停车场计数器.doc

**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

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

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 CD40192 CD4511 CD40106 CD4013
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

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R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+
PE
R
工作方式
H
↑
H
L
加计数
H
↓
H
L
不计数
↑
H
H
L
减计数
↓
H
H
L
不计数
X
X
L
L
预置数
X
X
X
H
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℃
（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

（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-VDD
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
CP
D
RD
SD
Q
Q
↑
L

L
L
H
↑
H
L
L
H
L
↓
X
L
L
保持
X
X
H
L
L
H
X
X
L
H
H
L
X
X
H
H
H
H
（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(V T+)和下降电压(V T-)之差定义为滞后电压。
其引脚图

引脚功能：
2 4 6 8 10 12 数据输出端
1 3 5 9 11 13 数据输入端
14 电源正
7 接地
其内部图

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。

2） 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）

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+
PE
R
工作方式
H
↑
H
L
加计数
H
↓
H
L
不计数
↑
H
H
L
减计数
↓
H
H
L
不计数
X
X
L
L
预置数
X
X
X
H
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℃

3）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）

74ALS00
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。

四、总框图和原理图
1．总框图
显示电路
计数器
车辆检测

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

1、 PCB版图

2、 元件清单

元件序号
型号
主要参数
数量
备注
1
40192
计数器，十进制，工作电压3~18v
3
通孔安装
2
4543
BCD七段锁存译码，工作电压3！18V
3

3
LCD
七段数码显示器
3

4
电阻
10K
6

5
电阻
1K
3

6
电阻
100
3

7
LED
发光二极管
3

8
电容

3

9
蜂鸣器

1

10
导线

若干

六、安装与调试、性能测试与分析
1． 使用的主要的仪器和仪表
万用表，电烙铁，锡丝，松香，扁口钳子，钳子，镊子，刀子，胶带等。
2． 调试电路的方法和技巧
使用万用表测量各点的电压，电流，电阻和电容，测量各点之间是否断路或者短路。

3． 调试中出现的故障，原因及排除方法
焊点之间出现虚焊的情况，会严重影响电路的正常运行。在焊接时要认真防止焊点的粘连，防止出现短路的现象，在调试台调试时，如果短路要即使的拔掉电源，防止烧坏试验台。
出现故障可以先目测电路板，然后可以用手摸摸元件，时候有温度异常的，可以排除一些故障，然后用万用表测量并排除故障。

七、结论与心得
1、 总结设计电路的特点和方案的优缺点，
在设计电路时，要考虑到很多因素，首先要实现既定的任务，一切的电路和元件，都是为了实验任务服务的。
然而需要指出的是：要尽量使用一些平时常用的一些电路元件，本着严谨而简单的原则来设计电路。
然而在一开始设计电路时并没有注意到这些，在后来的课程设计中老师指出了这一点。

2、 收获、体会
在这两个星期里我每天都过的很充实，显示设计电路图，边参考文献，边自己思考，然后学习protel，等制完图就开始焊接电路板了，从打印，转印到腐蚀；从打孔刷松香，焊接到调试，我们享受着动手设计的快乐充实与
一 。温故而知新。课程设计开始的时候，思绪全无，举步维艰，对于理论知识学习不够扎实的我深感“书到用时方恨少”，便重拾教材与实验手册，对知识系统而全面进行了梳理，遇到难处先是独立思考再向同学请教，终于熟练掌握了基本理论知识，而且领悟诸多平时学习难以理解掌握的较难知识，学会了如何思考的思维方式，找到了设计的灵感。

二。思路即出路。当初没有思路，在对理论知识梳理掌握之后，茅塞顿开。认真思考问题终会解决

三。实践出真知。时至今日，课程设计基本告成，才切身领悟“实践是检验真理的唯一标准”，才明晓实践出真知。因为在教材上，停车场计数器不过是由计数器和译码显码器组合而成，便不以为然搭建电路图，结果电路出现诸多问题，譬如短路开路，电路中引脚悬空即为低电平，现实中引脚悬空呈现大电阻特性即高电平，不为则不知，无为则无知，实践出真知。其实在调试时才是真正的体会到了挫败感，本以为电路图设计好了，等着焊接就可以了。等焊接完了，一接通电源，才知道没那么简单！什么都不是。埋头两个星期，到头来什么都不是。

四、这次体会最深的是团队精神，我们大家分工合作，使设计进行的特别顺利。有负责设计电路的，有负责protel制图的。有负责焊接的，有负责调试的。我们彼此协助彼此信任彼此鼓励使得此次设计获得了很多我们以前不知道的知识和经验。最后在老师的协助下完成了这次课程设计。

八、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
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