電子課程設(shè)計(jì)——自行車轉(zhuǎn)程計(jì)數(shù)器

1、 電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告題目： 自行車轉(zhuǎn)程計(jì)數(shù)器 姓名： 石振龍 學(xué)號(hào)： 100102118 班級(jí)： 工業(yè)工程1001 成 績： _ 目錄 CONTENT一、 引言 1.1產(chǎn)品設(shè)計(jì)背景1.2產(chǎn)品市場前景預(yù)測1.3電路設(shè)計(jì)旨在解決的關(guān)鍵問題二、 總體方案設(shè)計(jì) 2.1設(shè)計(jì)思路及原理框圖 2.2工作過程簡述三、 電路工作原理與仿真結(jié)果 3.1分頻電路原理及其仿真結(jié)果 3.2計(jì)數(shù)和結(jié)果顯示電路原理及其仿真結(jié)果 3.3整體電路及其仿真驗(yàn)證四、 本次課程設(shè)計(jì)體會(huì)五、 附錄（設(shè)計(jì)中涉及到的相關(guān)元件簡介）六、 參考文獻(xiàn)一、 引言1.1產(chǎn)品設(shè)計(jì)背景隨著時(shí)代的進(jìn)步，城市寬闊的馬路已被各種汽車所占領(lǐng)，幾乎難覓自行車的

2、蹤影。但近幾年來，交通堵塞現(xiàn)象嚴(yán)重，每逢上下班高峰人們總要在焦急中被堵在路上半小時(shí)左右。此時(shí)，一些熱愛運(yùn)動(dòng)的人們似乎又想起來了自行車這一輕巧靈便的代步工具。當(dāng)大多數(shù)人們被堵在看不到頭的馬路上時(shí)，他們舒適愜意的騎著自行車穿梭在車水馬龍之間如入無人之境，讓人好生羨慕。周末時(shí)間里他們也會(huì)約三兩好友，騎著自行車去附近的郊區(qū)、著名景點(diǎn)旅游，既陶冶了情操增強(qiáng)了友誼，又鍛煉了身體。逐漸，自行車運(yùn)動(dòng)被一些人又重新所喜愛，產(chǎn)生了一定的市場?，F(xiàn)代科技的進(jìn)步，同時(shí)也為自行車運(yùn)動(dòng)的復(fù)興注入了強(qiáng)勁的活力，帶來了喜訊。GPS導(dǎo)航儀、變速裝置、減震裝置的配備，使自行車又成為大多數(shù)人樂不釋手的新寵。據(jù)專業(yè)預(yù)測，隨著低碳生活理

3、念得到越來越多認(rèn)可，自行車運(yùn)動(dòng)將會(huì)在兩三年之內(nèi)掀起一股新的浪潮，其市場前景看好。 1.2產(chǎn)品市場前景預(yù)測雖然現(xiàn)代自行車已裝備了各種高科技的裝備，但是自行車行程計(jì)量裝置目前還少有公司研發(fā)。只是少數(shù)名牌自行車廠家會(huì)給自己生產(chǎn)的自行車加裝計(jì)程裝置，但這些自行車價(jià)格昂貴，動(dòng)輒就接近萬元，這是大多數(shù)平常人難以接受的。然而，這些廠家的自行車計(jì)程設(shè)備又不單獨(dú)出售?，F(xiàn)在在市場上能夠找到的單獨(dú)出售的計(jì)程裝置，大多是小孩子玩耍的玩具，難以滿足自行車愛好者的需求。故此，隨著自行車使用者的增多和人們對物品高性能的追求，以及自行車計(jì)程裝置本身的實(shí)用性，我們推斷，此項(xiàng)設(shè)計(jì)將會(huì)具有較高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。1.3電路設(shè)計(jì)旨在解決的關(guān)

4、鍵問題本實(shí)用自行車計(jì)程器是一種微電子產(chǎn)品，屬測量儀器領(lǐng)域，適用于各種型號(hào)的自行車（含三輪車）。它可通過傳感元件將車輪的轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)（轉(zhuǎn)數(shù)）輸入一套電子裝置，經(jīng)換算成路程后，最終以數(shù)碼直接顯示出來，從而宣告了自行車這類交通工具無計(jì)量里程手段歷史的結(jié)束。它還可方便地取下隨身攜帶，執(zhí)行普通計(jì)算器計(jì)時(shí)、運(yùn)算的功能，可極大地方便郵政部門、個(gè)體交通運(yùn)輸行業(yè)的廣大職工及眾多的自行車愛好者。其在設(shè)計(jì)過程中遇到的關(guān)鍵問題有：1、將自行車駛過的距離通過高性能的傳感器記錄下來，并轉(zhuǎn)換為數(shù)字脈沖信號(hào) 2、將計(jì)程脈沖轉(zhuǎn)換為路程距離，簡明精確的顯示出來，呈現(xiàn)給儀器使用者。二、 總體方案設(shè)計(jì) 2.1設(shè)計(jì)思路及其原理框圖 產(chǎn)品電

5、路主體包括：距離檢測、脈沖計(jì)數(shù)和結(jié)果顯示三大部分，其大致設(shè)計(jì)框架如下所示。顯示電路顯示器節(jié)點(diǎn)電路譯碼器計(jì)數(shù)器傳感器分頻器計(jì)算器清零按鈕 由上述設(shè)計(jì)框架，通過分析，得到該自行車轉(zhuǎn)程計(jì)數(shù)器的結(jié)構(gòu)框圖如下所示。 2.2工作過程簡述 首先，當(dāng)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)的時(shí)候，通過安裝在車輪處的傳感器（此處選用磁傳感器霍爾集成塊），將磁信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。車輪轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，磁傳感器輸出一個(gè)磁脈沖。其次，將車輪的轉(zhuǎn)數(shù)轉(zhuǎn)換為距離，以一定的距離長為計(jì)數(shù)單位，計(jì)算出所需的脈沖個(gè)數(shù)N。用一個(gè)1/N分頻電路對磁脈沖進(jìn)行分頻，分頻器輸入信號(hào)輸入N個(gè)磁脈沖，就會(huì)輸出一個(gè)路程脈沖信號(hào)。通過計(jì)算路程脈沖的個(gè)數(shù)，從而可以得到自行車行走的距離。最后，

6、通過計(jì)數(shù)和顯示裝置將自行車的行程顯示出來。距離檢測機(jī)構(gòu) 檢測就是用傳感器測量出轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)。再將圈數(shù)換算成距離。傳感器可選用霍爾集成塊，它是一個(gè)磁傳感器，是霍爾元件和放大用集成電路一體化的組合件，其功能是把磁信號(hào)變換成電信號(hào)。將永久磁鐵安裝在車輪上，霍爾集成塊固定在距永久磁鐵5 mm左右的適當(dāng)位置時(shí)，可檢測出車輪轉(zhuǎn)動(dòng)圈數(shù)并輸出檢測出的脈沖。 把圈數(shù)換算成距離用公式D=2R就可以完成。設(shè)車輪半徑R26cm，則車輪轉(zhuǎn)一圈行過的距離為D2×3.14×26163cm。設(shè)計(jì)要求以100 m為計(jì)程單位，則自行車行過一個(gè)計(jì)程單位即100 m時(shí)，磁傳感器輸出的磁脈沖數(shù)N為N100÷1

7、.63=61.3564 為實(shí)現(xiàn)以100 m為計(jì)程單位進(jìn)行計(jì)數(shù)，需用一個(gè)l64的分頻電路對磁脈沖進(jìn)行分頻，即分頻器輸入64個(gè)磁脈沖，輸出1個(gè)路程脈沖。通過累計(jì)路程脈沖的個(gè)數(shù),就可以換算出自行車行過的距離。脈沖計(jì)數(shù)機(jī)構(gòu) 利用三個(gè)二五十進(jìn)制異步計(jì)數(shù)器T4290（74290）模塊采用復(fù)位級(jí)聯(lián)法鏈接一個(gè)999進(jìn)制的計(jì)數(shù)電路，當(dāng)距離檢測機(jī)構(gòu)輸出一個(gè)路程脈沖時(shí)計(jì)數(shù)一次，該計(jì)數(shù)器最大可計(jì)量的路程為999*100m=99.9km，用于累計(jì)計(jì)程。達(dá)最大量程時(shí)可自動(dòng)清零，不可手動(dòng)清零。此外，在附加一個(gè)小量程計(jì)數(shù)顯示器，用于短距離計(jì)程，計(jì)程最大為9.9km，達(dá)最大量程時(shí)可自動(dòng)清零，也可手動(dòng)清零。數(shù)字顯示電路利用BCD

8、七段顯示器對脈沖技術(shù)機(jī)構(gòu)的計(jì)數(shù)進(jìn)行顯示，總共利用5塊顯示器，其中3塊用于累計(jì)量程的顯示，2塊用于短距離的量程顯示。三、電路工作原理與仿真結(jié)果 3.1分頻電路原理及其仿真結(jié)果選用7個(gè)JK觸發(fā)器組合組成分頻器。該分頻器是由7個(gè)CMOS JK觸發(fā)器串聯(lián)組成，7級(jí)的最大分頻數(shù)為1271128。7級(jí)的輸出端分別為Q1,Q2,Q7，因此各輸出端的分頻數(shù)分別為121,122，l27。把二進(jìn)制計(jì)數(shù)器作成lN的分頻器，也就是計(jì)滿N個(gè)脈沖輸出一個(gè)脈沖，該脈沖還要把各級(jí)計(jì)數(shù)器再次清零，以便重新計(jì)數(shù)，這里N64。從計(jì)數(shù)器的輸出端Q1Q7，64對應(yīng)的Q值是Q62664，當(dāng)Q6輸出端為高電平時(shí)，本級(jí)輸出一個(gè)脈沖。將Q6當(dāng)

9、作計(jì)數(shù)輸入脈沖連接到下一環(huán)節(jié)計(jì)數(shù)顯示裝置的輸入脈沖上。此外，按下開關(guān)S2可對分頻器RD端加高電平進(jìn)行手動(dòng)復(fù)位，即清零操作。分頻電路仿真電路圖及其結(jié)果 3.2計(jì)數(shù)和結(jié)果顯示電路原理及其仿真結(jié)果計(jì)數(shù)和結(jié)果顯示電路仿真及其結(jié)果計(jì)數(shù)部分使用若干個(gè)74290組成。將其各接線端如上圖所示連接，即為100進(jìn)制和1000進(jìn)制計(jì)數(shù)器，此計(jì)數(shù)裝置所可以顯示的最大值分別為為99和999，即分別對應(yīng)10公里和100公里的計(jì)程。其中10公里表用于短距離計(jì)程和顯示，100公里表可用于累計(jì)計(jì)程。3.3整體電路及其功能仿真驗(yàn)證（備注：為了電路圖的清晰明了，此處將部分電路的排版做一變化，但是原理不變） 上圖中的信號(hào)發(fā)生端實(shí)際應(yīng)

10、用中由霍爾傳感器產(chǎn)生，在電路驗(yàn)證中用64HZ的方波形脈沖信號(hào)代替。圖中A、B、C、D為開關(guān)。D用來控制整個(gè)電路是否進(jìn)入工作狀態(tài)，ACD用來清除小量程的技術(shù)并將分頻信號(hào)清零。此時(shí)BCD開關(guān)閉合，A斷開，電路處于計(jì)程狀態(tài)，小量程不清零?？傆?jì)程表顯示為13.4公里，小表顯示為13.4公里。且計(jì)數(shù)頻率大約為1S，在此驗(yàn)證了64分頻電路的準(zhǔn)確性。 圖中DA閉合,BC斷開，電路處于工作狀態(tài)，小量程清零。此時(shí)，大表計(jì)程為83公里，小表計(jì)程為00。驗(yàn)證了復(fù)位清零電路的準(zhǔn)確性。 綜上，可見電路預(yù)設(shè)的功能全部實(shí)現(xiàn)。四、本次課程設(shè)計(jì)體會(huì) 第一次做課程設(shè)計(jì)，新鮮感有，陌生感更有，第一次獨(dú)自面對這樣一個(gè)課題，確實(shí)具有很

11、大的挑戰(zhàn)性，壓力自然也會(huì)有。通過這次課程設(shè)計(jì)，不僅學(xué)會(huì)了簡簡單單的自行車轉(zhuǎn)程計(jì)數(shù)電路設(shè)計(jì)，更加學(xué)會(huì)了一種研究方法，而且個(gè)人認(rèn)為這樣的課程設(shè)計(jì)對學(xué)習(xí)理論知識(shí)很有幫助。本次課程設(shè)計(jì)給了我很深的印象，一個(gè)完整的設(shè)計(jì)不僅需要對課本知識(shí)理論扎實(shí)的掌握，還需要對實(shí)際動(dòng)手能力的掌握。比如，在連接T4290電路和分頻電路的過程中，我遇到了書上和ewb軟件所使用電子元器件不要一致的畫法，一開始是茫然不知所措，試了許多種接法，但就是沒有預(yù)期結(jié)果出現(xiàn)。后來，通過查閱網(wǎng)上資料和圖書館相應(yīng)的書本才將一個(gè)平時(shí)在紙上一兩分鐘就可設(shè)計(jì)出來的電路花費(fèi)了10多個(gè)小時(shí)才連接好。連接完電路，還必須要考慮，電路圖的整體布局，這不僅要求

12、電路圖看起來美觀大方，還必須考慮到閱讀設(shè)計(jì)報(bào)告的人所一目了然的理解我們的電路設(shè)計(jì)。在電路設(shè)計(jì)的過程中我也得到了許多同學(xué)、學(xué)長和老師的幫助，他們?yōu)槲业碾娐吩O(shè)計(jì)提供了許多有用的幫助。比如，在設(shè)計(jì)分頻電路中，老師給以思路指導(dǎo)，設(shè)計(jì)完成之后，還建議我為計(jì)量裝置加上小量程以增加裝置的實(shí)用和合理性；在電路初始設(shè)計(jì)時(shí)，鄭羽辰同學(xué)也給了我許多許多的幫助，再次我只能說一聲謝謝你們了，可能盡管顯得有些許矯情。課程設(shè)計(jì)雖然只有一周，而且是考試之前忙碌的一周，但我覺得我真的學(xué)到了許多知識(shí)，因?yàn)榇丝涛野l(fā)現(xiàn)，我學(xué)了將近15年的知識(shí)真真正正的可以變成成果，這讓我對自己有了一個(gè)重新的認(rèn)知。五、附錄（設(shè)計(jì)中涉及到的相關(guān)元件簡介

13、）霍爾集成塊：霍爾轉(zhuǎn)速傳感器的主要工作原理是霍爾效應(yīng)，也就是當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)的金屬部件通過霍爾傳感器的磁場時(shí)會(huì)引起電勢的變化，通過對電勢的測量就可以得到被測量對象的轉(zhuǎn)速值?；魻栟D(zhuǎn)速傳感器的主要組成部分是傳感頭和齒圈，而傳感頭又是由霍爾元件、永磁體和電子電路組成的。霍爾轉(zhuǎn)速傳感器的工作原理霍爾轉(zhuǎn)速傳感器在測量機(jī)械設(shè)備的轉(zhuǎn)速時(shí)，被測量機(jī)械的金屬齒輪、齒條等運(yùn)動(dòng)部件會(huì)經(jīng)過傳感器的前端，引起磁場的相應(yīng)變化，當(dāng)運(yùn)動(dòng)部件穿過霍爾元件產(chǎn)生磁力線較為分散的區(qū)域時(shí)，磁場相對較弱，而穿過產(chǎn)生磁力線較為幾種的區(qū)域時(shí)，磁場就相對較強(qiáng)。霍爾轉(zhuǎn)速傳感器就是通過磁力線密度的變化，在磁力線穿過傳感器上的感應(yīng)元件時(shí)，產(chǎn)生霍爾電勢。霍爾轉(zhuǎn)速傳感器的霍爾元件在產(chǎn)生霍爾電勢后，會(huì)將其轉(zhuǎn)換為交變電信號(hào)，最后傳感器的內(nèi)置電路會(huì)將信號(hào)調(diào)整和放大，輸出矩形脈沖信號(hào)。霍爾轉(zhuǎn)速傳感器的測量方法霍爾轉(zhuǎn)速傳感器的測量必須配合磁場的變化，因此在霍爾轉(zhuǎn)速傳感器測量非鐵磁材質(zhì)的設(shè)備時(shí)，需要事先在旋轉(zhuǎn)物體上安裝專門的磁鐵物質(zhì)，用以改變傳感器周圍的磁場，這樣霍爾轉(zhuǎn)速傳感器才能準(zhǔn)確的捕捉到物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。測轉(zhuǎn)速或轉(zhuǎn)數(shù)，在非磁性材料的圓盤邊上粘一塊磁鋼，霍爾傳感器放在靠近圓盤邊緣處，圓盤旋轉(zhuǎn)一周，霍爾傳感器就輸出一個(gè)脈沖，從而可測出轉(zhuǎn)數(shù)（計(jì)數(shù)器），若接入頻率計(jì)，便可測出轉(zhuǎn)速。如果把開關(guān)型霍爾傳感器按預(yù)定位置有規(guī)律地布