本计程器系统使用光电耦合器实现脉冲信号的传输, 采用SN74LS90N计数器来协调处理整个系统的工作, 并由译码器将相应的脉冲次数传输到LED数码管并显示出来, 实现对自行车的计程。
本系统具用很强的通用性, 可以将其用于各种电子电器设备当中, 比如:自行车、摩托车、汽车等。还可以实现汽车流量统计, 在多系统同时使用时不会互相干扰。通过对本系统的研究可以了解一般的计数系统的工作流程, 硬件设计。本设计只需根据需要稍加修改就可以应用于具体产品的计数系统, 还可以再加其他的外围电路实现更多的功能, 具有可扩展性。
现在国内外大多的设计, 是机械式计程器, 反应较慢, 容易磨损, 精确度差, 性能不够可靠;本设计使用的是电子元件, 具有反应灵敏, 精确度高, 性能稳定的优点, 但光电管需经常清洁, 并需外接电源。本设计采用小功率的光电耦合器作为实验示范, 但不同的情况下可选择不同性能的光电耦合器, 以满足不同的需求。本系统的计数选用S N 7 4 L S 9 0 N计数器, 根据接收到的脉冲产生相应的脉冲信号触发译码器工作, 同时驱动数码管显示出里程结果。
整个系统的设计方框图如图1所示。
由光电耦合器产生控制信号, 经清零和触发电路先送往各位计数芯片, 再经译码器译码传送到LED数码管显示。
按下启动键后, 滚动轮子, 可产生脉冲至第一个 (从右数起) 74LS90的CPA, 这样, 74LS90就开始计数, 并通过HD74LS248P在LED上显示出来, 当QDQCQBQA=1001时, L E D上显示为9, 现输入脉冲, Q D Q C Q B Q A=0000, LED上显示为0, 此时, QD也从1翻转到0, 等于向第二个74LS90输入一个脉冲, 第二个74LS90也就开始计数。百位数与千位数的计数也类似。
作为自行车计程器系统, 计数器是必须使用的器件。事实上, 不仅在光电转速计数器中使用, 在整个数字系统中也是使用得最多的时序电路。计数器可以用于时钟脉冲计数、分频、定时、产生节拍脉冲和脉冲序列以及进行数字运算等等。按触发方式分同步计数器和异步计数器。按计数容量分二进制计数器和非二进制计数器。按计数值的增减分加 (法) 计数器、减 (法) 计数器和可逆计数器。本计数器电路依靠74LS90来完成, 74LS90是异步二—五—十进制加法计数器, 它既可以作二进制加法计数器, 又可以作五进制和十进制加法计数器。7 4 L S 9 0是一种十进制异步计数器, 内部逻辑与引脚排列如图8, 逻辑功能见表10。该器件内部由二进制计数器 (FA) 和五进制计数器 (FD、FC及FB) 两部分组成, CA端FA是的时钟脉冲输入端, CB是FB的时钟脉冲输入端, R0 (1) 和R0 (1) 是直接置零端。R0 (1) -R0 (1) =1时, 器件被置零。S9 (1) 和S9 (2) 是置9端, 当S9 (1) -S9 (2) =1时, QAQCQBQA=1 0 0 1。
数码显示器采用八段发光二极管显示器, 它可直接显示出译码器输出的十进制数。七段发光显示器有共阴接法和共阳接法两种:共阴接法就是把发光二极管的阴极都接在一个公共点 (接地) , 配套的译码器为HD74LS248P, 74LS48等;共阳公共点接法相反, 它是把发光二极管的阳极接在一起 (接Vcc) , 配套的译码器为74LS46, 74LS47等。
计数脉冲模块, 本部分电路要完成的功能是:利用光电管进行采样, 当有光线通过施密特电路, 低电平导通, 开始计数;当无光线通过施密特电路, 高电平不导通, 不计数。
计数脉冲工作原理, 本系统选用的光电耦合器是1114-19。光电脉冲计数器的原理:电路核心由一个光电开关管组成, 平时电机转轮静止, 发光二极管所发出的光被轮子挡住, 所以接收管处于截止状态, 1端为高电平。当电机转动一圈, 会使接收管导通一次, 1端输出一个低电平, 在实际计数器工作状态中, 会受到各方面的干扰, 波形会存在许多杂波成分, 需要对波形进行处理, 处理成符合记计数器所需要的矩型波。波形处理电路有一个施密特触发器组成。当输入电压逐步升高时, 致使V I>施密特上V T+, 内部触发器发生翻转。当V I逐步下降时, 致使V I
本设计施密特触发器选用40106, 管脚如下, 可以看出内部含有六路同样的施密特触发器, 我们只使用其中一组, 将启动和停止电路输出的不规则脉冲整形为具有一定幅度和一定宽度的脉冲, 为计数器提供清零信号。启动和停止电路单元的按钮按下, 则此电路输出一个持续时间一定的有效信号 (负脉冲) 。在此期间, 即使按钮有几个连续的负脉冲, 但电路输出仍保持低电平, 从而将按钮的抖动屏蔽掉。本设计用微分型单稳态触发器实现。
用集成与非门构成的基本RS触发器作为启动和停止秒表工作的电路。
电路设计, 此电路主要实现脉冲的输出及计数的停止与启动。当按下启动键之后, 计数器会自动清零并开始计数;按下停止键之后, 计数器停止计数, 并在LED显示结果。脉冲的获取依靠轮子的转动而使开关管高低电平的改变获得。
设计过程中遇到的问题及其解决方法。
(1) 在检测面包板状况的过程中, 出现本该相通的地方却未通的状况, 后经检验发现是由于万用表笔尖未与面包板内部垂直接触所至。
(2) 在检测HD74LS248P驱动电路的过程中发现数码管不能正常显示的状况, 经检验发现主要是由于接触不良的问题, 其中包括线的接触不良和芯片的接触不良, 在实验过程中, 数码管有几段二极管时隐时现, 有时会消失。用5V电源对数码管进行检测, 一端接地, 另一端接触每一段二极管, 发现二极管能正常显示的, 再用万用表欧姆档检测每一根线是否接触良好, 在检测过程中发现有几根线有时能接通, 有时不能接通, 把接触不好的线重新接过后发现能正常显示了。其次是由于芯片接触不良的问题, 用万用表欧姆档检测有几个引脚本该相通的地方却未通, 而检测的导线状况良好, 其解决方法为把HD74LS248P的芯片拔出, 根据面包板孔的的状况重新调整其引脚, 使其正对于孔, 再用力均匀地将芯片插入面包板中, 此后发现能正常显示, 本次实验中还发现一块坏的LED数码管和两块坏的HD74LS248P, 经更换后均能正常显示。
设计体会如下。
在此次的数字钟设计过程中, 更进一步地熟悉了芯片的结构及掌握了各芯片的工作原理和其具体的使用方法。在连接十进制的接法中, 要求熟悉逻辑电路及其芯片各引脚的功能, 那么在电路出错时便能准确地找出错误所在并及时纠正了。
在设计电路中, 往往是先仿真后连接实物图, 但有时候仿真和电路连接并不是完全一致的, 例如仿真的连接示意图中, 往往没有接高电平的16脚或14脚以及接低电平的7脚或8脚, 因此在实际的电路连接中往往容易遗漏。又例如74LS90芯片, 其本身就是一个十进制计数器, 在仿真电路中必须连接反馈线才能正常显示, 而在实际电路中无需再连接, 因此仿真图和电路连接图还是有一定区别的。
在设计电路的连接图中出错的主要原因都是接线和芯片的接触不良以及接线的错误所引起的。
(3) 对该设计的建议。
此次的数字钟设计重在于仿真和接线, 虽然能把电路图接出来, 并能正常显示, 但对于电路本身的原理并不是十分熟悉。总的来说, 通过这次的设计实验更进一步地增强了实验的动手能力。
摘要：本系统采用计数器实现控制信号的传输, 该传输系统抗干扰能力强, 传输距离远、反映速度快。电路简单, 易于控制, 成本低, 能提供长时间可靠的计数性能, 适应各种自动化控制设备的应用。
关键词：计数器,SN74LS90N,译码器,计程器
参考文献
[1] 石小法.电子技能与实训[M].高等教育出版社.
[2] 姜有根, 郭晋阳, 王岚.数字电子线路[M].电子工业出版社.
[3] 江国强.新编数字逻辑电路[M].北京邮电大学.