自行车车速显示电路设计方案比较

曾劲飞 李威 蒲俊江 都帅

摘 要：本设计利用脉冲信号对自行车车轮转速信号进行采集 ，利用555多谐振荡器电路产生一个较高占空比的时钟信号，通过调整周期，使得方波周期中高电平的时间长度内，通过一根辐条恰好代表实际速度的0.1km/h。当车轮转动时，受磁钢的影响信号采集装置会输出脉冲信号，其频率和转速成正比。对十进制计数器74LS90和锁存器74LS273进行控制，并用74LS48进行译码将信号传输至七段数码管并显示自行车车速。根据要求，在误差允许的范围内，该电路可以测出自行车车速且自行车车速表的精度能够达到1km/h。在超速情况下报警提醒。

关键词：555多谐振荡器，74LS90，74LS273，74LS48

1前言

自行车被发明及使用到现在已有两百多年的历史，这两百年间人类在不断的尝试与研发过程中，从玩具式的木马车到今日各式的新颖休闲运动自行车，自行车发展的目的也从最早的交通代步的出行方式转换成休闲娱乐运动的工具。随着居民生活水平的不断提高，自行车不再仅仅是普通的运输、代步的交通工具，更是成为人们娱乐、休闲、锻炼的首选。因此，自行车需要更强大的功能，能给人们带来更多的方便。自行车车速表作为自行车的一大辅助工具也正是随着这个要求而迅速发展的。驾驶装有自行车车速表的自行车，你就能掌握骑车速度。特别对于自行车运动员来说，随时能够获悉自行车的车速，掌握快慢节奏，是运动员训练的关键。

1.1 设计背景

电子课程设计是模拟电子技术与电子技术基础数字部分课程运用于实际的重要体现，是理论联系实际的重要步骤。电子课程设计帮助学生更加深刻的理解课堂所学的知识内容。通过对仿真软件的学习和运用对今后的学习工作都有积极作用。自行车车速测试电路的设计不论从实际内容还是难度都满足本次课程设计要求。

1.2 设计目标

本设计利用脉冲信号对自行车车轮转速信号进行采集模拟，利用555多谐振荡器电路产生周期脉冲信号对十进制计数器74LS90进行控制，寄存在74LS273锁存器，并用74LS48进行译码将信号传输至七段数码管显示自行车车速，并在超速时报警提醒。

1.3 实施计划

通过查阅相关书籍，制定初步的设计方案。根据方案进一步查找电路模块需要的电子元件的详细使用方法。然后对各个模块进行仿真与测试，最终进行整体电路的仿真与调试。

1.4 必備条件

数字电子技术理论基础、模拟电子技术理论基础、仿真软件protues的使用。

2总体方案设计

通过查阅大量相关技术资料，并结合自己的实际知识，我主要提出了三种技术方案来实现系统功能。下面我将首先对这三种方案的组成框图和实现原理分别进行说明，并分析比较它们的特点，然后阐述我最终选择方案的原因。

2.1 方案比较

通过查阅资料设计出以下两种方案。

2.1.1方案一

方案一原理框图如图2-1所示。

此方案利用脉冲信号对车速的模拟，用到555定时器，74LS90，74LS273，74LS48，七段数码管等实现车速的显示以及超速报警的提醒。周期脉冲电路产生一个较高占空比的时钟信号，通过调整周期，使得方波周期中高电平的时间长度内，通过一根辐条恰好代表实际速度的0.1km/h。当车轮转动时，受磁钢的影响信号采集装置会输出脉冲信号其频率和转速成正比。受方波周期信号控制，计数器计数后，将数据输送给译码器，计数器清零，然后译码器讲数据传至七段数码管显示。如车速超过一定值报警电路提示。

2.1.2方案二

方案二原理框图如图2-2所示。

此方案由霍尔传感器模拟电路，555多谐振荡电路，计数延时电路，七段数码管，电源电路模块等组成。计数电路采用了延时电路，延时电路部分利用了电容和施密特触发器组合的方式来进行延时。

2.2 方案论证

方案一具有较强的可行性，且功能模块较多比较符合现实使用要求。其中的各部分电路设计基本符合数字电子技术的课程学习内容，操作起来更方便。方案二功能比较单一，且由于74LS90自带异步清零功能，所以设计的延时电路不再需要。延时电路的设计出现部分问题，可操作性不强。并且霍尔元件在仿真测试中并不容易实现。

2.3 方案选择

由于本次课程设计是基于数字电子技术和模拟电子技术的基础，方案一涉及电路都是数字电子技术课程要求重点掌握的知识，且方案一功能模块更多，更符合实际使用要求，故选用方案一作为设计方案。

参考文献：

[1] 555时基电路识图 孙余凯等编著.北京：电子工业出版社，2007.1 ：50-57

[2] 冯乙引. 自行车速度表电路[J]. 集成电路应用， 2000， 000（005）：46-47

[3]电子电路设计与制作 梅开乡、梅军进主编.北京：北京理工大学出版社，2010.1：129-131

[4]全国大学生电子设计与制作技能实训 来清民编著.北京：中国电力出版社，2015.6

[5]电子线路设计指导 李银华等编著.北京：北京航空航天大学出版社，2005.6：97-98

[6]电工电子技术 林红、张鄂亮、周鑫霞主编.北京：清华大学出版社，2010.1