停车场计数器

01**学院课程设计说明书（2009/2010学年第二学期）课程名称：数字电子技术题目：停车场计数器专业班级：********学生姓名：******学号：指导教师：设计周数：2周设计成绩：2010年7月1日02目录一、设计任务与要求………………………………………3页二、方案设计与论证………………………………………3页三、单元电路设计与参数计算和器件选择………………9页四、总框图和原理图………………………………………14页五、PCB版图绘制和元件清单……………………………15页六、安装与调试、性能测试与分析………………………15页七、结论与心得……………………………………………16页八、参考文献……………………………………………17页03停车场计数器一、设计任务与要求1．设计一个停车场计数器，记录并显示当前停车场的车辆数目。2．计数范围：0~999；3．当计数器显示为999时报警4．不妨碍车辆的进出，工作可靠。5．出入口为一处。二、方案设计与论证对设计要求的总体分析总体框架：车辆检测→计数器→译码显示1）车辆检测：通过对进出停车场的车辆进行检测，从而给下一环节提供输出信号。模拟停车场入口和出口为一处。2）计数模块：从车辆检测模块获得信号。并开始计数。进一辆车做一次加法计数，出一辆车做一次减法计数。计数范围为0~999。当计数器显示为999时报警。3）译码显示：从计数器输出的信号需要经过译码器显示电路才能显示出来。需要三个七段数码显示器。以显示停车场的车辆数目。方案一(一)设计及采用元件集成电路CD40192CD4511CD40106CD4013电阻译码器DPY-7SEG其他三极管9013二极管发光二极管LED导线若干(二)主要电路的设计1.停车场计数器原理电路图04电路组成与工作原理由图可知，它是一个可逆计数器，是由运动方向识别传感器、十进制加减计数器、译码器、数码显示器组成。运动方向识别传感器由红外线发射管，光电三极管组成，由CD4013组成双稳态电路组成方向识别互锁电路。LED1和VT1、LED2和VT2两组运动传感器。6施密特触发器CD40106和四个门F1到F4和双D触发器CD4013组成两个双稳态电路做方向识别和互锁电路。当VT1和VT2受红外线光的照射处于导通状态。使F1、F2输出低电平，相应的F3、F4则输出高电平。由于F3、F4的输出端接两个双稳态电路的置0端R，使Q1、Q2端分别输出低电平。这样就将加、减计数器IC2的加计数输入端CPU和减计数输端CPD均置于高电平，为计数准备好条件。当有车进入时，首先将VT1遮挡，接着将VT2遮挡。当VT1被挡时VT2截止，F1输出高电平使F3变为低电平将双稳态触发器1（IC1-1）的R端变为低电平，复位被解除，但在此时由于双稳态触发器1的CP端无计数脉冲输入，故维持原状态不变。而对触发器2（IC1-2）虽然有高电平脉冲输入CP端，但因R为高电平、复位状态未解除，触发器2也维持原来状态不变。当进入车辆使VT1退出遮挡而使VT2遮挡时，VT1恢复光照，F1输出低电平，F3输出电平，由低变高，由于R1变为高电平而使触发器1复位，Q1变为低电平，Q1非由低电平变高电平而使IC2的CPU端得一个计数脉冲，计数器加1。由于双稳态触发器2的翻转只受上升沿的触发而起作用，所以此时F1输出的下降没对它不起作用，这时触发器2维持不变。当车辆完全进入后VT2恢复光照，F2输出电平由高变低，F4输出高电平将触发器置0，Q2非输出高电平，为下一次计数做准备条件。当有车出去时，首先将VT2遮挡，接着将VT1遮挡。当VT2被挡时VT1截止，F2输出高电平使F4变为低电平将双稳态触发器2（IC1-2）的R端变为低电平，复位被解除，但在此时由于双稳态触发器2的CP端无计数脉冲输入，故维持原状态不变。而对触发器1（IC1-1）虽然有高电平脉冲输入CP端，但因R05为高电平、复位状态未解除，触发器1也维持原来状态不变。当出去车辆使VT2退出遮挡而使VT1遮挡时，VT2恢复光照，F2输出低电平，F4输出电平，由低变高，由于R变为高电平而使触发器2复位，Q2变为低电平，Q2非由低电平变高电平而使IC1的CPU端得一个计数脉冲，计数器减1。由于双稳态触发器1的翻转只受上升沿的触发而起作用，所以此时F2输出的下降没对它不起作用，这时触发器1维持不变。2主要元器件介绍(1)CD40192引脚排列（顶视图）40192为可预置BCD可逆计数器，其内部主要由四位D型触发器组成，与一般计数器不同之处在于加计数器和减计数器分别由两个时钟输入端。40192具有复位CR、置数控制/LD、并行数据D0~D3、加计数时钟CPu、减计数时钟CPD等输入，当CR为高电平时，计数器置零。当/LD为低电平时，进行预置数操作，D0~D3上的数据置入计数器中，计数操作由两个时钟输入控制。当CPD＝“1”时，在CPu上跳变时计数器加1计数；当CPu＝“1”时，在CPD上跳变计数器减1计数。除四个Q输出外，40192还有一个进位输出/CO和一个借位输出/BO，/CO和/BO一般为高电平，只有在加计数模式，当计数器达到最大状态时，/CO输出一个宽度为半个时钟周期的负脉冲，在减计数模式，当计数器全为零时，/BO输出一个宽度为半个时钟周期的负脉冲。其真值表CLK-CLK+PER工作方式H↑HL加计数H↓HL不计数↑HHL减计数↓HHL不计数XXLL预置数XXXH清除推荐工作条件电源电压工作范围：3V-15V输入电压范围：0V-VDD工作温度范围：M类55℃-125℃E类40℃-85℃06极限值电源电压：-0.5V-18V输入电压：-0.5V-VDD+0.5V输入电流：±10mA贮存温度：-65℃-150℃（2）CD4511引脚排列（顶视图）CD4511是一个用于驱动共阴极LED（数码管）显示器的BCD码—七段码译码器，特点如下：具有BCD转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能的CMOS电路能提供较大的拉电流。可直接驱动LED显示器.其功能介绍如下：BI：4脚是消隐输入控制端，当BI=0时，不管其它输入端状态如何，七段数码管均处于熄灭（消隐）状态，不显示数字。LT：3脚是测试输入端，当BI=1，LT=0时，译码输出全为1，不管输入DCBA状态如何，七段均发亮，显示“8”。它主要用来检测数码管是否损坏。LE：锁定控制端，当LE=0时，允许译码输出。LE=1时译码器是锁定保持状态，译码器输出被保持在LE=0时的数值。A1、A2、A3、A4、为8421BCD码输入端。a、b、c、d、e、f、g：为译码输出端，输出为高电平1有效。CD4511的内部有上拉电阻，在输入端与数码管笔段端接上限流电阻就可工作。其真值表07（3）CD4013引脚排列（顶视图）CD4013是一双D触发器,由两个相同的、相互独立的数据型触发器构成。每个触发器有独立的数据、置位、复位、时钟输入和Q及Q输出，此器件可用作移位寄存器，且通过将Q输出连接到数据输入，可用作计算器和触发器。在时钟上升沿触发时，加在D输入端的逻辑电平传送到Q输出端。置位和复位与时钟无关，而分别由置位或复位线上的高电平完成。CD4013参数值推荐工作条件电源电压Vdd......-0.5-+18v电源电压VDD......3-15V输入电压Vt........-0.5-Vdd+0.5V电压VI......0-VDD08储存温度范围Ts....-55-150℃工作环境温度TA焊接温度TL........265℃M类...-55-+125℃E类....-55-+150℃R类....-40-+85℃其真值表输入输出CPDRDSDQQ↑LLLH↑HLLHL↓XLL保持XXHLLHXXLHHLXXHHHH（4）CD40106引脚排列（顶视图）CC40106由六个斯密特触发器电路组成。每个电路均为在两输入端具有斯密特触发器功能的反相器。触发器在信号的上升和下降沿的不同点开、关。上升电压(VT+)和下降电压(VT-)之差定义为滞后电压。其引脚图引脚功能：24681012数据输出端13591113数据输入端14电源正7接地其内部图09其真值表本设计方案种采用数字电路制作的可以对进入停车场的车辆进行计数的集成电路，当有车辆进入时进行加法计数，有车辆出时进行减法计数，然后由译码器把二进制转换成十进制再通过显示器显示出停车场车辆的数目，当停车场没有空车位时会有提示，它主要采用了74系列的常用集成电路。我组通过查资料和用到以前所学到的数、模、电路的知识和辅导老师的指导，整理了下面的方案。本方案完成两个各功能：a.当车辆从进出时进行加减计数，并通过译码器译码后在显示器上显示当前停车场的车辆总数。b.当停车场没有空位时，通过报警系统进行提示。三、单元电路设计与参数计算和器件选择1、单元电路设计1）车辆检测模块使用4013和三个开关，模拟车辆进入和离开。依顺序按下三个开关，模车辆的进入。产生一个信号。在反向的依次按下三个开关，模拟车辆的离开，产生一个减法信号。0102）计数模块要实现停车场的计数就必须要实现可加可减的功能，故使用40192计数器，它的逻辑类型为十进制计数器。上下方向，每个元件的位元数为四个。异步复位，同步计数。正边沿触发其类型。工作电压为3~18V。40192介绍（1）引脚排列（顶视图）01140192为可预置BCD可逆计数器，其内部主要由四位D型触发器组成，与一般计数器不同之处在于加计数器和减计数器分别由两个时钟输入端。40192具有复位CR、置数控制/LD、并行数据D0~D3、加计数时钟CPU、减计数时钟CPD等输入，当CR为高电平时，计数器置零。当/LD为低电平时，进行预置数操作，D0~D3上的数据置入计数器中，计数操作由两个时钟输入控制。当CPD＝“1”时，在CPU上跳变时计数器加1计数；当CPU＝“1”时，在CPD上跳变计数器减1计数。除四个Q输出外，40192还有一个进位输出/CO和一个借位输出/BO，/CO和/BO一般为高电平，只有在加计数模式，当计数器达到最大状态时，/CO输出一个宽度为半个时钟周期的负脉冲，在减计数模式，当计数器全为零时，/BO输出一个宽度为半个时钟周期的负脉冲。其真值表CLK-CLK+PER工作方式H↑HL加计数H↓HL不计数↑HHL减计数↓HHL不计数XXLL预置数XXXH清除推荐工作条件电源电压工作范围：3V-15V输入电压范围：0V-VDD工作温度范围：M类55℃-125℃E类40℃-85℃极限值电源电压：-0.5V-18V输入电压：-0.5V-VDD+0.5V输入电流：±10mA贮存温度：-65℃-150℃0123）显示译码模块由计数器产生的BCD码通过译码电路经七段数码显示器即可显示出数字。CD4543引脚排列（顶视图）01374ALS00引脚排列（顶视图）功能如图可知当功能表2.器件选择（1）车辆检测模块：4013，开关，电阻电容电感若干。（2）计数器模块：40192计数器，电阻若干。（3）显示模块：4543译码器，七段数码显示器，电阻若干。014四、总框图和原理图1．总框图2．总原理图3.电路的工作原理进出口是同一个，当车辆进时从一个方向依次通过三个开关后计数器40192的CPU端口来一个脉冲进行加法计数，当车辆出时从另一个方向依次通过三个开关后计数器40192的CPD端口进行减法计数，计数完成后译码器CD4543就把二进制数转换成十进制数，然后通过七段显示器显示出当前停车场车辆的数目。当显示器显示999时计数器三个40192的输出端口7和3都为1，通过两个74LS00再通过一个三极管和蜂鸣器，蜂鸣器就报警提提示。五、PCB版图绘制和元件清单计数器显示电路车辆检测1234ABCD4321DCBATitleNumberRevisionSizeA4Date:1-Jul-2010SheetofFile:C:\DocumentsandSettings\eda\桌面\2010停车管理.ddbDrawnBy:GNDGNDaAbBcCdDeEfFgGS4LCDGNDGNDaAbBcCdDe