电子里程表.docx
《电子里程表.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电子里程表.docx（28页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
电子里程表
北京工业大学
课程设计报告
学院电控学院专业通信工程
班级090241组号__________________________
题目数电：
自行车里程表模电：
测量放大器
姓名张鹏程学号09024122
指导老师谭燕宁
成绩____________________________
2011年5月29日
第一部分：
自行车里程表
一、设计题目-----------------------------------------2
二、设计技术指标及设计要求---------------------------2
三、设计方案的选择及比较-----------------------------3
四、选定电路工作原理和工作过程-----------------------4
五、各单元电路工作原理、波形分析、参数计算-----------4
六、调试过程-----------------------------------------8
1、整体电路的调试-----------------------------------8
七、附录---------------------------------------------10
1、系统工作的电路原理图-----------------------------10
2、芯片图及功能表-----------------------------------13
3、所有电子元件清单---------------------------------16
4、参考书及参考资料---------------------------------17
八、设计总结收获-------------------------------------17
第二部分：
测量放大器
一、设计题目-----------------------------------------19
二、设计技术指标及设计要求---------------------------19
三、设计方案的选择及比较-----------------------------2
四、选定电路工作原理和工作过程-----------------------3
五、各单元电路工作原理、波形分析、参数计算-----------3
六、调试过程-----------------------------------------6
1、各单元电路的调试---------------------------------7
2、整体电路的调试-----------------------------------8
七、附录---------------------------------------------9
1、系统工作的电路原理图-----------------------------9
2、电路中相关点的电路波形图-------------------------10
3、测试数据-----------------------------------------10
4、芯片图及功能表-----------------------------------11
5、所有电子元件清单---------------------------------16
6、参考书及参考资料---------------------------------19
八、设计总结收获-------------------------------------20
一、设计题目
自行车里程表（数字类）
二．设计技术指标及设计要求
（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，以适应不同的车型。
（二）设计要求
1.显示数字为3位，精度为0.1公里，即（00.0—99.9公里）。
2.数码管要有小数点显示，即个位与十分位之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.所用芯片与元器件尽量在参考元器件范围内选择（实验室没有的自行解决）.
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。
（三）发挥部分
从实用的角度考虑，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）。
（四）参考元器件和芯片
CD40106;CD4518（或CD4017、74LS161等）;74LS21、74LS08、CD4011（或74LS00）;CD4553、CD4543;共阴（共阳）数码管、NPN（PNP）开关管、红外光电传感器等；其他电容、电阻若干。
（五）设计框架
电子里程表主要由红外传感器、脉冲整形、轮辐计数器、门电路、0.1公里计数器、译码驱动器等组成。
如图3所示。
图3：
实验整体框架图
三、设计方案的选择和比较
当我们拿到这个题目后，我们小组对实验框图进行了大致的分析，将整个系统分成三部分处理，即脉冲的产生及获得，计数，最终译码与数据显示。
询问老师后，我们知道这个实验设计采用了红外光电传感器，进行非接触式检测。
当有物体挡在红外光电发光二极管和高灵敏度的光电晶体管之间时，传感器将会输出一个低电平，而当没有物体挡在中间时则输出为高电平，从而形成一个脉冲。
但是我们没有选择使用实际电路来测量实验，因为其设计比较麻烦，对红外波光电传感器信号的整形较为复杂，因此放弃实际电路测量。
取而代之的给予不同频率的脉冲函数，令其作为输入信号，并由后续的电路进行计数以及显示，从而完成实验。
首先，使用数电箱上的脉冲信号，产生出基本的计数脉冲，从而得到标准脉冲。
其次，我们须测量出车轮的周长以及车轮转动一周红外传感器感应到的辐条数，从而计算出每走0.1公里要有多少根辐条通过传感器，确定出要用到的进制。
即：
设车轮直径为7.5厘米，车轮每走一圈包括九根辐条，经计算我们得出车轮每走0.1公里，有3800根辐条经过。
也就是说每当传感器感应到3800根辐条时系统应记0.1公里，计数器自动清零，周而复始从而达到计数的目的。
最后要说到的是数码管，我们所使用的数码管需要连接译码驱动，最终显示出三位数字，即从00.0——99.9。
此外我们还设计了整体清零的功能，即整体归零，重新计数。
由于实验室的芯片种类有限，谭老师鼓励我们用实验室所提供的的器件，而不是一味的寻求简易电路，也许复杂的电路更能锻炼我们的思维和动手能力。
本着这种思想我们选择了芯片CD4553、CD4543和一个三位共阴数码管构成里程计数和显示部分。
由于数电课上，我们主要学习了74LS160作为计数器芯片进行计数的方法，因此一开始我们想用三片74LS160来实现计数功能,这样设计思路比较简单，而且容易设计，重新复习一下之前的知识便可得到该实验的计数部分，可当我们上网查找其他的方案时，发现CD4553充当计数器后能使0.1公里计数器电路得到大大的简化。
因为CD4553本身就是一个1000进制的计数器，并且具有分段输出功能，因而只需用一片CD4543与之连接便可驱动数码管，而刚才的方案需要3片74LS160和3片CD4543相连才能构成完整的数码管驱动电路。
所以最后从简化电路，少用芯片的要求出发，我们改进为使用一片CD4553和一片CD4543构成0.1公里计数电路和译码驱动电路。
选择以上方案，是考虑到系统结构、系统所需用到的芯片、以及是否易于制作等问题。
同时，我们也尽可能的减少所使用的芯片数量，节省成本。
四、选定电路工作原理和工作过程
首先，由数电箱上得到脉冲信号（可调频率和固定频率均可），把该信号作为输入信号进入CD4518的CLK,由两片CD4518和74LS21、74LS00组成计数电路，由之前计算的过3800计数之后通过0.1公里的规则，规定输出信号，再将得到的信号输入到CD4553译码器，译码后的结果输入到CD4543译码驱动器，将4输入变为7输出，到达共阴数码管，从而显示最终结果。
五、各单元电路工作原理、波形分析、参数计算
1、脉冲的产生及获得
由于没有使用实际电路进行脉冲计数，因此脉冲的产生直接由数电箱的脉冲信号得到。
并将该脉冲信号输入到CD4518的第一个时钟端，使其进行计数。
2、计数电路
这部分电路要用到的器件为两片CD4518、74LS21、74LS00。
我们采用两片双十进制的CD4518，根据管脚图和工作原理图，我们知道了CD4518的基本工作原理。
它是一个同步加数器，在一个封装中有两个加数器，每个加数器都可实现二/十进制互换，其功能管脚为1——7和9——15。
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,若用时钟上升沿触发，则脉冲从CP（clock）端输入，此时EN端接高电平。
若应用时钟的下降沿触发，则脉冲从EN端输入，此时CP端接低电平。
不只如此，CD4518清零端为高电平有效，所以在不清零时，应接低电平。
满足这些之后，CD4518便能实现计数功能。
可利用如图解法将CD4518转变成四位十进制计数器。
从CD4518的下图可看出，第一片计数器用的是时钟上升沿触发，由cp端输入脉冲。
由于CD4518没有进位端，所以应充分利用EN端，下图中其他三片均利用第四位输出与EN端相连，作为信号输入端，接到EN端说明用下降延触发，CD4518计数是十进制的，所以用输出的第四位整好能体现出它在从9到0时从高电位到低电位，得以实现进位功能。
此外，应将事先计算好的进制数3800按顺序分别从四个十进制计数器中连出，并利用74LS21与门将其联在一起，在将74LS21的输出反馈给两片CD4518的四个十进制计数器的清零端中，从而实现每记过3800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进行费的运算，因为没有提供非门，所以我们用74LS08与非门代替。
具体就是将二输入的与非门的一个输入接高电平。
这样就实现了非的运算。
再由与非门74LS00将结果输送给CD4553，使其工作。
如下图
3、译码与数据显示
这部分电路中要用到的器件为：
CD4553、CD4543、三位一体的数码管、三个1千欧的电阻、七个500欧的电阻、三个9014型晶体管、1000PF的电容一个。
CD4553为三位BCD译码器，共15个管脚。
CD4553的功能管脚为1—7和9—15，1（DS1）、2（DS2）、15（DS3）管脚分别作为三位一体的数码管的小数位、个位、十位。
实验中这三个管脚应分别与一定阻值的电阻相连后，再分别与三极管的基级b相连，最终有三级管与数码管的驱动端相连。
在本实验中，我们选用的是三位一体、共阴级的数码管，并且选用500欧的电阻作为保护电阻。
由于是共阴级的数码管，所以我们须将三个三极管的发射级c一起与低电平相连。
之后将三个三极管的发射极e与数码管的驱动段连接在一起。
3（CLB）、4（CLA）在实验中应连接1000PF的电容。
5（Q3）、6（Q2）、7（Q1）、9（Q0）为输出管脚。
由于我们使用的是共阳性数码管，所以10（LE）、11（DIS）、13（MR）接地。
脉冲信号应从12（CLK）中输入。
由CD4553接收到来自74LS00的脉冲信号，将信号变化转换，输出给CD4543的2（Q3）、3（Q2）、4（Q4）、5（Q0）管脚。
CD4543为CMOSBCD—TO—SEVENSEGMENT驱动译码器。
其最重要的功能就是将4输入转化成七输出，从而给数码管输出信息，使其显示出正确数字。
CD4543的一管脚（LD）为制数端本实验中接高电平。
7管脚为清零端，高电平有效，本实验中应接低电平。
6管脚位PHASE，本实验中我们使用的是共阳性数码管。
值得注意的是，CD4543的输入管脚2、3、4、5并不是按顺序排列的，而是5位最低位，之后依次为3为第二位，2位第三位，4位最高位。
9至15管脚为输出端。
CD4543进行译码驱动数码管，最终显示出车轮模型所走过的公里数。
此图为CD4553
本试验使用的是三位一体的共阴数码管，数码管的12为小数位、9个位、8十位，这三个管脚分别为三个数码管的驱动。
3号管脚为小数点控制端，给出高电平小数点亮。
在本实验中我们从cd4553的1（DS1）端接出电平，经过74LS00非门，再连接到数码管的3号管脚，以此驱动小数点位。
其他各管脚分别控制数字的一个段，即11控制a，10控制f，7控制b，5控制g,4控制c,2控制d,1控制e，在工作时，数码管的7号管脚悬空。
我们用的CD4543驱动数码管，它既可以驱动共阴又可以驱动共阳。
老师给我们提供的三极管是9014（NPN）,我们选择了共阳接法，我们将三极管的基极与CD4553通过电阻相连，集电极与数码管相连，发射极接电源。
用了三个三极管分别控制数码管的个、十、百位。
然后就是将CD4543中控制数码管的a-f接好。
因为我们选的是共阳接法所以CD4543的7号管脚要接地。
最后就是小数点的处理，我们把CD4553中控制个位的输出端接到数码管的控制小数点的管脚上就可以实现小数点的实现。
下图为实物连接图：
六、调试过程
在经过了一轮又一轮的思考，以及对各部分电路的分析总结，我们对整个系统有了较全面的规划。
第一步：
进行EDA仿真，由于EDA为我们提供了很好的实验条件，避免乐由于面包板，导线和芯片的接触问题而产生的错误。
我们可以将想法轻而易举进行验证，修改，但是再仿真过程中，也要注意连线问题，不能出现不应出现的交点，在EDA仿真实验阶段，由于仿真软件并未提供CD4553芯片，这给我们的实验带来很大不便，因此我们只将轮辐计数器部分进行仿真实验。
但是由于3820的计数器仿真起来很慢，所以我们改变了计数器的大小，但并不影响我们对电路图的检验。
第二步：
布线，首先我们要考虑到的是怎么布线，要让整个面包板看起来整洁，美观。
要做到线与线不重叠，线与线不交叉。
第三步：
连接数电试验箱上的数码管，调试计数器，看三点，1数码管是否正常进位，2计数器的进制是否正确，轮辐脉冲可用固定脉冲代替。
3看小数点位是否可以正常显示。
第四步：
测试共阴数码管的显示。
由于用EDA无法仿真这部分电路，所以要对其电路的正确性进行检验，比如小数点点亮。
调试过程中的问题
当我们正准备绘制电路图，并利用EDA进行仿真时，突然发现Multisim中根本没有我们要用到的CD4553以及CD4543。
在经过一番查找资料后，我们基本了解了CD4553的内部结构，于是我们选用了用三片74LS160来代替CD4553。
好不容易才整好了用什么来替代CD4553,我们要用的数码管在EDA仿真里也没有，我们只能用不用驱动的数码管来代替，这样就使我们对CD4543的使用时要点减少了。
就这样我们把仿真图做出来。
第一次测试的时候数码管显示000，这让我们很不解，于是就从头开始检查电路，发现接线没问题。
无奈我们只好从前到后查信号，发现信号的进入也没问题。
于是我们把问题点放到数码管上。
在网上查了一番资料，又与其他组同学进行了交流，我们改变了数码管的驱动电阻，把其变小到500欧姆，然后还是有问题，结果是因为我们把三极管搞错了，需要的是9014，而不是9012，经过一番折腾之后，数终于出来了。
可是，他却有时候走，有时候不走，于是我们宋江雪又重新开始查线路，最后终于发现有个地方有时候短接，解决这个问题之后，我们的电路终于可以正常显示了。
七、附录
1、系统工作的电路原理图
EDA仿真图
原理图
实物图
2、芯片图及功能表
1、CD40106施密特
CD40106是用于脉冲整形的芯片，它的管脚1、3、5、9、11、13分别为输入，管脚2、4、6、8、10、11为输出。
我们在实验中只用1、2号管脚，有红外感应器过的的脉冲由1号管脚输入，经过整形的脉冲由2号管脚输出。
2、CD4518双十计数器
CD4518是双十计数器，它能最大计到99，1、9号管脚为时钟输入，2、10为使能端，选择不同端使其工作有不同的要求，用时钟端则是上升延触发，使用使能端则是下降延触发。
3-7、11-14管脚为输出端。
7、14管脚为清零端。
3、CD4543
CD4543是数码管驱动器，它既可以驱动共阴又可以驱动共阳数码管，但共阴和共阳的接法不一样。
9-15管脚对应着数码管的a-g段的显示。
7号管脚是共阴共阳的区分，共阳接高，共阴接地。
2-5号管脚接CD4553的输出。
4、CD4553
CD4553也是一个计数器，当有脉冲输入它的10、12号管脚时，它就开始计数，5-9为输出端，13管脚为清零端，高电平有效。
1、2、15管脚分别控制数码管的个位、十位、百位。
14管脚为进位输出端，当驱动六位数码管时才能用到。
使用时3、4间接电容。
11管脚接地。
3、所有电子元件清单
CD40106一片、CD4518两片、CD4543一片、CD4553一片、74LS21一片、74LS00一片、共阳数码管一个、1000欧电阻三个、500欧电阻七个、1000PF电容一个、9012（NPN）三极管三个。
4、参考书及参考资料
（一）、清华大学电子学教研组编，阎石主编，《数字电子技术基础（第四版）》，北京：
高等教育出版社，1998
（二）、XX文库
（三）、杨欣，王玉凤，刘湘黔编著，《电子设计从零开始》，清华大学出版社，2005
八、设计总结收获
课设实验是既锻炼脑力又锻炼动手能力的过程。
一开始拿到这个课设的时候，我和同组人是一头雾水，完全没有一点思路。
幸好，谭老师在做实验之前，把每个实验基本实现原理都做了一下简单介绍，才能让我们对这个实验有一点思路。
有了整体思路还是做不了实验的，必须有具体的实验思路，比如实验各个模块的设计以及功能，如何实现等等。
我先是去网上查找资料，看有没有类似的里程表的设计框图。
查看了之后，发现很多内容都相似，于是我研究其实现的原理是什么，如何能做到准确计数。
看了一番之后，对实验整体情况有了详细的了解。
于是去图书馆查找相关的资料，比如《电子设计从零开始》这本书，让我知道了很多关于课设需要的知识和应该注意的地方，以及一些做课设的技巧，还有一些实验手册，对不同芯片的具体参数有详细的介绍。
这些都是课设成功的重要组成部分。
我开始动手做课设时，发现虽然对所有的器件都很明白了，但是我无法动手做。
因为以前学的都是理论知识，而做课设是将理论运用到实际中来，由于没有经验，还是一头雾水。
准备去问谭老师，但又想到老师在课设开始之前就强调过遇到问题要多自己想，不要轻易地就问，这样的话学习的效果就不会很好的。
经过我的反复思考后，我找到我们这个专业的学长，向他们请教，让他们告诉我该如何动手做，在准备过程中要考虑什么问题，在这样充分准备后，我便开始动手做课设了。
我想课设的第一步就是画出实验原理图，设计好实验电路图是课设的关键。
俗话说：
好的开始是成功的一半。
这里也一样，有了原理图才能进行后续的课程设计。
我们选择设计电路图的方法就是用Multisim进行EDA仿真。
这个过程是十分艰苦的，一切都是从零开始，而且仿真的时候有好多需要的元器件都没有，我们只能分析之前芯片的功能，选择用其他芯片代替。
功夫不负有心人，我们终于把电路图设计好了，并且可以正常仿真。
根据这个仿真的电路图，我们又画了一份实验原理图，这个原理图是用的我们需要的芯片，以及这些芯片的接法。
根据这个电路图，我们找谭老师拿芯片、电阻和导线。
接下来就是接线的工作了。
接线是个难点，一要美观，二要不搭线，三还要各个功能可以完美实现。
插线不但需要有一个整体的全局观，更重要的是要有足够的耐心。
在插线过程中锻炼了我的整体协调能力同时锻炼了我的动手能力。
当插完所有的线时，需要进行的就是调试，在我们插完线后进行第一次调试时，结果出乎意料，数码管显示都为000，不论怎么调节脉冲频率，数码管也不动。
我们当时一头雾水，不知道该如何是好，后来和其他组同学商量后，发现我们的三极管用错了，共阴数码管应该用9014，而我们选用的是9012，换了之后，数开始显示了，但是小数点一直也不显示。
无奈，我们之后从头开始插线路，发现没问题，最后我决定换个数码管试试，结果就出来了。
原来是数码管的问题。
从开始又查了一遍电路，确保没问题后，送入输入信号，当我们看到数码管开始跳数的时候开心极了。
调节频率，数跳的幅度也发生变化。
经过这些事后，我发现，要多多找找自己的原因，很多时候是自己粗心造成的，就比如那个三极管，如果不是粗心，也不会用错。
而且还要多听听别人的意见，一直坚持自己想法的人是不会提高的。
要学会独立思考，只有这样才能知道问题到底出现在什么地方，才能第一时间解决问题。
而不是遇到问题就问别人或者老师，这样的话，永远都要依赖别人。
通过这次的课设，我还得到了一个很大的收获，就是团队的协作能力，如何在一个团队中将每个人的力量都发挥出来，是很重要的。
因为这次我们是两个人一个小组，如何协调，如何在做课设的过程中使两个人能够很好的配合，也是很重要的。
我们在插板时就是两个人进行了很好的分工，一个人准备线，一个人进行插板，这样就能保证能够快速的进行了。
课设结束了，我们的实验也成功的验收，但是在实验过程中，我们也收获了许多东西。
这些是课堂上学不到的，只有亲身去体验这件事，才能明白。
通过这次课设，我们对实验知识有了更深刻的了解，从理论学习到实际应用，每个过程都是辛苦的，但却充满了快乐，当实验出来的那一刻，那种喜悦不能言表。
我也很珍惜这次实验机会。
一、设计题目
测量放大器（模拟类）
二．设计技术指标与设计要求
（一）、设计任务
使用运算放大器设计一套用于交流信号放大器的模块。
（二）、基本要求
第一部分：
信号变换放大器
设计并制作一个信号变换放大器，参见下图。
将函数发生器单端输出的正弦电压信号不失真地转换为双端输出信号，以此作为差动放大器的输入信号。
第二部分：
差动放大器
设计、制作一个测量用差动放大器，参见下图。
输入信号VI取自桥式测量电路的输出。
当R1＝R2＝R3＝R4时，VI＝0。
R2改变时，产生VI≠0的电压信号。
设计要求：
1、差模电压放大倍数 AVD＝1～500，可手动调节；
2、最大输出电压为±10V，非线性误差<0.5％；
3、在输入共模电压+7.5V～－7.5V范围内，共模抑制比KCMR>105；
4、在AVD＝500时，输出端噪声电压的峰－峰值小于1V；
5、通频带0～10Hz；
第三部分：
前置放大器（设计目标是达到最高的带宽增益积）
设计要求
1、被测输入正弦波信号最小幅度为有效值10毫伏；（输入幅度尽量小）
2、频率为100HZ~20KHZ；（上限频率尽量高）
3、放大器增益达到60dB。
（增益尽量高）
三．设计方案选择及方案比较
（一）.信号变换放大器部分
方案一、低噪声前置放大电路设计本电路结构简单，输入阻抗高，放大倍数可调；但是共模抑制比较小，实测只有10000，共模抑制能力太差。
其电路图如图所示
方案二、同相并联式高阻抗测量放大器
同相并联式高阻抗测量放大器电路具有输入阻抗高、增益调节方便、漂移互相补偿、双端变单端以及输出不包括共模信号等优点。
同相并联式高阻抗测量放大器电路图如图所示
对比两个方案，方案二比
升级会员 