停车场电子车位计数器-毕业论文.doc

停车场电子车位计数器

沈 阳 工 程 学 院

课 程 设 计

设计题目：停车场电子车位计数器

系 别 电力学院 班级 电本114班
学生姓名 xxxx 学号 2011208416
指导教师 黄硕 职称 讲师
起止日期：2013 年 6 月 17 日起——至 2013 年 6 月 21 日止

22

沈阳工程学院

课程设计任务书

课程设计题目： 停车场电子车位计数器

系 别 电力学院 班级 电本114班
学生姓名 xxxxxx 学号 2011208416
指导教师 黄硕 职称 讲师

任 务 下 达 时 间： 2013 年 6 月 17 日
起止日期：2013 年 6 月 17 日起——至 2013 年 6 月 21 日止

停车场电子车位计数器
1 设计主要内容及要求
1.1 设计目的：
（1）掌握可任意预置的定时显示报警系统的构成、原理与设计方法；
（2）熟悉集成电路的使用方法。

1.2 基本要求
（1）能够预置初始车位数，能够显示空余车位，从0-199；
（2）在出口处里、外分别安装两个传感器（比如红外传感器）A、B，每当有车辆进入时将顺序经过A、B，每当有车辆出去时将顺序经过B、A，设计电路能够区分此车辆进入还是出去。
（3）进入车辆，空余车位数减1；车辆离去，空余车位数加1。
1.3 发挥部分
（1）能区分出入的是车辆还是人员；
（2）逻辑故障屏蔽电路；
（3）其他。
2 设计过程及论文的基本要求：
2.1 设计过程的基本要求
（1）基本部分必须完成，发挥部分可任选2个方向：
（2）符合设计要求的报告一份，其中包括逻辑电路图、实际接线图各一份；
（3）设计过程的资料、草稿要求保留并随设计报告一起上交；报告的电子档需全班统一存盘上交。

2.2 课程设计论文的基本要求
（1）参照毕业设计论文规范打印，文字中的小图需打印。项目齐全、不许涂改，不少于3000字。图纸为A3，附录中的大图可以手绘，所有插图不允许复印。
（2）装订顺序：封面、任务书、成绩评审意见表、中文摘要、关键词、目录、正文（设计题目、设计任务、设计思路、设计框图、各部分电路及参数计算（重要）、工作过程分析、元器件清单、主要器件介绍）、小结、参考文献、附录（逻辑电路图与实际接线图）。
3 时间进度安排
顺序
阶段日期
计 划 完 成 内 容
备注
1
2013.6.17
讲解主要设计内容，学生根据任务书做出原始框图

2
2013.6.18
检查框图及初步原理图完成情况，讲解及纠正错误

3
2013.6.19
检查逻辑图并指出错误及纠正；讲解接线图绘制及报告书写

4
2013.6.20
继续修正逻辑图，指导接线图绘制方法，布置答辩

5
2013.6.21
答辩、写报告

2013.6.23
沈 阳 工 程 学 院
数字电子技术 课程设计成绩评定表

系（部）： 电力学院 班级： 电本114 学生姓名： xxxxx
指 导 教 师 评 审 意 见
评价
内容
具 体 要 求
权重
评 分
加权分
调研
论证
能独立查阅文献,收集资料；能制定课程设计方案和日程安排。

工作能力
态度
工作态度认真，遵守纪律，出勤情况是否良好，能够独立完成设计工作，

工作量
按期圆满完成规定的设计任务，工作量饱满，难度适宜。

说明书的质量
说明书立论正确，论述充分，结论严谨合理，文字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，图表完备，书写工整规范。

指导教师评审成绩
（加权分合计乘以12）
分
加权分合计

指 导 教 师 签 名：
年 月 日
评 阅 教 师 评 审 意 见
评价
内容
具 体 要 求
权重
评 分
加权分
查阅
文献
查阅文献有一定广泛性；有综合归纳资料的能力

工作量
工作量饱满，难度适中。

说明书的质量
说明书立论正确，论述充分，结论严谨合理，文字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，图表完备，书写工整规范。

评阅教师评审成绩
（加权分合计乘以8）
分
加权分合计

评 阅 教 师 签 名：
年 月 日
课 程 设 计 总 评 成 绩
分

中 文 摘 要

本次课程设计的题目是停车场电子车位计数电路，实际上是对计数器功能设计的延伸，主要工作部分是计数器的设计，由于空余停车位数要求可加可减，因此采用十进制可逆计数器。课设要求只有0～199个停车位，因此在空余车位的显示上最多只能显示199个车位。在信号转换电路中，采用的是555定时器组成的施密特触发器，模拟车辆进出时通过红外遥感的断开闭合形成的脉冲信号，对输入的信号进行整形，通过两个开关控制车辆的进与出，输出信号输送到可逆计数器中，进行加或减计数，每个可逆计数器可以显示0～9个数，整个电路由3个十进制互逆计数器联级组成，从左到右分别为百位，十位，个位。可逆计数器的输出信号传输到译码器，然后译码器将输出的8421BCD码转换成共阴极七段数码管需要的逻辑状态,并且为保证数码管正常工作提供足够的工作电流，最后数码管把十进制数显示出来。当电路接通时，首先给计数器进行预置，将百位上的数字预置为1，即表示停车场的显示器就显示有199隔空车位，然后开始通过555定时器给一定的脉冲让计数器还是计数，通过开关的控制，来改变时进车还是出车。当显示器上的数字为000时，则表示停车场没有空余的车位供停车停放。

关键词 可逆计数电路，译码电路，共阴极数码显示器，编码器，

目 录
课程设计（论文）任务书…………………………….……………..……......…..….I
课程设计（论文）成绩评定表…………………………………………..……...Ⅲ
中文摘要……………..……………………………..………….…………........…...IV
1设计任务描述 ……….……………………….….…….........................….………..1
1.1 设计题目 .....................…………….………….........................................……1
1.2 设计要求 ......................…………….………….................................….……..1
1.2.1 设计目的 …………………………….…......................................……….1
1.2.2 基本要求 …………………………….…......................................……….1
1.2.3 发挥部分 …………………………….…......................................……….1
2设计思路………..……………………..…...............................................…….…….2
3设计方框图...................……….…………....…………..….…..……….3
4 模块细节及各部分电路设计......….………........…….…..…………..………...….4
4.1信号提供的设计电路 ﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍﹍4
4.2可逆计数电路设计………………………………………………....…….…….5
4.3译码显示电路的设计及计算……………………….……….............................6
4.3.1 译码显示电路的设计……………………….…………...........................6
4.3.2 译码显示电路的计算…………………..……….……….........................6
5 工作过程分析 ……………………………………………/…...........……....….….9
6 元器件清单..............................................................................................................10
7 主要元器件介绍...........………….…..….……………….…..….…..…..…11
7.1 可逆计数器 74LS192………..….…..….……………….…..….…...….…11
7.2 74LS38译码器………..….…..….……………….…..….…..…………...13
7.3 555集成定时器………..….…..….……………….…..….……….……14
小结……………………….………….……………….……...………...….………....18
致谢…………....………………….…………....….…………...…….…………….20
参考文献…………...…………….………………….…………….….…………….21
附录……………..…………………..………………………………..…………..…22
A1 multisim仿真系统电路接线图…………………………………………………22

1 设计任务描述

1.1 设计题目：停车场空位显示电路

1.2 设计要求

1.2.1 设计目的

（1）掌握可任意预置的定时显示报警系统的构成、原理与设计方法；
（2）熟悉集成电路的使用方法。
1.2.2 基本要求

（1）能够预置初始车位数，能够显示空余车位，从0-199；
（2）在出口处里、外分别安装两个传感器（比如红外传感器）A、B，每当有车辆进入时将顺序经过A、B，每当有车辆出去时将顺序经过B、A，设计电路能够区分此车辆进入还是出去。
（3）进入车辆，空余车位数减1；车辆离去，空余车位数加1。

1.2.3 发挥部分

（1）能区分出入的是车辆还是人员；
（2）逻辑故障屏蔽电路；
（3）其他

2 设计思路

我设计的停车场空位显示电路由四部分组成，即信号的提供部分、计数部分、译码部分、显示部分所组成的。
（1）信号的提供部分：通过555定时器提供输入信号，并将输入的信号提供给可逆计数器。
（1）计数部分：用三个可逆计数器74LS192联级组成，100进制可逆计数电路，达到设计要求的0-199个车位数，听过车辆的进出来改变计数器的计数，从而将信号传送给译码器。
（2）译码部分：用七段式译码器74LS48将8421BCD码转化为七段式共阴极数码管需要的逻辑状态的二进制代码。
（3）显示部分：采用共阴极七段式显示器，将二进制码以十进制的形式显示出来，通过显示器上的数字变化，得到停车场内还有多少个可以提供停放的车位。

3 设计方框图

显示器

译码器

入车脉冲信号

可逆计数器

出车脉冲信号

4 各部分电路设计及参数计算

4.1 信号提供的设计电路

（信号提供电路图）
输入信号的提供是同555定时器来提供的。当接通电源后，电容C被充电，当VC上升到2V/3是，使用V0为低电平，同时放电三极管T导通，此时电容C通过R2和T放电，Vc下降。当Vc下降到VCC时，V0翻转为高电平。电容器C放电所需的时间为:
。
当放电结束时，T截止，VCC将通过R2，R1 向电容器C充电，Vc由VCC//3上升到2VCC/3所需要的时间为：

震荡频率：

4.2可逆计数电路的设计

图4.2 可逆计数电路

一、由于停车区间共有199个车位，所以三片74LS192计数器联级可组成进的计数器，每个可逆计数器都是十进制的计数器，计数的范围都是由0到9。可以满足整个停车区间的计数。

二、 因为题目要求停车位有199个 ，所以将三个可逆计数器从左到右分别为百位，十位，个位。并且将百位，十位，个位分别预置为1,9,9，三个数字。而后通过555定时器的输入信号的输入让可逆计数器来计数。

三、当电路开始运行前，将开光打到下面，是开始的预置为199，并且当显示器上的数字增加时开关仍然在下面。当给一个进车的信号时就将开关打到上面，这样就能控制百位上的数字只有1和0，并且能使在100捡到99时百位由1变为0。
四、可逆计数器的工作原理是当地位的数字到9时，可逆计数器可以将数字进位（UP连在OC上），当低位的数值捡到0时，可以向上一级借位（down连在ob上）。
4.3译码显示电路的设计及计算
4.3.1 译码显示电路的设计
每当计数器进行加（或减1）计数时，译码器的输入端接到计数器的输出8421BCD码，将其转化为二进制数，再由显示器显示出二进制数。
与联级计数器十位、百位相连的译码器灭零端接低电平使显示器上十位、百位为零时不显示零。
4.3.2 译码显示电路的计算

显示器的工作电压为1.6V，译码器接的高电平为5V，则加在电阻两端的电压为V=5-1.6V=3.4V。显示器的工作电流为几十毫安，则所加电阻的阻值为R=U/I=3.4V/20 mA=170Ω

图4.3 译码显示电路

而课设要求的是0-199隔空车位，则需要进行预置，预置完之后，计数器输出的最大值就变为199：

当停车的停车位为0时：

5 工作过程分析

由于本次设计的要求是设计0～199的电子车位计数器，所以用3个74LS192连起来组成计数器部分，给百位预置数为1，接通电路后，先给百位进行数值预置，当第一级计数器的CPU端接收到脉冲信号时，计数器进行加法计数；当计数器的CPD端接收到脉冲信号时，计数器进行减法计数和加法计数。第一级计数为9时下一个脉冲到来时，第一级计数器加1进位变零，向上一级进位；减法计数时，当第一级计数器为0时，下一个脉冲到来时，上一级计数器借位，第一级从10减1变为9，
当计数电路处于计数状态，有车进入时,将对红外遥感进行开→断的作用，再由555触发器产生一个脉冲传到可逆计数器74LS192的CPD 端，计数器进行减1计数，计数器的输出端与译码器74LS48相连，译码器将计数器输出的8421BCD码转化为对应字段的输出，在于七段式显示器相连，数码管一使劲指数显示出当前的车位空位数。当有车离开停车场时，555产生的脉冲传到可逆计数器74LS192的CPU 端，计数器进行加1计数，通过译码显示电路显示出当前的车位空位数，较划卡前多出1空位。

6 元器件清单

序号
元件名称
规格及用途
数量
1
定时器
LM555CN
1片
2
计数器
74LS192N
6片
3
译码器
74LS48
3片
4
显示器
SEVEN-SEG-COM-K
3片
5
电阻排
RPACK7 300
3个
6
单刀双掷开关
SPDT
3个
7
单刀单掷开关
SPST
0个
8
导线

若干

7 主要元器件介绍

7.1 可逆计数器 74LS192
计数开始时，先在RD 端输入一个正脉冲，此时两个计数器均被置为 0 状态。此后在LD端输入“1”，RD 端输入“0”，则计数器处于计数状态。
在个位的74LS192(1)的CU 端逐个输入计数脉冲CP，个位的74LS192开始进行加法计数。在第10个CP脉冲上升沿到来后，个位74LS192的状态从1001→0000，同时其进位输出从0→1。此上升沿使十位的74LS192(2)从0000开始计数，直到第100个CP脉冲作用后，计数器由1001 1001恢复为0000 0000，完成一次计数循环。当第一级计数器的CPU端接收到脉冲信号时，计数器进行加法计数；当计数器的CPD端接收到脉冲信号时，计数器进行减法计数和加法计数。第一级计数为9时下一个脉冲到来时，第一级计数器加1进位变零，向上一级进位；减法计数时，当第一级计数器为0时，下一个脉冲到来时，上一级计数器借位，第一级从10减1变为9，

7.1.1 引脚图

图 7.1 （a）引脚图和(b)逻辑符号

7.1.2 功能表

表 7.1 74LS192功能表

              输入
     输出
MR

P3
P2
P1
P0
Q3
Q2
Q1
Q0
 1
 ×
 ×
 ×
×
×
×
×
0
0
0
0
 0
 0
 ×
 ×
d
c
b
a
d
c
b
a
 0
 1

 1
×
×
×
×
    加计数
 0
 1
 1

×
×
×
×
    减计数

7.1.3 功能介绍

74LS192同步十进制可逆计数器具有双时钟输入，可以执行十进制加法和减法计数并具有清除、置数等功能。当清除端CR=1时，计数器直接清零（称为异步清零）。执行其它功能时，CR=0。当CR=LD=0时，数据直接从输入端DA、DB、DC、DD置入计数器；当CR=0、LD=1时，执行计数功能。当CPD=1时，计数脉冲由加计数端CPD输入，在计数脉冲上升沿按8421编码执行十进制加法计数。当CPU=1时，计数脉冲由减法计数端CPD输入，在计数脉冲上升沿按8421编码执行十进制减法计数。

真值表：
MR
PL
CPU
CPD
MODE工作模式
H
X
X
X
Reset (Asyn.)清除
L
L
X
X
Preset (Asyn.)预置
L
H
H
H
No Change保持
L
H
↑
H
Count Up加计数
L
H
H
↑
Count DowN 减计数

7.2 74LS38译码器

引脚介绍：

引出端符号
A0→A3 译码地址输入端
BI/RBO 消隐输入（低电平有效）/脉冲消隐输出（低电平有效）
LT 灯测试输入端（低电平有效）
RBI 脉冲消隐输入端（低电平有效）
Ya→Yg 段输出

7.3 555集成定时器

7.3.1 引脚图

7.3.2基本原理

各引脚的功能
1脚：外接电源负端VSS或接地，一般情况下接地。
2脚：低触发端
3脚：输出端Vo
4脚：是直接清零端。当端接低电平，则时基电路不工作，此时不论、TH处于何电平，时基电路输出为“0”，该端不用时应接高电平。
5脚：VC为控制电压端。若此端外接电压，则可改变内部两个比较器的基准电压，当该端不用时，应将该端串入一只0.01μF电容接地，以防引入干扰。
6脚：TH高触发端

7脚：放电端。该端与放电管集电极相连，用做定时器时电容的放电。
8脚：外接电源VCC，双极型时基电路VCC的范围是4.5 ~ 16V，CMOS型时基电路VCC的范围为3 ~ 18V。一般用5V。

555定时器的内部电路由分压器，电压比较器C1和C2，简单SR锁存器，放电三极管T以及缓冲器G组成。三个5千欧的电阻串联组成分压器，为比较器C1C2提供参考电压。当控制电压端（5）悬空时，比较器C1C2的基准电压分别为2Vcc/3和Vcc/3。
管脚6为C1的信号输入端，称为阈值输入端；关脚2是比较器C2的信号输入端，称为触发输入端。如果控制电路电压端（5）外接电压v,则比较器电压C1 C2的基准电压就变为v和v/2。比较器C1 C2的输出控制SR锁存器和放电三极管T的状态。
放电三极管T为外接电路提供放电通路，在使用定时器时，该三极管的集电极（7脚）一般都要飞、外接上拉电阻。
4管脚为直接复位输入端，当其为低电平时，不管其他输入端的状态如何，输出端即为低电平。
当vi1大于2Vcc/3，vi2大于Vcc/3时，比较器C1输出低电平，比较器C2输出高电平，简单SR锁存器Q端置0，放电三极管T导通，输出端为低电平。
当vi1小于2 Vcc /3，vi2小于Vcc/3时，比较器C1输出高电平，C2输出低电平，简单SR锁存器置1，放电三极管截止，输出端为高电平。
当vi1小于2 Vcc /3，vi2大于Vcc/3时，简单SR锁存器R=1,S=1锁存器状态不变，电路保持原状态不变。

7.3.3功能表

输入

输出

阀值输入
触发输入
复位
输出
放电管T

0
0
导通
<Vcc
<Vcc

1

1

截止
>Vcc
>Vcc

1

0

导通
<Vcc

>Vcc
1

不变

不变

7.3.4施密特触发器的工作原理

施密特触发器常用来完成波型变换和幅度鉴别等工作.1脚为接地端,2脚为触发输入端,3脚为输出端,5脚为控制电压端,8脚为电源端.触发方式为电平触发。
工作原理：脉冲产生的信号由于某些原因不可能出现正规的方波信号，而计数器实现功能预置需要正规的方波信号，所以需要一个波形整形电路。为了降低计数器的误差，计数器功能设置端所接收的有效信号不能大于脉冲很多。所以我选择了由555定时器组成的施密特触发器做为此部分的整形和输出主体。所输出的方波信号送至计数器的加减时钟端。
在这个振荡电路中,每进或出一辆车都给振荡电路一个低平脉冲,利用其波型变换的功能,使其输出为高电平加到计数器上,使计数器正常工作进行加减.
如果输入由0V开始逐渐增加，当输入小于Vcc/3时，输出为高电平；输入继续增加，如果输入大于Vcc/3而小于2Vcc/3,输出维持高电平不变；输入再增加，一旦大于2Vcc/3,输出就由高电平跳变为低电平；之后输入再增加电路输出保持低电平不变。
如果输入由大于2Vcc/3的电压值逐渐下降，只要输入大于Vcc/3 而小于2Vcc/3，电路输出状态不变，仍为低电平；只要当输入小于Vcc/3时，电路才再次翻转，输出由低电平跳变为高电平。

图4.1施密特触发器简化连接电路

7.3.5设计的电路图

图4.2.2 施密特触发器简化的电路

触发器由其2脚接收发出的信号，由3脚接连在可逆计数器的加减时钟端，进而开始工作。

小 结
停车场空位显示电路是一种切实可行的电子电路。它主要由信号的输入、计数电路、译码电路、显示电路及组成。我认为这次停车场的空位显示电路这要的难点是计数部分和信号的提供部分。
在这次课设的计数部分，因为它不是单一的加计数或减计数，而且随进车、出车而相应的减、加计数，所以我们所用的计数器是可逆计数器，来满足我们停车场空位显示电路的要求。本次课程设计极大地锻炼了我自主学习的能力。刚看到设计题目的时候，感觉很茫然，因为图书馆及网上均未找到与停车场空位显示电路直接相关的资料。通过对设计要求的分析及查阅所搜集到的资料，我意识到搜集的资料不是现成的让你来照用的，而是在你设计过程中提供思路的。停车场空位显示电路就是一种实用的电子显示电路，它得采用可逆计数器，然后我从网上查找到可逆计数器74LS192的相关资料，借鉴一些使用电子电路的例子设计出了一个简单的电路，在老师的指导下，经过多次修改，最终设计出了该电路。
在这次的停车场车位计数器中，我们小组的各个组员齐心协力，共同合作，攻克了一个又一个的难关，从最开始的对数字电子技术的每种原件的不了解，到去图书馆，上网对每种原件的学习，再到了解74LS192，555定时计时器合成的施密特触发器和74LS48N，每一步都见证着我们的成长，我们的努力我们的付出没有白白浪费，最终工科了每一种原件的属性，连接方式，举一反三的进行联想和努力。
我们这次的工科主要是在上几届学长的模版中进行学习和分析，首先是对停车场车位计数器的了解和尝试，对每一种理论进行分析和领悟，最终我们选择了一个较为合适的原理图，选择了更加合适的原件搭配。同时，对每一种合适的方法都不错过，对每一个学习的机会都不放过， 这一次的学习，对于我以后学习数字电子技术将是一次难以忘怀的提升。
很庆幸能有这样一次课设的机会，让我学尝试了理论与实际的结合，让我学到了很多知识，让我认识到了自己的不足，让我明确了努力的方向。在以后的学习生涯中我会不断的完善自己，用更多知识来丰富和充实自己，这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多编程问题，最后在老师的辛勤指导下，终于游逆而解。在老师的身上我学得到很多实用的知识，在次我表示感谢！同时，对给过我帮助的所有同学和各位指导老师再次表示忠心的感谢

致 谢

结束了为期一周的数字电路课程设计，我们能够在这么短的时间里顺利地完成停车场电子车位计数电路的设计，得益黄硕老师的指导和帮助，也有同学的互助和自己的辛苦努力。团队的力量是必须的，领头的更是作用更大，同组之间是团队，黄硕老师就是我们大家的领头。在这周的课程设计过程中我们遇到了很多的困难，开始的时候甚至都不知道从哪里着手，是老师的指导让我们对所设计的课题有了基本的了解，并且在我们没有思路的时候给予我们更好的建议，使我们不仅顺利的完成了课程设计要求的内容，而且还对书中内容有了进一步的认识与理解。
万分感谢指导教师黄硕老师在课程设计期间对我们的关心和照顾，以及在第二次的课程中，黄硕老师在已经下课的情况下，仍然悉心为我们解答电路图中各个原件的问题，不厌其烦每一次都给我们充分的解答，电路的原理方面也是由黄老师给我们总体的一个思路，由此让我们懂得应该从哪一些方面来给我们着重了解。
可以这样说，这一次的课程设计，我们小组的团体合作和个人的用心有关系，更加主要的是由黄老师的领路，给予我们前路的指引。
感谢黄老师，感谢我的组员。

参考文献

[1] 陈振官等编著.数字电路及制作实例.国防工业出版社，2006，8
[2] 张庆双等编著.实用电子电路200例.机械工业出版社，2003，4
[3] 赵负图主编.数字逻辑集成电路手册.化学工业出版社，2005，5
[4] 蔡明生主编.电子设计.高等教育出版社.2004，1
[5] 李忠国.数字电子技能实训.人民邮电出版社.2006
[6] 赵负图主编.数字逻辑集成电路手册.化学工业出版社，2005，5
[7] www.tai-

附 录 A1 逻辑电路图