数字转速表课程设计(共25页).docx

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1、精选优质文档-倾情为你奉上 Southwest University of Science and Technology信息工程学院本科课程设计报告课程名称:电子技术课程设计设计题目:数字转速表专业班级:.学生姓名:.学生学号:.指导教师:.教师职称:.起止日期:2018.04-2018.07学生邮箱:.西南科技大学信息工程学院制2018年03月西南科技大学电子技术课程设计任务书专业班级.学生姓名.学号.设计题目数字转速表设计任务书设计要求：1设计 3 位数字显示的数字转速表。2测速范围为 000999 转/分。3要求每 5 秒完成一次转速测量并更新显示。4转速表探头采用霍尔传感器。5可使用外

2、接电源。交稿形式：手写稿；打印稿；软件；图纸；其他指导教师签名： 年 月 日学生签名：年 月 日学生日志与师生见面情况时间完成工作进展情况或交流情况师生见面时间地点2018.4.15.2018.4.17.2018.5.7.2018.5.10.2018.5.16.2018.5.20.2018.6.3.2018.6.15.2018.6.20.2018.6. 24.2018.6.29.2018.6.30.学生签名： 年 月 日西南科技大学信息工程学院电子技术课程设计综合评价表专业班级.学生姓名.学 号.设计题目数字转速表过程评分（占总分比例为40%）评价环节课程目标指标点分值合格得分小计设计方案目标

3、1文献阅读，方案比较与方案设计106-10设计水平任务完成目标2应用基本原理与技术，展示的设计水平；软硬件设计、实验或仿真设计与分析、技术指标完成情况、工作量2012-20过程评价目标5自主学习能力、按时完成设计106-10 同意答辩； 不同意答辩。 指导教师签名： 年 月 日设计报告评分（占总分比例为30%）评价环节课程目标指标点分值合格得分小计设计方案设计能力目标2理论与实践的结合情况，设计的合理性；应用所学知识解决问题的能力2012-20报告质量目标3报告撰写、文字、图表及格式的规范性 106-10 评阅教师签名： 年 月 日答辩评分（占总分比例为30 %）评价环节课程目标指标点分值合格

4、得分小计任务验收目标2软硬件设计或仿真实验完成度，指标完成情况2012-20答辩目标4陈述效果、回答问题情况；论文文字表述、逻辑性、图表规范性。106-10答辩小组成员签名： 年 月 日总评成绩（三项评分和）备注数字转速表摘要：随着科学技术的发展电子应用技术日益频繁的被人们所利用，不仅在日常生活中而且在生产中更是被人们喜于接受。电子技术应用不仅应用在高端科技领域内而且和生活息息相关，例如各种电器电路板设计，维修等都需要结合电子技术来完成。而作为自动化专业的学生掌握这一技术显得更为重要，而课程设计这一环节是对我们是否掌握知识的一大考验，或者是理论结合实际的一种锻炼，更是对我们前面所学过的科目如数

5、字电子技术的综合应用。而且通过数字转速表的设计，真正意义上的实践来发现自己的不足并通过深思后再得到老师和同学的帮助，更能留下深的印象并在以后的学习实践中来弥补自己的不足。而课程设计最大一方面的意义是能提高我们的应用能力和科技创新能力。本设计介绍了数字转速表的特性及使用说明，74HC373N与本设计相关的接口说明；74HC160N、4017BD器件，分频电路，555定时器具体说明等。关键词：数字电路课程设计；数字转速表；Multisim仿真技术；第1章 设计任务分析与设计方案选择数字测速表是一种用数字电路技术实现测速装置，与传统方法相比具有更高的准确性和直观性，且实用性强，因此得到了广泛的使用。

6、1.1 设计任务分析设计要求采用中小规模集成器件完成具有以下技术指标的数字转速表：（1）设计 3 位数字显示的数字转速表。（2）测速范围为 000999 转/分；（3）要求每 5 秒完成一次转速测量并更新显示；（4）转速表探头采用霍尔传感器；（5）可使用外接电源。根据任务要求，所设计的电路需要用到555定时器、锁存器、计数器、七段数码管及分频电路等多种集成器件。1.2 设计方案拟定数字转速表实际上是对脉冲信号进行计数的计数电路，一般由信号发生器、定时器、锁存器、计数器及显示器、分频电路等单元组成。信号发生器是由霍尔传感器产生的脉冲信号实现的。采用十进制计数器74HC160N进行转速的统计，采用

7、霍尔传感器统计编码盘产生的脉冲个数，采用555定时器电路产生时钟脉冲，采用74HC373N，它是一种三态输出的八D透明锁存器。本设计由分频电路输出以4s低电平、1s高电平和4.8s低电平0.2s高电平两个信号分别控制计数器和锁存器。图1：数字转速表框图第2章 硬件电路设计2.1 信号脉冲产生电路由于Muiltisim没有霍尔传感器，故采用3000HZ 5v 和6000HZ 5v的Clock脉冲信号作为转速模拟采集。2.2 555定时器555定时器是一种将数字功能和模拟功能集为一体的中规模集成电路。它的结构比较简单，使用却非常灵活，也很方便，可以用它构成多谐波振荡器、施密特触发器和施密特触发器等

8、。用555定时器构成的各种电路，都是通过定时控制，实现信号的产生与变换，从而完成其他控制功能。 一般用双极性工艺制作的称为 555，用 CMOS 工艺制作的称为 7555，除单定时器外，还有对应的双定时器 556/7556。555 定时器的电源电压范围宽，可在 4.5V16V 工作，7555 可在 318V 工作，输出驱动电流约为 200mA，因而其输出可与 TTL、CMOS 或者模拟电路电平兼容。 555 定时器成本低，性能可靠，只需要外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。它也常作为定时器广泛应用于仪器仪表、家用电器、电子测量及自动控制等方

9、面。它内部包括两个电压比较器，三个等值串联电阻，一个 RS 触发器，一个放电管 T 及功率输出级。它提供两个基准电压VCC /3 和 2VCC /3 555 定时器的功能主要由两个比较器决定。两个比较器的输出电压控制 RS 触发器和放电管的状态。在电源与地之间加上电压，当 5 脚悬空时，则电压比较器 A1 的反相输入端的电压为 2VCC /3，A2 的同相输入端的电压为VCC /3。若触发输入端 TR 的电压小于VCC /3，则比较器 A2 的输出为 1，可使 RS 触发器置 1，使输出端 OUT=1。如果阈值输入端 TH 的电压大于 2VCC/3，同时 TR 端的电压大于VCC /3，则 A

10、1 的输出为 1，A2 的输出为 0，可将 RS 触发器置 0，使输出为 0电平。555定时器主要是与电阻电容构成充放电电路，并由两个比较器来检测电容上的电压以确定输出电压的高低和放电开关管的通断，可构成单稳态触发器、多谐振荡器、施密特触发器等脉冲产生电路。555定时器的结构：图2：555定时器的内部结构各种555定时器的电路结构大同小异，它由比较器C和C、基本触发器和输出级三部分组成，外部共有8根引脚，各脚的名称和功能如下：1脚为接地端，也是芯片的公共端；8脚为电源端V；3脚为信号输出端V；7脚为放电端。如果经过一个足够大的电阻街道电源上那么放电端可获得一个与输出端相一致的电平。4脚为直接复

11、位端。只要在此输入低电平，输出端立即被置为低电平，不受其他输入状态的影响。正常工作是接高电平可直接接到电源上6脚为C比较器的信号输入端V又称阈值段TH；2脚为C比较器的信号输入端V又称为触发端。它们输入的信号可以是数字信号也可以是模拟信号，分别与比较器所设置的参考电压进行比较便于控制输出状态。5脚为控制电压输入端V。如果V端没有外加电压时两个比较器的参考电压，由电源电压经过三个等值电阻分压提供，则V=V，V=V。在这种情况下，该端可通过电容（0.01F）接地，防干扰信号窜入。如果该端接入外电压V时，则，V= V， V=V，因此V可改变参考电压值V。芯片功能： 若=0，不管其它输入如何输出端都为

12、低电平。 若=1，当V()V且V(V)时，比较器C输出为0，C输出为1，即V=0，V=1，基本RS触发器状态Q置成0，输出V为低电平；同时放电管T导通。若=1，当V()V且V(V)时，比较器C、C输出都为0，即V=V=0，基本RS触发器状态Q=1，输出低Q端为高电平，V也输出为高电平，同时放电管T截止，放电端没有放电回路。 若=1，当V()V且V(V)时, 比较器C输出为1，C输出为0，即V=1，V=0，基本RS触发器状态Q置成高电平，V也输出为高电平，同时放电管T截止，放电端没有放电回路。若=1，当V(V)时，比较器C、C输出都为1, 即V=V=1, 基本RS触发器状态Q保持不变，V和放电管

13、状态保持不变。表3：555定时器输入输出状态表 ：输入各级输出T状态VVVV触发器输出Q输出VT状态00低电平导通1()V(V)010低电平导通1()V(V)001高电平截止1()V(V)100高电平截止1()V(V)11Q不变不变2.3 74HC373N锁存器373 的输出端 O0O7 可直接与总线相连。当三态允许控制端 OE为低电平时，O0O7 为正常逻辑状态，可用来驱动负载或总线。当 OE为高电平时，O0O7 呈高阻态，即不驱动总线，也不为总线的负载，但锁存器内部的逻辑操作不受影响。当锁存允许端LE为高电平时，O随数据D而变。当 LE为低电平时，O被锁存在已建立的数据电平。当LE端施密特

14、触发器的输入滞后作用，使交流和直流噪声抗扰度被改善 400mV。引出端符号：D0D7数据输入端OE 三态允许控制端（低电平有效）LE锁存允许端O0O7 输出端图4：外部管脚图： 图5：逻辑图： 2.4 74HC160N 计数器74HC160是一款可预设初值的十进制同步计数器，具有计数、预置、保持和清零的功能。74HC160在进行自由计数时，计数值从00000001001000110100010101100111100010010000.自动循环跳变。74HC161与74HC160的工作模式非常接近，是款可设定预置数的4位同步进制计数器，自由计数时的计数值从00000001-0010001101

15、0001010110011110001001 1010101111001101111011110000.自动循环跳变。74HC160/161均可通过对输出端逻辑信号取样后反馈至同步置数端“LD”或异步复位端“CLR”，以设置不同的计数进制(俗称:模M)。图6：引脚图异步清零端MR非为时，不管时钟端CP信号状态如何，都可以完成清零功能。160的预置是同步的，当置入控制器PE非为低电平时，在CP上升沿作用下，输出端Q0-Q3数据端P0-P3一致。2.5 分频电路在设计转速表时，信号的频率精度一般要求较高，所以应该外接电源来产生信号。为了得到1s高电平4s低电平和0.02s高电平4.98s低电平信号

16、输出，需要进行分频。分频器可选用4017BD实现。图7：分频电路仿真图4017是一种设计巧妙的5位Johnson计数器，具有Q0Q9共10只译码输出引脚，可以灵活的构成十进制脉冲分配器、扭环形计数器、时序译码器、分频器等多种电路结构形式。除了Q2-Q9这10只译码输出引脚之外，CD4017还提供了一只进位脉冲引脚O5-9;而CD4017的输入端则包括时钟引脚CP0、低电平有效的时钟能使引脚CP1、高电平复位引脚MR。图8：CD4017引脚图 、 真值表CO：进位脉冲输出；CP：时钟输入端；CR：清除端；INH：禁止端；Y0Y9：计数脉冲输出端；VDD：正电源；VSS：地 图9：内部结构图CD4

17、017内部逻辑电原理图如图9所示。它是由十进制计数器电路和时序译码电路两部分组成。其中的D触发器FlF5构成了十进制约翰逊计数器，门电路514构成了时序译码电路。约翰逊计数器的结构比较简单它实质上是一种串行移位。除了第3个触发器是通过门电路15、16构成的组合逻辑电路作用于F3的D3端以外，其余各级均是将前一级触发器的输出端连接到后一级触发器的输入端D的，计数器最后级的Q5端连接到第一级的D1端。这种计数器具有编码可靠，工作速度快、译码简单，只需由二输入瑞的与门即可译码，且译码输出无过渡脉冲干扰等特点。通常只有译码选中的那个输出端为高电平，其余输出端均为低电平。当加上清零脉冲后，Q1Q5均“0

18、”，由于Q1的数据输入端D1是Q5输出的反码，因此，输入第个时钟脉冲后，Q1即为“l”，这时Q2-Q5均依次进行移位输出，Q1的输出移至Q2，Q2的输出移至Q3。如果继续输入脉冲，则Q1为新的Q5，Q2Q5仍然依次移位输出，这样就得到了表ll的状态及图l3的波形由五级计数单元组成的约翰逊计数器，其输出端可以有32种组合状态，而构成十进制计数器只需10种计数状态，因此，当电路接通电源之后，有可能进入我们所不需要的22种伪码状态。为了使电路能迅速进入表1l所列状态，就在第三级计数单元的数据输入端上加接了两级组合逻辑门，使Q2不直接连接D3，而使03由下列关系决定：D3Q2（Q1+Q3）这样做，当电

19、源接通后，不管计数单元出现哪种随机组合，最多经过8个时钟脉冲输入之后，都会自动进入表ll所列状态。CD4017有3个输入端：复位清零端R，当在R端加高电平或正脉冲时，计数器清零，在所有输出中，只有对应“0”状态的Q0输出高电平，其余输出均为低电平：时钟输入端CP和CE，其中CP端用于上升沿计数，CE端用于下降沿计数，这两个输入端的内部逻辑电路如图2所示。由图2可见，CP和CE还有互锁的关系，即利用CP计数时，CE端要接低电平：利用CE计数时，CP端要接高电平。反之则形成互锁。在“R”端加上高电平或正脉冲日子，计数器中各计数单元F1F5均被置零，计数器为“00000”状态。CD4017有10个译

20、码输出端Q0Q9，它仍随时钟脉冲的输入而依次出现高电平，见图3。此外，为了级联方便，还设有进位输出端QC，每输入10个时钟脉冲，就可得到一个进位输出脉冲，所以QC可作为下一级计数器的时钟信号。从上述分析中可以看出，CD4017（它的基本功能是对“CP”端输入脉冲的个数进行十进制计数，并按照输入脉冲的个数顺序将脉冲分配在YoY9这十个输出端，计满十个数后计数器复零，同时输出个进位脉冲。第3章 原理图绘制及PCB设计本设计运用了Multisim软件进行原理图的绘制及数据的测试，在调试界面中画好要用的电路图。其中，在输入模块部分用信号发生器代替，由信号发生器发出所要的信号，将信号传入芯片。之后要在软

21、件中找到该款芯片，有的芯片没有就需要看其数据手册，找到它的内部的电路结构，在用普通的原件及放大器搭建。最后接向输出部分，这里用的输出部分是数码管，尽量在原理上减少误差，从而避免不必要的浪费，相当于预实验。仿真还可以得到一些实际实验不好得到的数据，也可以分析许多的数据，找出最适合的数据。它还可以在不进行实验的情况下发现理论上的错误，使实验完善。记录数据。转速表一种典型的数字电路，由一定数量的中小规模集成电路按照一定的数字逻辑关系组成而来，绘制原理图时一般的步骤如下：（1）确定绘制题目（2）绘制框架图（3）计算数据（4） 确定仿真思路及需要用到的元器件（5） 绘制仿真，连线，调试图10： 数字转速

22、表的电路原理图原理图绘制完成后，可以按以下步骤绘制PCB图：（1）根据原理图生成报表，导入到PCB文件中。（2）设置线宽为15mil30，选用20mil布线，设置焊盘尺寸为：80mil*80mil（x*y），孔径为3040mil，这里选用35mil。安全间距为默认的10mil（3）设置PCB板的布局（这是很重要的一步，一定要很仔细）（4）在底层布线（这次布线主要是布一些较短的线）。（5）在顶层布线（这次主要是补一些较长的线）。（6）根据之前的布局，定义PCB板的大小。（7）附上铜层（选用网格形式）。第4章 硬件实物焊接调试由于缺乏焊接经验，于是我请教了有实验室的同学，让他教我怎么焊接，刚开始焊

23、接的时候由于不熟悉焊接方法导致一些元器件烧坏了，例如数码管，然后我就找实验室的同学要了一个数码管灯继续焊接。刚开始我直接把芯片焊在板子上面，由于温度过高，导致板子被烧坏，后来才知道电烙铁点焊锡丝的时候动作要快，不能在引脚停留过久，还好做的比较早，就重新买了一个芯片。因为芯片烧坏了所以第一次焊接出来，完全没有现象，寻找原因花了很长的时间，后来用万用表一级一级测试最后发现是芯片坏了，后来我又小心翼翼的用新的芯片焊接上去，成功解决问题。因为自己的不熟练导致在焊接过程中经常被电烙铁焊锡丝烫到，经常烫出水泡。之后焊接的过程又发现芯片焊接反了，虽然也可以用，但是会导致后期的连线非常麻烦，需要用飞线绕过芯片

24、连接。另外在焊接的过程中。我发现买了器件的管脚和书上的并不相同。如果完全按照书上的进行连接的话，会出现很大的问题。比如说74HC373N，书上一共有18个引脚，而且D0D7、Q0Q7是顺序排列，但是在买来的器件中，并不是这样的。买来的器件中的D、Q引脚是交叉出现的。这给实物的制作产生了很大的困难。我必须按照买来的器件的管脚图和书上的图进行比对，然后再连接。除此之外，我焊接的板子密度非常高。元器件与元器件中的间距并不高。所以将元器件与元器件连起来的这个过程非常困难。一开始我打算用锡线直接连接。但是在后来的实验过程中，我发现这样是不可能成功的。所以我只能改变了方法和策略。采用导线将两个芯片的引脚连

25、接在一起。还有就是我一开始准备焊接一个滑动变阻器上去。但是由于后来万用板实在没有了空间。所以我只能退而求其次连接两个电阻上去代替滑动变阻器。这样可以正常工作，但是可能无法完成一些预想的设计。在本次设计中，我发现了很多问题，比如说在设计怎么去焊接这个板子的时候除了你要注意你所用的器件之外，你还要注意怎么样去分配布局，把有限的空间好好利用起来。哪些地方应该焊锡线，哪些地方应该搭飞线，这些都应该提前计划好。我之所以制作失败的一个重要原因，就是没有提前将这些东西计划好。如果我下一次还会做这个实验的话，我会提前先把这个焊接的电路图画出来。现在电路图上分配好布局布线，然后再进行实物焊接。这样一来会节省时间

26、，二来也不容易出错。同时还会减小焊接的难度。在本次实物制作的过程中，我的焊接技术也有了很大幅度的提升。从一开始焊接考核的时候，我几乎不怎么会焊接，第一次还失败了。然后到第一次制作实物的时候，我已经能够焊接的差不多了，虽然中间焊接出了问题，导致有些地方有些元器件被我烧坏了，不能用。但是第一次焊接对我来说是一次非常宝贵的经验。等到第二次制作实物的时候，我的焊接技术基本上可以使用了。但是我缺少了一个提前布局布线的一个准备。所以导致了第二次制作实物，虽然制作出来了，但是非常的粗糙，而且也无法调试出来我想要的结果。这也是一个非常遗憾的事情，我下一次在做课程设计的时候，我将会牢记这些东西，然后，在焊接的过

27、程中更加的完善。 总 结主要设计为数字转速表，技术指标达到设计要求有：设计三位数字显示、测速范围为000-999转/分、每五秒完成一次转速测量并更新显示，没到到要求的有转速表探头采用霍尔传感器。主要完成工作：（1）系统硬件设计包括计数锁存电路、数码管显示电路、分频电路。（2）本次设计利用Multisim 14.0软件通过（3）完成系统调试（4）本次设计尚有几处地方需要完善：无法实现霍尔传感器探头功能。本次课程设计对我来讲是非常困难的。特别是在刚开始的过程中，我拿到题目，感觉到一筹莫展，不知道从哪里入手，直到我们的老师给我们讲解破题，我才知道怎样入手去解决这个问题。我的题目是数字转速表，我感觉到

28、课堂上学习的知识并不一定能完全应用到实际应用中，很多东西不一定你知道就一定用好。我感觉到实践才是学习的最好方法。在解决这个题目的过程中。我问了很多我的同学，然后他们也为我解决了很多的问题。我也有了很多的收获，特别是在学习知识上。我觉得这样的课程设计应该再多一点。因为这样对我们的能力的锻炼特别强，而不是只局限于书本上，等到进入社会以后发现完全没有用武之地。提前让我们多进行实践锻炼有利于我们发挥所学所用，并且为以后进入社会工作做好充足的准备。同时在课程设计当中，除了考验你的课堂知识之外，还考验你动手解决问题的能力，比如说在焊接完成之后的调试过程中，你会发现有一些问题，然后你要考虑怎么去找出这个问题

29、了，然后你还要考虑怎么去解决这个问题，在这个过程中，第一是考验你的专业知识够不够硬，第二是考验你的知识发挥够不够充分，第三是考验你的动手能力够不够丰富。Multisin仿真的制作过程当中非常考验我们的专业知识。其中关于芯片的问题还要查阅图书才能知道。每个芯片的每个引脚的作用都需要查阅图书，有的芯片书上和实物并不相同。在查阅书上的同时还要借助网络工具。将各方面的资料拿来对照。本次课程设计考察了我们学生的综合应用能力。加深了我们对课堂上知识的理解，同时也丰富了我们的大学生活。参考文献1 刘泾，杨利民，靳玉红. 电路和模拟电子技术实验指导书 第二版 高等教育出版社.2 康华光. 电子技术基础模拟部分

30、 第六版 高等教育出版社.3 曹文，刘春梅，阎世梁 . 硬件电路设计与电子工艺基础 电子工业出版社.4 J. 张维镛.现代电子技术.5 J. 张弛,毛宁,常博博,刘骁,梁欣颖,马振华.自动化应用.6 J. 范则阳.中国水运(下半月).7 J. 陈敏.仪表技术与传感器.8 J. 黄灿.物理实验.9 J. 张静,赵国强,李继生.东北煤炭技术.10 L. Koval, J. Vau,P. Bilk. Distance Measuring by Ultrasonic SensorJ. IFAC PapersOnLine, 2016, 4.9附录附录1、元器件清单附表1 元器件清单元器件型号数量共阴数码管3片74HC160N3片74HC373N2片4017BD3片40千欧滑动变阻器1个100nF电容2个20千欧电阻1个LM555CM1片 万用板1块74HC00N1片附录2、系统照片专心-专注-专业