数字转速表设计.docx
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数字转速表设计
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数字转速表设计（共15页）
信息与通信学院
课程设计
课程名称数字电子技术基础
课题名称3.数字转速表的设计
专业电子信息工程
2012年2月17日
摘要
数字电路包括了脉冲电路和数字逻辑电路两部分。
脉冲电路主要研究脉冲的产生、变换和测量。
尽管脉冲波形形状多样，但它们都有共同点，就是整个波形都由若干个暂态和稳态过程组成。
为了获得暂态过程，脉冲电路必须包括两个组成部分：
一个是开关电路，用来接通和断开电路，以破坏电路稳态建立暂态；一个是惰性电路，用以控制暂态过程时间。
我们使用的开关是晶体三极管、二极管、MOS管及由它们构成的集成电路。
常用的惰性电路有RC、RL、RLC和延迟线，其中以RC电路为主。
数字逻辑电路是一门研究数字信号的编码、运算、记忆、计数、存储、分配、测量和传输的科学技术。
简单地说是用数字信号去实现运算、控制和测量的科学。
数字电路与模拟电路相比有如下优点：
1．电路结构简单，容易制造，便于集成和系列化生产。
成本低廉，使用方便。
2．由数字电路组成的数字系统，工作准确可靠，精度高。
3．不仅能完成数值运算，还可以进行逻辑运算和判断，在控制系统中这是不可缺少的．因此数字电路又可称作数字逻辑电路。
数字电路相对于模拟电路的这一系列优点，使它在通信、自动控制、测量仪器及计算机等各个科学领城内得到广泛的应用。
所以熟练数字电路的设计在未来的电路设计中占据重要的地位。
一、方案设计
1.方案一
如上图所示，该方案要用到单片机，电路简单，而且制作成本低，但是对于我们没有学过单片机的学生来说，该方案的难度很大。
所以不采取这个方案。
2.方案二
如上图所示，该方案使用十进制计数器，一方面用来时间的统计，一方面用来统计转速。
同时利用按钮来实现转速和时间的切换显示。
避免了使用单片机带来的困难。
但是缺点是使用芯片多，且电路复杂。
但是对于刚刚学完数电和模电的我们来说这能选择这个方案。
二、设计思路分析
1.转速信号：
用信号发生器提供信号，来模拟转速。
转速的测量方法：
测量一分钟内信号发生器的信号的上升沿的个数即为转速。
2.脉冲源部分
采用555集成芯片组成的多谐振荡器来产生分脉冲，通过多谐振荡电路可以产生分脉冲，通过调节1、3引脚之间电阻的比例来调节产生的脉冲。
该部分在输出端还连接了一个按钮，方便控制脉冲源的输出。
图一
3.时间统计以及转速锁存部分：
：
时间统计有74ls160来统计，17ls160脉冲信号来自脉冲源，当脉冲源达到上升沿时，74ls160十进制加法计数器加一。
如下图所示，时间统计电路构成了100进制加法计数器，当时间达到100分钟时自动清零。
：
转速锁存电路的作用
由于转速测量是在一分钟内信号发生器上升沿的个数转速，但是如果不加锁存电路，直接把转速测量电路的值传递给译码电路，数码管会因为人眼的残留效应，数码管会处于闪烁状态，完全看不出转速是多少，所以要加锁存电路，定时给锁存器一个脉冲信号，只有当脉冲信号到达时，数码管的值才会，这样才是真正的转速值。
4.转速测量部分
转速测量部分是用来测量转速值，当信号发生器的信号到达上升沿的时候，计数器就加一，只有当计数器的值达到100或者脉冲源到达高电平的时候计数器就清零。
只有当脉冲源下降为低电平时，计数器才会继续计数，所以脉冲源的占空比尽量的小，以减小测量转速的误差。
时间统计及转速锁存部分转速测量部分
5.时间与转速切换部分
A/B网络控制显示时间还是转速，74ls157是4-二选一数据选择器，为了是数据选择器能够正常工作，G端必须接地。
A/B端接按钮用来控制。
6.译码部分
译码器用74ls48（共阴）译码器，为了使译码器正常工作，LT、BI\RBO、RBI端必须全部接高电平。
时间与转速切换部分译码部分
7.显示部分
数码管是共阴极数码管，由于数码管内部是由二极管结构构成，又由于二极管允许流过的电路有限制，所以为了防止数码管被烧坏，必须加限流电阻。
但是限流电阻不能太小，也不能太大。
电阻太小，会有可能烧坏数码管。
电阻太大的话数码管的亮度很低。
所以300欧姆电阻比较合适。
三、完整的原理图
四、电路调试
1.在做第一块电路板时出现的问题：
.由于粗心，没有芯片的电源网络和地网络，导致芯片不能正常工作。
.脉冲源后面的按钮封装画错，导致按钮放不进，是电路板失败的原因之一。
.由于第一次做电路板，数码管的封装完全错了，数码管不亮。
.由于缺乏经验，电路板的设计时，忘记在每一个模块后面加插针来验证这部分功能是否实现。
.在这次电路板的设计中应该要在脉冲源部分加二极管如图一所示，作用是防止芯片被烧。
五、设计电路时应该注意的地方
1.在仿真的过程中，因为在计数的芯片清零端上加上+5v的恒定电压，导致在显示转速的时候，转速值是不断叠加的。
所以在设计电路时要加上正确的清零信号。
2.芯片要用常用的，否则有可能就算仿真成功了，在实际电路中也是不能正常工作的。
3.仿真的过程中为了提高转速的测量准确性，所以把信号发生器的信号占空比设得很低，但是，仿真时发现占空比太小的话，转速值是叠加的。
分析原因是：
占空比太低导致转速测量电路还没有清零，脉冲源就已经下降为低电平，导致了转速值是叠加的。
经过不断的仿真，发现要想转速测量电路能够正常清零，占空比至少要百分之二十。
又因为占空比已经达到了百分之二十，所以为了提高转速测量的准确性，所以，信号发生器给的转速信号频率要比较低，要不然误差会很大。
4.在画PCB时，焊盘的大小最好是70mil以上，要不然焊盘太小会导致芯片没法焊接上去，就是能焊接上去，也会有可能接触不良，导致电路板失败。
5.在画PCB时，线与线之间的间距也要大些，不然到时腐蚀不好的话会有可能导致电路短路。
线与线之间的间距小的话，在焊接时会有可能产生短路，由于粗心焊接。
像第四、五点这样的现象，我们是很难发现的，而且出现短路的话，一般也不会就只有一个地方，所以画PCB时要避免这样的现象发生。
六、制作电路板时应该注意的地方
1.在用砂纸磨电路板是要沿一个方向磨，而且电路板要磨到光滑，这样油墨才能更好的印在电路板上。
2.腐蚀完电路板后要检查看看电路中线有没有断，如果有断的线的话，要用油墨笔补线。
3.焊接元器件时要先焊接跳线，然后根据元器件的高低按照从低到高焊接元器件。
七、实训心得
本次课程设计的要求是设计一个数字转速表，刚开始拿到题目时，完全没有头绪，感觉自己完全没有思路，自己都不知道用什么学过的知识。
但是经过自己慢慢思考后，列出大概的框图后。
再根据框图慢慢琢磨该用什么芯片才能完成这部分的电路。
在设计电路时，所用的知识都是学过的，但是，有时候就是会钻进死胡同，不知道该用什么芯片来实现该部分的功能。
就像在考虑时间和转速转换部分时，刚开始完全没有思路，这样的要求似乎完全不可能实现，但是后面回顾了这个学期所学过的知识，发现我学过了数据选择器，只不过我们常用的是双四选一的数据选择器，那是我就想，是否有四二选择器呢。
后来上网查了资料，还真有，后来我通过multisim仿真，发现它是能实现功能的。
通过这一个实例，我更加感觉到，理论与实践应用相差很远，就算你理论知识学得很好，但是如果你不多动脑筋思考，把学过的知识灵活的运用起来。
而且像现在学过的很过芯片功能虽然只有几种，但是你只要灵活运用了，一种芯片可以有很多种应用方法，像NE555芯片你会运用的话可以有几百种用法。
在仿真时，在设计译码电路和显示电路的时候，如果不注意区分共阴译码器和共阳译码器，还有数码管是共阴的还是共阳的，仿真时可能不成功，而且还有可能不知道失败的原因是什么。
所以在用到数码管和译码器时要注意共阴和共阴搭配，共阳和共阳搭配。
在仿真的时候，分部分的验证该部分电路是否能正常工作，在成功后各个部分简单的结合在一起仿真的话，你会发现法很多情况是不成功，因为设计电路时每一部分都是紧密联系在一起的，分开能够正常工作，结合后就有可能因为芯片要求的差异不能正常工作，所以这时要认真仔细的分析各部分电路各自有什么特殊的要求，然后修改电路。
例如，这次课程设计中，各部分都能正常工作，但是把各部分结合一起来仿真却不成功，后来分析，发现脉冲源的占空比太低，导致计数器没有能够清零，所以导致转速值是叠加的，后来调高了占空比，电路就能如预想中那样工作。
当仿真成功后，在画电路图的时候，还会由于缺乏经验导致电路失败，例如在设置线间距和焊盘大小的时候，没有有经验的人在旁边指点的话，做出来的电路多数是不成功的，特别对于我们刚学完CAD的学生，如果CAD学不好，在画PCB时用自动布线，但是自动布线会忽略电器属性，画线是直角的，这样，做出来的电路板一般是不成功的。
（在这里要加上老师帮调试的感言）。
最后还是要感谢我的指导老师，在我遇到困难时，向老师求教时，总是很有耐心的给我做着简答。
我总是要经历这样一个过程，有想法，但是就是差那么一点！
这个就是我们缺少太多的实践经验。
书本知识固然要学，但是必定的课程设计还是很有必要的。
实践能帮助我们积累经验，我们动手操作薄弱，经验十分欠缺，不能条件反射的想起一些常识性的问题就是我们动手不够的表现。
同时我也要感谢我周围的同学朋友，就算之前不认识，但是在课程设计的实验过程中，他们总是尽他们所能的帮助我。
在实验的过程中我感受到同学之间的互助互爱，在这次实训中虽然很累，有很多次想要放弃，但是看到旁边的人都很努力的去完成好实训，退缩的心态被抛到了九霄云外。
这一次的实训我收获了很多，学到了很多理论课学不到的知识，这些知识只能通过自己亲自动手实践，去思考，然后总结出来的。
谢辞
从开始的一无所知到后面依靠自己的能力做出电路板，感觉到这次实训收获很多。
其中经历了很多，收获也很多。
因此在此论文成文之际，首先我要衷心的感谢老师对我们的教导，老师严谨的治学作风、兢兢业业的工作精神和求精、求实的科学研究理念将对我的以后两年大学生活产生深刻的影响。
在我的学习过程中，每当我遇到我无法解决的疑难时，老师们总是能帮我们有效的解决问题。
每当老师们感到我们彷徨、不知所措时，老师们总是能及时查明学生的心态，帮助同学们克服学习困难。
老师们总是无微不至的照顾同学们的学习。
这样的治学精神将成为学生终身受用不尽、用之不竭的宝贵财富。
谨向老师致以深深的敬意和最诚挚的谢意！
同时我也要感谢在实训中帮助我的同学们！
加上你们的帮助我学习更有效率。
参考文献
1.电子技能基础
2.数字电子技术基础（第五版）阎石主编
3.精选实用电子电路260例
附录
附录一：
仿真图
附录二：
元器件清单
comment
footprint
quantity
共阴数码管
LED8
2
74LS160
DIP-16
4
NE555
DIP-8
1
74LS48
DIP-16
2
74LS374
DIP-20
1
74LS00
DIP-14
1
74LS157
DIP-16
2
变阻器
VR4
1
二极管
2
电阻
数个
电解电容
.4
1
插针
CON2
数个
发光二极管
LED
一个
升级会员 