自动化电子设计数字式速度表详解.docx

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自动化电子设计数字式速度表详解

湖南文理学院实习报告

课程名称：

电子设计制作与工艺实习

课题名称:

数字式速度表

系部:

电气与信息工程学院

专业班级:

自动化11101班

学生姓名：

陈帅

指导教师：

黄建春

完成时间：

2013年5月29日

报告成绩：

评阅意见：

评阅教师日期

摘要

采用新型的霍尔集成传感器研究成功了数字式速度表。

阐述了非接触式霍尔开关传感器的工作原理，电路组成，结构特征，检测过程以及性能指标。

该速度表具有外形美观、结构简洁、显示清晰直观、功能扩展方便等优点。

关键字：

霍尔开关传感器

数字式速度表

Abstract

ThesuccessofthenewintegratedHallsensordigitalspeedometer.Describestheworkingprincipleofnon-contactHallswitchsensor,circuit,structuralcharacteristics,thedetectionprocessandperformanceindicators.Thespeedometerhasabeautifulappearance,simplestructure,clearandintuitive,functionalexpansionisconvenient.

Keyword:

hallswitchsensor

digitalspeedtable

第1章速度表设计方案论证

1.1数字式速度表的意义

汽车仪表是驾驶员与汽车进行信息交流的重要接口和界面，在人机对话中扮演着重要的角色，可以随时反映出汽车的运行速度，为驾驶员正确使用汽车及安全驾驶提供了保证。

当前，人们对汽车性能要求愈来愈高，同时随着电子技术的进步、新型传感器以及显示元器件的发展、电子计算机在汽车控制系统中的广泛应用，汽车仪表系统的电子化和数字化已成为必然趋势。

通过仪表电子化、数字化可为驾驶员提供高精度的数据信息，且数字仪表具有外形美观、结构简洁、反应灵敏、体积小、精度高、显示清晰直观、功能扩展方便等优点，同时免去了传统机械式和电气机械式仪表的缺点，所以汽车仪表的数字化越来越为汽车界所瞩目。

1.2数字式速度表设计的要求及技术指标

1．显示汽车Km/h数；

2．车轮每转一圈，有一传感脉冲；每个脉冲代表1m的距离；

3．采样周期设为10S；

4．要求显示到小数点后边两位；

5．用数码管显示；

6．最高时速小于300Km/h。

1.3设计方案论证

本设计先通过霍尔式传感器采集车轮每转一圈所产生的传感脉冲，但这个脉冲一个不规则的方波信号且信号幅度很小，所以要通过放大电路和整形电路对采集的脉冲进行处理，再通过计数器记录产生脉冲的个数，最后通过译码器和数码管对汽车的速度进显示。

本设计简单易懂，操作起来容易，而且较节省费用

1.4总体设计方案框图及分析

首先通过霍尔式传感器收集车轮每转一周所产生的脉冲，放大电路和整形电路是为了将霍尔式传感器收集来的不规则且幅度小的脉冲放大和整形，然后通过计数器计算产生脉冲的个数并输出，最后通过译码器和LED数码管显示汽车的速度。

速度表设计方框图

第2章数字式速度表各单元电路设计

2.1脉冲发生源电路设计

本设计采用了霍尔式转速传感器，霍尔式转速传感器是利用霍尔效应的原理制成的。

霍尔效应是指在一个矩形半导体薄片上有一电流通过，此时如有一磁场也作用于该半导体材料上，则在垂直于电流方向的半导体两端，会产生一个很小的电压，该电压就称为霍尔电压。

霍尔式转速传感器是使转盘的输入轴与被测转轴相连，当被测转轴转动时，转盘随之转动，固定在转盘的霍尔传感器便可在每一个小磁铁通过时产生一个相应的脉冲，检测出单位时间的脉冲数，便可知被测转速。

根据磁性转盘上磁铁数目多少就可确定传感器测量转速的分辨率。

霍尔式传感器示例图

2.2信号处理电路设计

由于霍尔式传感器输出的脉冲信号是一个不规则的方波信号且信号幅度很小，所以必须进行信号的放大整形。

放大电路可用三极管组成，采用开关三极管可以保证放大器具有良好的高频响应。

当输入信号为零或负电压时，三极管截止，电路输出高电平；而当输入信号为正电压时，三极管导通，此时输出电压随着输入电压的上升而下降，由于放大器的放大功能降低了对待测信号的幅度要求。

传感器放大电路

利用施密特触发器状态转换过程中的正反馈作用，可以把边沿变化缓慢的周期性信号变换为边沿很陡的矩形脉冲信号。

输入的信号只要幅度大于VT+，即可在施密特触发器的输出端得到同等频率的矩形脉冲信号。

从传感器得到的矩形脉冲经传输后往往发生波形畸变。

当传输线上的电容较大时，波形的上升沿将明显变坏；当传输线较长，而且接受端的阻抗与传输线的阻抗不匹配时，在波形的上升沿和下降沿将产生振荡现象；当其他脉冲信号通过导线间的分布电容或公共电源线叠加到矩形脉冲信号时，信号上将出现附加的噪声。

无论出现上述的那一种情况，都可以通过用施密特反相触发器整形而得到比较理想的矩形脉冲波形。

只要施密特触发器的VT+和VT-设置得合适，均能受到满意的整形效果。

施密特触发器进行幅度鉴别

2.3显示电路设计

本设计采用四位同步二进制计数器74160，当RCO=LOAD′=ENP=ENT=1时，电路工作在计数状态，图中与非门G起译码作用，当电路进入1010状态时，它输出低电平信号。

SR锁存器Q′端输出低电平作为计数器的置零信号。

若计数器从0000状态开始计数，则第十个计数输入脉冲上升沿到达时计数器进入1010状态，G输出低电平，将SR锁存器置1，Q′端低电平立刻将计数器置零。

这时虽然G输出的低电平信号随之消失了，但SR锁存器的状态仍保持不变，因而计数器的置零信号得以维持。

直到计数脉冲回到低电平以后，SR锁存器被置零，Q′端的低电平信号才消失。

可见，加到计数器RCD端的置零信号宽度与输入计数脉冲高电平持续时间相等。

让一个脉冲的持续时间为一秒，则十个脉冲为十秒，十秒一置零，可使采样周期为十秒。

计数器真值表

十进制数码显示原理图

最后一个计数器采用二进制计数器，使其只能输出到2，让速度表的的显示值小于300Km/h。

二进制数码显示原理图

为了能以十进制数码直观的显示数字系统的运行数据，本设计使用七段数码管，这种数码管的每个线段都是一个发光二极管，并且数码管中还在右下角处增设了一个小数点，形成了所谓的八段译码器，八段发光二极管的阴极是做在一起的，属于共阴极类型发光二极管使用的材料与普通的硅二极管和锗二极管不同，有磷砷化镓、磷化镓、砷化镓等几种，而且半导体中的杂质浓度很高。

半导体数码管不仅具有工作电压低、体积小、寿命长、可靠性高等优点，而且响应时间短，亮度也比较高。

BCD译码器的输入是一位BCD码（以D,C,B,A表示），输出是数码管各段的驱动信号，也称4-7译码器。

用它驱动共阴LED数码管，则输出应为高电平，即输出为高时，相应的显示段发光。

本设计采用7448BCD译码器。

七段译码器原理图

7448七段译码器功能表

第3章数字式速度表整体电路设计

3.1整体电路图及工作原理

数字式速度表整体原理图

霍尔式传感器利用霍尔效应使转盘的输入轴与被测转轴相连，当被测转轴转动时，转盘随之转动，固定在转盘的霍尔传感器便可在每一个小磁铁通过时产生一个相应的脉冲，检测出单位时间的脉冲数，便可知被测转速。

根据磁性转盘上磁铁数目多少就可确定传感器测量转速的分辨率。

由于霍尔式传感器输出的脉冲信号是一个不规则的方波信号且信号幅度很小，所以必须进行信号的放大整形。

放大电路采用三极管组成，则整形电路应用了施密特触发器，可使其变成规则的矩形波，每个脉冲代表汽车行进了0.001公里，接着将处理过的信号脉冲接入四位同步二进制计数器74160，当RCO=LOAD′=ENP=ENT=1时，电路工作在计数状态，图中与非门G起译码作用，当电路进入1010状态时，它输出低电平信号。

SR锁存器Q′端输出低电平作为计数器的置零信号。

若计数器从0000状态开始计数，则第十个计数输入脉冲上升沿到达时计数器进入1010状态，G输出低电平，将SR锁存器置1，Q′端低电平立刻将计数器置零。

这时虽然G输出的低电平信号随之消失了，但SR锁存器的状态仍保持不变，因而计数器的置零信号得以维持。

直到计数脉冲回到低电平以后，SR锁存器被置零，Q′端的低电平信号才消失。

可见，加到计数器RCD端的置零信号宽度与输入计数脉冲高电平持续时间相等。

让一个脉冲的持续时间为一秒，则十个脉冲为十秒，十秒一置零，可使采样周期为十秒。

最后一个计数器采用二进制计数器，使其只能输出到2，让速度表的的显示值小于300Km/h。

然后将其输出的BCD码输入到7448BCD译码器中，用它驱动共阴LED数码管，则输出应为高电平，即输出为高时，相应的显示段发光。

然后就LED数码管就能显示汽车的速度了。

3.2电路参数计算

汽车的车轮每转一圈，电路将产生一个脉冲，可以测量出车轮的转速，每个脉冲代表0.001公里的距离，则可计算出车子的速度，让一个脉冲的持续时间为一秒，则十个脉冲为十秒，十秒一置零，可使采样周期为十秒。

用计数器记录输入脉冲的个数在LED数码管上显示，最后一个计数器采用二进制计数器，使其只能输出到2，让速度表的的显示值小于300Km/h。

3.3整机电路性能分析

这个设计采用了霍尔式传感器，三极管放大电路，用施密特触发器对脉冲进行整形，74160计数器，7448BCD译码器和LED数码管。

基本满足了课程设计所提供的要求，但还是有一些不足，本设计简单易懂，操作起来容易，而且较节省费用。

第4章设计总结

这是在大学的第二次课程设计，当我刚开始看到题目时，真是不知所措啊！

在网上查了一下速度表的有关内容，但确实东西很少啊！

而且大多数是用单片机做的。

然后就到图书馆去找相关资料，但是只找到了少数的资料，而且把那些资料研究了之后，发现有很多不是我所能理解的知识，于是我有些灰心了，最后只能回归到课本上了，我又仔细研究了一下课本，发现用书上的一些知识也许可以，这使我又看到了希望。

我主要以课本为资料做了这个设计，所以电路设计过于简单，没有什么复杂的元器件，并不象其它的教材那样用到了很复杂的元器件或是用到了复杂的芯片。

在电路的设计和创新上自己做的还很不够,所以设计之后再回想一下，里面自己的东西很少，这也是以后需要改进的地方。

我在这次课程设计中学到了很多的知识，也对速度表有了了解，也对一些应用软件有了一定的了解，对EWB有了更进一步的了解，但对EWB的的仿真部分的应用还不是很熟悉，EWB功能很强大，基本上能满足我在设计中的任何要求,希望在以后的学习中会有更好的了解和学习。

我的设计还有很多的不足，还有很多需要改进的地方。

我还有很多需要学习的地方，并且这次课程设计使我对本专业产生了很大的兴趣，我会继续的学习我相信以后会做的更好。

参考文献

[1]康华光.陈大钦.电子技术基础（数字部分）.第四版.高等教育出版社2003

[2]郁有文，常建，程继红.传感器原理及工程应用.第二版.西安电子科技大学出版社2006

[3]翁飞兵,陈棣湘.电子技术实践教程.国防科技大学出版社2003

附录：

器件清单

计数器74160，BCD译码器7448，LED数码管BS201A。

致谢

经过一段时间的努力，终于完成了数字式速度表的设计。

在这过程中我再一次感受到了成功来之不易。

每一步的前进都需要付出艰辛和努力，每一点的成功都汇聚各方的支持与鼓励。

正是有着各方面的力量才使我不断的前进。

在这些无形的力量当中有一股力量自我出生就赋予我的，这股力量就是父母对我的爱。

是你们让我拥有了生命，也是你们为我的每一步成长默默奉献自己的青春，劳累自己的身体。

不管我是成功还是失败你们都一如既往地支持我鼓励我，不断地给予我前进的动力与信心，你们是我坚强的后盾。

我完全没有任何理由不感谢你们。

为了不让你们过多为我劳累和操心，我将更加发奋地学习，不辜负你们的期望。

这次课程设计能够完成，非常感谢湖南文理学院电气与信息工程学院，为我们提供了一个展示自己的平台，也为我们提供了一个良好的学习氛围和学习条件。

感谢那些在为学生操劳的老师们，是你们让我的学习生活更加的充实精彩。

在此特别感谢我的指导老师黄建春老师。

谢谢王老师给我这个机会参与电子技术课程设计，黄老师不仅在专业知识上指导我如何去学习，如何更有效的掌握专业知识技能，而且也向我传递着学习和做事的精神——严谨认真、低调务实。

黄老师秉承着授之以鱼不如授之以渔的教学理念教导我如何将理论知识上升到实践基本技能，如何将理论与实际应用相结合，让我感受到了不一样的学习理念。

正是黄老师的严格要求与耐心指导，我才能完成这次电子技术课程设计。

在这次课程设计过程中还有一帮朋友给了我许多的帮助，他们教我怎么排版怎么加页眉页码。

谢谢！

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