停车场计数器的设计.doc

电子课程设计
——停车场计数器

学院:太原科技大学华科学院
专业：电气工程及其自动化
班级：电气122202H班
姓名：白健
学号：201222050201
指导老师：黄庆彩
2014年12月
目录
一、 设计任务与要求……………………………………1
二、 总体框图……………………………………………2
三、 选择器件……………………………………………3
四、 功能模块 …………………………………………14
五、 总电路图 …………………………………………19
心得………………………………………………………20
参考文献………………………………………………..20

停车场计数器
一、设计任务与要求
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0-999；
（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。

二、总体框图
显示器

译码器

入车脉冲信号

可逆计数器

出车脉冲信号

提示灯

设计思路
我设计的停车场电子车位计数器电路主要有四大部分，即车位空位数计数部分、译码部分、显示部分和提示灯提示部分。进出的每辆车都会触发门口的红外遥感，给计数器一个脉冲信号，使计数器进行加减计数，由显示部分将所剩余的车位数显示出来，提示灯部分提示是否有空余的车位。

（一）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，预置最大值999；

（二）译码部分：用七段式译码器74LS48将8421BCD码转化为共阴极七段数码管需要的逻辑状态二进制代码；

（三）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；

（四） 提示灯部分：由555定时器组成的单稳态触发器驱动灯泡发光，提示空车位数为0。
三、选择器件
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
3片
3
译码器
74LS48
3片
4
显示器
SEVEN-SEG-COM-K
3片
5
三输入或门
4075BP
1片
6
四输入或门
4072BD
3片
7
电阻排
RPACK7 300
3个
8
电阻
1 k
1个
9
电容
1 uF
1个
10
电容
0.01 uF
1个
11
单刀双掷开关
SPDT
2个
12
灯泡
4V 5W
1个
13
导线

若干
3.1 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，

3.1.1 逻辑符号和引脚图
图 3.1 （a）逻辑符号和(b) 引脚图

（a）

(b)
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

3.1.2 功能表
表 3.1 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

Operating Conditions 建议操作条件：
Symbol 符号
Parameter 参数

最小
典型
最大
UNIT 单位
VCC
Supply Voltage 电源电压
54
4.5
5.0
5.5
V
74
4.75
5.0
5.25
TA
Operating Ambient Temperature Range操作环境温度范围
54
–55
25
125
℃
74
0
25
70
IOH
Output Current — High 输出电流-高电平
54,74
-
-
–0.4
mA
IOL
Output Current — Low 输出电流-低电平
54
-
-
4.0
mA
74
-
-
8.0

H=高电平 L=低电平 X=不定（高或低电平） ↑=由“低”→“高”电平的跃变
3.1.3 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。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。

74LS192引脚功能介绍：

引脚功能表：
 CPU
 Count Up Clock Pulse Input 计数芯片时钟脉冲输入
 CPD
Count Down Clock Pulse Input 倒计时时钟脉冲输入
 MR
 Asynchronous Master Reset (Clear) Input 异步主复位（清除）输入
 PL
 Asynchronous Parallel Load (Active LOW) Input 异步并行负载（低电平）输入
 Pn
 Parallel Data Inputs 并行数据输入
 Qn
 Flip-Flop Outputs (Note b) 触发器输出（附注b ）
 TCD
 Terminal Count Down (Borrow) Output (Note b) 终端倒计时（借）输出（注b ）
 TCU
 Terminal Count Up (Carry) Output (Note b) 终端数最多输出（注b ）
NOTES:
 a. 1 TTL UNIT 单位 Load (U.L.) = 40 mA HIGH/1.6 mA LOW.
 b. The Output LOW drive factor is 2.5 U.L.for Military(54)and 5 U.L.for Commercial(74)Temperature Ranges LS192 LOGIC EQUATIONS

DC SPECIFICATIONS直流电气规格：
Symbol 符号
Parameter 参数
Limits限制范围
UNIT 单位
Test Conditions 条件
最小
典型
最大

VIH
Input HIGH Voltage输入高电平电压

2.0

-

-

V
Guaranteed Input HIGH Voltage for All Inputs

VIL
Input LOW Voltage 输入低电平电压

54

-

-

0.7

v

Guaranteed Input LOW Voltage for All Inputs

74

-

-

0.8

VIK
Input Clamp Diode Voltage 钳位二极管输入电压

-

–0.65

-1.5

V

VCC = 最小, IIN = –18 mA

VOH
Output HIGH Voltage 输出高电平电压

54

2.5

3.5

-

V
VCC = 最小, IOH = 最大, VIN = VIH CC OH IN IH or VIL per Truth Table真值表

74

2.7

3.5

-

VOL
Output LOW Voltage 输出低电平电压

54,74

-

0.25

0.4

V

IOL=4.0mA
VCC = VCC 最小, VIN = VIL

74

-

0.35

0.5

IOL=8.0mA

IIH
Input HIGH Current输入高电平电流
-
-
20
μA
VCC = 最大, VIN = 2.7 V
-
-
0.1
mA
VCC = 最大, VIN = 7.0 V

IIL
Input LOW Current输入低电平电流　
-
-
–0.4
mA
VCC = 最大, VIN = 0.4 V

IOS
Short Circuit Current (Note 1)短路电流
–20
-
–100
mA
VCC = 最大

ICC
Power Supply Current电源电流
-
-
34
mA
VCC = 最大
AC CHARACTERISTICS (TA = 25℃) 交流特性(TA = 25℃)：

Symbol 符号
Parameter 参数
Limits限制范围
UNIT单位
Test Conditions 测试条件
最小
典型
最大
fMax
Maximum Clock Frequency最大时钟频率
25
32
-
MHz

VCC=5.0V CL=15pF
tPLH tPHL
CPU Input to TCU Output CPU输入到TCU输出
-
17 18
26 24
ns
tPLH tPHL
CPD Input to TCD Output CPD输入到TCD输出
-
16 15
24 24
ns
tPLH tPHL
Clock 到 Q
-
27 30
38 47
ns
tPLH tPHL
PL 到 Q
-
24 25
40 40
ns
tPHL
MR Input to Any Output
-
23
35
ns

交流安装要求(TA = 25℃)
Symbol 符号
Parameter 参数
Limits 限制范围
UNIT 单位
Test Conditions 测试条件
最小
典型
最大
tW
Any Pulse Width 任何脉冲宽度
20
-
-
ns

VCC = 5.0V
ts
Data Setup Time 数据设置时间
20
-
-
ns
th
Data Hold Time 数据保持时间
5.0
-
-
ns
trec
Recovery Time 恢复时间
40
-
-
ns

3.2 74LS48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

【1】 测试条件中的“最小”和“最大”用推荐工作条件中的相应值

工作条件：

5448/7448
54LS48/74LS48
单位
最小
额定
最大
最小
额定
最大
电源电压VCC
54
4.5
5
5.5
4.5
5
5.5
V
74
4.75
5
5.25
4.75
5
5.25
输入高电平电压Vh
2

2

V
输入低电平电压Vl
54

0.8

0.7
V
74

0.8

0.8
V
输入高电平电流Ih
Ya-Yg

-400

-100
uA
BI/RBO

-200

-50

输出低电平电流Iol

Ya-Yg
54

6.4

2

mA
74

6.4

6
BI/RBO
54

8

1.6
74

8

3.2

3.3 555集成定时器

3.3.1 LM555CN引脚图

LM555CN相关参数

Technical/Catalog Information
LM555CN
Vendor
Fairchild Semiconductor
类别
Integrated Circuits (ICs)
类型
555 Type, Timer/Oscillator (Single)
频率
-
Count
-
电源电压
4.5 V ~ 16 V
电流
15mA
封装/外壳
8-DIP
Packaging
Tube
工作温度
0°C ~ 70°C
Lead Free Status
Lead Free
RoHS Status
RoHS Compliant
其他名称
LM555CN LM555CN LM555CNFS ND LM555CNFSND LM555CNFS

3.3.2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。

3.3.3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

四、功能模块：
4.1 可逆计数电路的设计
图4.1 可逆计数电路

由于本次设计的要求是设计0～999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。
4.2 译码显示电路的设计及计算
4.2.1 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。
4.2.2 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4.2 译码显示电路

刚开始接通电路时数码管的显示电路如下：
图4.3 提示灯电路

4.3提示灯电路的设计
该提示灯电路由555定时器组成的单稳态触发器去驱动灯泡使其发光的电路构成。当触发器复位端施加高电平时，电路构成双稳态触发器。产生1HZ方波，驱动报警灯报警。

此时，提示灯电路中的灯开始发光，提示停车场已经满位。
工作过程分析
由于本次设计的要求是设计0～999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。

当计数器计数到999时，通过与门电路配合或门对输入进行锁住，由于输入脉冲是下降沿触发，则采用或门进行处理。
图4.3 提示灯电路

五、总电路图：

心得
停车场空位显示电路是一种很实用的电子电路。它主要由计数电路、译码电路、显示电路组成。它与电子计数电路大致相同，其不同之处在于采用可逆计数器，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，这也是该题目设计的重点所在。
通过本次停车场空位显示电路的设计，既巩固了所学知识，又是我对计数电路、显示电路有了进一步的了解，拓展了知识面。我掌握了可逆计数器的原理和基本用法，特别是74LS192的功能及接法。可用译码器、显示器集成在一起的集成LED显示器，可使电路更加简单，但我并未采用，原因在于它不能直观的体现译码器的工作原理。
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。
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。
参考文献
1.康华光.电子技术基础【M】.北京；高等教育出版社.1980。
2.赵保经，CMOS集成电路【M】.北京；国防工业出版社，1996。