形1ICCD4518计数2IC74LS374锁存2ICCD4543译码4ICCD4060时钟产生1ICCD40272分频1ICCD4528单稳态1光电开关管1晶振
32.768k1LED数码显示4除此外电容电组若干,供电电源等未列入清单
9.参考文献【1】秦曾煌.电工学简明教程,2版.北京高等教育出版社,
20076.【2】任致程.新编实用电工电路300例,1版.北京机械工业出版社,
200610.【3】齐宝林.电工快速识图,1版.福州福建科学技术出版社,2005
(1).【4】刘建河北建筑工程学院报2008【5】秦曾煌;电工学简明教程;高等教育出版社;
2007.6【6】王澄非;电路与数字逻辑设计实践;东南大学出版社;
1999.10【7】李银华;电子线路设计指导;北京航空航天大学出版社;
2005.6【8】韩振振;数字电路逻辑设计;大连理工大学出版社;
2000.1【9】高吉祥;电子技术基础实验与课程设计;电子工业出版社;
2002.2【10】康光华;电子技术基础(第五版);北京高等教育出版社;2006【11】朱红永;陈勇王博;555定时器构成的报警电路设计;海军蚌埠士官学校基础部安徽蚌埠 233012;2009年增刊【12】李健;555定时器及其应用;沈阳师范大学物理科学与技术学院辽宁沈阳
11000010.设计心得体会这是我第一次独立设计电路,我认识到在此次设计电路中所存在的问题.通过断的努力去解决这些问题在解决设计问题的同时自己也在其中有所收获.通过本次设计让我更进一步的了解到转速测量的原理和要求.也让加深了对电工课上所学内容的理解,在查阅的资料的过程中,我看到了很多电工电子的应用实例,进一步提高了我对该课程的兴趣从总体上来看,电路设计制作还是比较成功的,获得了很多的经验.首先设计思路很重要,一个良好的设计思路,是电路的生命如果搞懂了设计思路,那么就会节省许多时间.在设计和制作的过程种一定要细心.在设计过程中,总是遇到这样或那样的问题有时发现一个问题的时候,需要做大量的工作,花大量的时间才能解决自然而然,我的耐心便在其中建立起来了为以后的工作积累了经验,增强了信心我在设计的过程中发现了很多自身存在的不足之处,对以前课上所学过的知识不能融会贯通在以后的学习中,我将会注重将理论与实践相结合,这样知识点才能够深入理解和掌握译码器锁存器计数器整形电路单稳态时钟电路显示电路输入输出波形CD4518管脚电源负端abcdefgdp/////12345EDCdp//////109876GFAB。