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1、 2012 2013 学年 第 一 学期 专业综合设计 题 目： 手动式公交报站电路的设计 专 业： 电气通信工程 班 级： 09通信一班 姓 名： 严晓东 濮磊 郑健 郑汉宇 指导教师： 吴慧 电气工程系 2012 年 11月2日44 任务书课题名称手动式公交报站电路的设计指导教师（职称）吴慧 执行时间2012 2013学年第 一学期 第 9 周学生姓名学号承担任务郑汉宇0909131082前期资料的查询严晓东0909131071逻辑电路的设计郑健0909131083电路的仿真濮磊0909131041后期的整理设计目的公共汽车为广大乘客出行提供了很大的方便，它在现代高科技生活中扮演着重要的角
2、色。本次设计的是手动式公共汽车报站显示电路，它的主体电路是用CMOS集成芯片来实现的。利用红色发光二极管来模拟公交路线的站数，数码管模拟语音信号。实现了较简单的逻辑功能。重点是通过本次设计过程，了解和掌握逻辑电路的设计、分析。设计要求1.用发光二极管来指示公交车的站台，站台书为十个。2.七段显示译码器的0-9来模拟公交车的十个报站语音信息。3.具有往返显示和报站的功能。4.具有显示和报站手动复位和置位的功能。 摘 要本文设计了手动式公共汽车报站显示电路。它的主体电路由周期秒脉冲电路、单稳态触发电路、十进制分频电路和译码驱动电路组成。通过对秒脉冲产生电路的分析，采用施密特触发器构成的多谐震荡器产
3、生秒脉冲。单稳态触发电路使用了两片74LS00芯片、一个电阻和一个电容。译码驱动显示电路使用了CD4510、CD4511和七段共阴数码管来实现。本电路具有公共汽车到站显示功能。通过对所设计的手动式公共汽车报站显示电路进行实验测试，最终实现整体电路的所有功能。该电路具有成本低、性能稳定等诸多优点。手动式公共汽车报站显示电路为乘客正确上下车占据重要地位，因为它们发出的信号显示汽车到站情况，对乘客正确到站上下车提供帮助。关键字数字集成电路 手动式公共汽车报站显示 周期秒脉冲电路 单稳态触发电路 十进制分频电路 译码驱动显示电路 目 录引 言6第一章系统概述71.1设计意义71.2设计指标71.3总体
4、设计方案71.3.1 设计思想71.3.2 总体电路结构框图81.3.3 方案的论证与比较8第二章 单元电路的设计92.1 秒脉冲电路的设计92.1.1 芯片介绍92.1.2 秒脉冲电路的工作原理及功能92.1.3 参数计算及器件的选择102.2 单稳态触发电路的设计112.2.1 芯片介绍112.2.2 单稳态触发电路的原理及功能122.3 十进制计数电路的设计122.3.1 芯片的介绍122.3.2 十进制计数电路的工作原理及功能132.4 译码与显示驱动电路的设计132.4.1 芯片的介绍132.4.2 数码管结构132.4.3译码与显示驱动电路的工作原理及功能172.5 手动式公共汽车
5、报站显示电路的总工作原理17第三章 电路的调试183.1 设计方案验证18结 论19参考文献20附录1 总的原理图21 引 言当今社会是数字化的社会，是数字集成电路广泛应用的社会。数字集成电路本身在不断地进行更新换代。它由早期的电子管、晶体管、小中规模集成电路、发展到超大规模集成电路(VLSIC，几万门以上)以及许多具有特定功能的专用集成电路。本次设计基本上采用的都是“数字集成电路”。在现代社会中，汽车已成为不可缺少的交通工具，不单单是一种代步工具，更是一种社会生活水平的象征。但是，汽车在带给我们快速、便捷的同时，也带来了大量的带来了大量的环境污染。据有关部门统计，大城市交通干道的NO2和CO
6、严重超过国家标准，汽车污染已成为主要的空气污染物，一些城市臭氧浓度严重超标，已具有发生光化学烟雾污染的潜在危险，所以选择公共汽车出行的重要性就体现出来了。通过本次设计，目的是理解以往所学的知识，掌握数字集成电路系统设计，增加集成电路应用知识，培养自己的实际动手能力以及分析解决问题的能力。手动式公共汽车报站显示电路为乘客正确上下车占据重要地位，因为它们发出的信号显示汽车到站情况，对乘客正确到站上下车提供帮助。 第一章 系统概述1.1 设计意义 如今的时代，万物日新月异，在汽车领域中，这种变化也同样存在。现在，汽车不仅仅是主要的交通工具之一，同时也是时尚和潮流的最好的体现。据有关部门统计，大城市交
7、通干道的NOx和CO严重超过国家标准，汽车污染已成为主要的空气污染物，一些城市臭氧浓度严重超标，已具有发生光化学烟雾污染的潜在危险，所以选择公共汽车出行的重要性就体现出来了。再者公交车上大多人源比较多，可能看不到窗外，因而乘客错下公交车的可能性就大大增加了。因此为了方便乘客，便发明了报站电路。公共汽车为广大乘客出行提供了很大的方便，它在现代高科技生活中扮演着重要的角色。本次设计的是手动式公共汽车报站显示电路，它的主体电路是用CMOS集成芯片来实现的。利用红色发光二极管来模拟公交路线的站数，数码管模拟语音信号。实现了较简单的逻辑功能。重点是通过本次设计过程，了解和掌握逻辑电路的设计、分析。1.2
8、 设计指标本设计是手动式公共汽车报站显示电路，公交线路有10个站(用发光二极管模拟)，用七段数码管模拟语音信号。当公交车到达第一站时，第一个发光二极管亮；当有乘客需要在这站上下车时，公交司机按下按键开关，数码管显示0，以此类推。1.3 总体设计方案CMOS电子技术是当前发展最快的学科之一。由于半导体技术的迅速发展，微型计算机的广泛应用，所以CMOS电子技术在现代科学技术领域中占很重要的地位，应用也更加广泛。如自动控制、计算机应用等。CMOS电路的设计过程和方法也在不断的发展和完善。此次设计的手动式公共汽车报站显示电路很大程度上是依据所学的数字电子技术的专业知识，其原理简单易懂。1.3.1 设计
9、思想根据以定的设计指标，用发光二极管来模拟公交路线的站数，用七段数码管模拟语音信号。当公交车到达第一站时，第一个发光二极管亮；当有乘客需要在这站上下车时，公交司机按下按键开关，数码管显示0，以此类推。1.3.2 总体电路结构框图根据以上设计分析与功能描述，可得出公共汽车报站显示电路的结构框图，如图1-1所示。整个电路可由秒脉冲产生电路、单稳态触发电路、十进制分频电路与显示驱动电路四个部分组成。秒脉冲产生电路单稳态触发电路译码显示驱动电路十进制计数电路 图1-1手动式公共汽车报站显示电路的结构框图1.3.3 方案的论证与比较本设计采用模块化的设计方式，从结构框图看电路有五个单元电路组成，每个单元
10、实际上都是独立的电路，有几个单元电路有很多种设计方案，面对这些方案，要通过各方面比较选出最合适的方案。1. 秒脉冲电路的选择方案一：由门电路构成的多谐振荡器。当电源电压波动时，会使振荡频率不稳定，容易受温度、电源电压及外界干扰的影响，因此频率稳定性较差。方案二：石英晶体多谐振荡器虽然可以得到频率稳定性极高的脉冲波形，但本次设计对脉冲信号的要求是1HZ左右即可，学校实验室现有的石英晶体基本为6MHZ和12MHZ，想要得到1HZ的频率还需通过大量的分频电路，会使电路显的十分复杂。方案三：由集成施密特触发器组成多谐振荡器。通过电容值和可调的电阻值来确定输出矩形波的频率值（通常为10HZ），并且集成施
11、密特触发器具有较好的性能，其正向阈值电压UT+和负向阈值电压UT-也很稳定，有很强的抗干扰能力，使用方便，电路简单可调。根据学校条件等各方面因素的分析，最终本设计采用方案三。2. 三进制计数器的选择方案一：由J-K触发器构成的三进制计数器。采用一片双JK触发器74LS76即可，此电路结构简单，成本低。方案二：由D触发器构成的三进制计数器。采用一片双D触发器74LS74以及74LS00、74LS04共同来实现，电路需要三个芯片（至少两片）。通过对方案一和方案二的比较，选择方案一进行计数器的设计。第二章 单元电路的设计2.1 秒脉冲电路的设计本设计采用集成施密特触发器CD4093组成多谐振荡器。多
12、谐振荡器是一种脉冲产生电路，它的特点是不需要外加输入信号，而使电路能够周而复始地振荡。因此，秒脉冲电路的设计大多采用多谐振荡器。多谐振荡器没有稳定状态，只有两个暂稳态，暂稳态时间的长短取决于定时元件的充放电时间，振荡周期是多谐振荡器的主要参数。多谐振荡电路必须接成正反馈。2.1.1 芯片介绍CD4093芯片管脚功能如图2-1所示，它具有4个双输入的施密特触发器电路，对于每个输入端都具有施密特触发器电路特性。当VDD=5V时，VT+=3.3V，VT- =1.8V。应当指出：不同的电源电压VDD，它的VT+和VT-的值是不一样的。图2-1CD4093内部管脚图2.1.2 秒脉冲电路的工作原理及功能
13、由施密特触发器组成多谐振荡器时，仅需要外接一个电阻和一个电容。本电路主要用于对精度要求不高的低频振荡源，下页图2-2所示，就是CD4093构成的自激多谐振荡器的电路组成原理图（a）、工作波形图(b)和实际电路组成图。 图2-2 施密特触发器组成的多谐振荡器和工作波形示意图(a)电路原理图(b)工作波形图 (c)实际电路组成示意图从图2-2（b）中看出，接通电源后，因电容C两端初始电压为零，所以输出u0为高电平，此时电流经电阻R向电容C充电，使uI上升，当uI上升到正向阈值电压VT+时，电路迅速翻转，输出u0为低电平，这样电容C经电阻R再向输出端放电，当uI下降到负向阈值电压VT-时，电路再次翻转7。这样，电容C如此周而复始地充电和放电，电路便产生了振荡，输出矩形波。其振荡频率可通过改变R和C的大小来调节。由于采用的是CMOS施密特触发器，而且UOH=VDD，UOL=0，则根据图2-2（b）的电压波形得到计算振荡周期的公式为： (2.1) 一般情况下，当VDD=5V时，取VT+=3.3V, VT-=1.8V
