期间，定时器输出
为高电平１。
时刻，
上升到
，比较器
的输出由１变为０，这时
，
，
触发器复０，定时器输出
。
期间，
，放电三极管Ｔ导通，电容Ｃ通过
放电。
按指数规律下降，当
时比较器
输出由０变为１，Ｒ－Ｓ触发器的
，Ｑ的状态不变，
的状态仍为低电平。
时刻，
下降到
，比较器
输出由1变为0，R---S触发器的
1，
0，触发器处于1，定时器输出
。
此时电源再次向电容C放电，重复上述过程。
门控脉冲电路的公式推导与波形分析
由555定时器构成的多谐振荡器的周期公式为：
可见门控脉冲电路的门控周期由电阻
决定，调节相应的精密可调电位器可以调节门控周期。
555定时器的部分端子波形图如下：
门控脉冲电路的参数计算
设计参考自行车的基本数据：
自行车车轮周长：
210cm，自行车辐条数：
30根。
于是相邻两根辐条的距离为7cm。
按照要求，速度计设计的精度为0.1km/h,即为0.0278m/s。
为方便电路设计，红外传感器每探测到一根自行车辐条计数为0.1km/h与0.0278m/s，于是门控电路的周期应为
又根据555多谐振荡器的周期公式
取电容的大小为50µF，为尽可能增大占空比，取
=10Ω,于是
。
但是为了测试不同自行车的速度，门控电路提供的门控周期应该可调，于是
应为最大值为100kΩ的可变电阻。
5.2红外传感器与整形电路
红外传感器的工作原理：
红外传感电路的主要是由红外传感器构成，红外传感器装在自行车的车轮上，当有车轮的辐条通过红外传感器，红外传感器就会发出一个脉冲波形。
整形电路是由一片施密特触发器CD40106构成，施密特触发器能够把各种波形整成整成标准方波。
整形前后波形如下：
5.3记数电路
记数电路由一片三位十进制CD4553构成，清零信号与锁存信号由门控脉冲电路提供，在清零信号前加装了一个延时装置。
延时装置如图所示：
延时装置延时前后波形图如图所示：
记数电路的时钟由红外传感器提供，红外传感器发出的脉冲信号经过整形电路整形后作为记数电路的时钟。
记数电路的清零信号和锁存信号由门控脉冲电路提供，其中清零信号要经过延时电路延时后才能接清零端。
CD4553部振荡器的外界电容端子所接的电容大小为1000pF。
5.4译码与显示电路
译码电路由CD4511构成，显示电路由三位七段数码管LG3631AH构成。
位选信号前的三极管型号为9012型。
CD4511的七段数码管信号输出端的电阻值为300Ω，三极管的基极电阻为1kΩ。
数码管的小数点信号控制端接CD4553的一号扫描信号输出端。
六、系统的调试
6.1调试顺序说明
根据系统信号的传输方向，按照从上游到下游的原则进行调试，即调试顺序为：
门控脉冲电路，记数电路，驱动电路，显示电路，最后调试脉冲整形电路。
这样的调试有利于尽量减小模块间的相互影响，使得上一摸块出现的问题得到与时有效的解决，不影响下一摸块的功能的调试，有利于调试工作与时有效的完成。
6.2调试步骤的具体说明
按照既定调试步骤，我们首先对照电路图进行了连线，在连线后进行了耐心细致的检查，确定连线没有问题后，我们便开始了调试工作。
我们首先进行了门控脉冲电路的调试，但是一开始，我们发现555定时器的输出管脚不能输出稳定波形，而且其他可测试波形也没有稳定波形产生。
经过对门控电路每一个元器件的认真检查，我发现精密可调电位器是坏的，无论怎么调整，电阻值总是为零。
更换精密可调电位器后，经过在一次测试，输出端就输出了稳定的波形。
接着我对计数器与门控电路进行了联合测试，以数字电路箱的数码管作为输出显示端，发现数码管显示的是乱码，并不断变换。
经过分析，我们认为是CD4553输出端是扫描输出，不能用单独的数码管显示。
于是，我们加入了驱动译码电路和显示电路，对除了光电传感器外的其他电路进行联合调试。
但是显示结果仍然是乱码。
后来经过对电路参数的逐一测试，我们发现数码显示管的扫描输入端的电位与理论值不一致。
经过认真检查，我们发现是由于三极管的型号不对，于是我们更换了三极管的型号，经过再一次联合测试，数码管便能正常显示记数结果了。
经过对数码管的记数结果的认真观察，我们发现显示结果和理论值不太一样。
经过认真分析，我发现是由于清零信号与锁存信号同步造成的。
于是我在清零信号前加装了一个延时电路，于是实验电路部分便实现了正常的清零与锁存。
最后我们又把光电传感电路加入联合测试，结果正确。
没有问题。
结果显示风扇的时速为15.1km/h。
6.3实验结果与相关波形
经过一段时间的测试，实验终于获得了成功。
结果对各种波形均能实现记数、锁存与显示，结果正确合理。
如图所示：
对于各种模块的单独测试，相关波形测试结果如下：
脉冲整形电路波形前后对比如下：
门控脉冲电路波形图如下：
6.4误差计算与误差分析
本实验的误差主要来源于两个方面，一个是由于门控信号周期不稳定，一个是光电传感器的毛刺。
减小误差的方法有：
用标准脉冲对门控电路的脉冲周期进行校正。
即在电路的信号输入端接入1000Hz的标准脉冲，此时数码管显示的数据除以100就是门控脉冲的周期，把周期与理论值比较，并调节精密可调电位器，直到数码管显示的周期与理论周期一致为止。
对光电传感器发出的信号进行脉冲整形，可有效消除毛刺，能够减小电路的误差。
用设计电路与标准速度计的测量结果进行同时测量，比较测量结果并调整电路参数，直到其测量值与标准速度计一致为止。
通过以上三种方法能够有效地减小误差。
七、附录
7.1系统电路的工作原理图
7.2元器件识别方法和检测方法
芯片的识别方法和检测方法
相对于其他元件，芯片的识别和检测相对简单，芯片表面有明显的型号标示，可以用来识别信号。
而芯片的检测实验室也有专门的仪器，可以直接借助专用的仪器来检测芯片的好坏。
电阻的识别方法与检测方法
电阻的标示一般都是色环标示法。
色环标示主要应用圆柱型的电阻器上，如：
碳膜电阻、金属膜电阻、金属氧化膜电阻、保险丝电阻、绕线电阻。
主要分两部分。
第一部分的每一条色环都是等距，自成一组，容易和第二部分的色环区分。
四个色环电阻的识别：
第一、二环分别代表两位有效数的阻值；第三环代表倍率；第四环代表误差。
五个色环电阻的识别：
第一、二、三环分别代表三位有效数的阻值；第四环代表倍率；第五环代表误差。
如果第五条色环为黑色，一般用来表示为绕线电阻器，第五条色环如为白色，一般用来表示为保险丝电阻器。
如果电阻体只有中间一条黑色的色环，则代表此电阻为零欧姆电阻。
色环颜色和相应的数值对照表如下。
银
金
黑
棕
红
橙
黄
绿
蓝
紫
灰
白
无
有效数字
—
—
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
—
数量级
10^-2
10^-1
10^0
10^1
10^2
10^3
10^4
10^5
10^6
10^7
10^8
10^9
—
电阻的检测相对简单，直接用万用表测电阻的阻值并与电阻上的色环标示值比较就可以检验电阻的好坏。
电容的识别方法与检测方法
电容器的标注规则为：
当电容器的容量大于100pF而又小于1mF时，一般不注单位，没有小数点的，其单位是pF时，有小数点的其单位是mF。
如4700就是4700pF，0.22就是0.22mF。
当电容量大于是10000pF时，可用mF为单位，当电容小于10000pF时用pF为单位。
据此根据电容器表面的标注可以识别电容器的大小。
电容器的检测方法如下：
1.用万用电表的欧姆档（R×10k或R×1k档，视电容器的容量而定），当两表笔分别接触容器的两根引线时，表针首先朝顺时针方向（向右）摆动，然后又慢慢地向左回归至∞位置的附近，此过程为电容器的充电过程。
2.当表针静止时所指的电阻值就是该电容器的漏电电阻（R）。
在测量中如表针距无穷大较远，表明电容器漏电严重，不能使用。
有的电容器在测漏电电阻时，表针退回到无穷大位置时，又顺时针摆动，这表明电容器漏电更严重。
一般要求漏电电阻R≥500k，否则不能使用。
三极管的识别方法与检测方法
对于三极管的识别，三极管表面有明显的型号标示，可以根据标示的型号判断三极管的类型。
三极管的检测也可以运用万用表的三极管测量功能来进行检测。
7.3芯片管脚图与功能表
施密特触发器CD40106的管脚图与功能表
管脚号
功能
14号
电源管脚
7号
接地管脚
1,3,5,13,11,9号
输入管脚
2,4,6,12,10,8号
输出管脚
三5定时器NE555的管脚图与功能表
管脚号
功能
8号
电源管脚
1号
接地管脚
2号
触发信号管脚
3号
输出管脚
4号
复位信号管脚
5号
控制电压管脚
6号
门限管脚
7号
放电管脚
三位十进制计数器CD4553的管脚图与功能表
管脚号
功能
16号
电源管脚
8号
接地管脚
5,6,7,9号
信号输出管脚
1,2,15号
扫描信号输出管脚
12号
记数脉冲输入端
3,4号
部振荡器的外界电容端子
10号
清零信号接入端
13号
锁存信号接入端
11号
使能端
14号
控制端
译码器CD4511的管脚图与功能表
管脚号
功能
16号
电源管脚
8号
接地管脚
14号
G段信号输出
11号
C段信号输出
10号
D段信号输出
13号
A段信号输出
15号
F段信号输出
12号
B段信号输出
9号
E段信号输出
1，2，6，7号
信号输入端
3号
测试信号
4号
空白输入控制端
5号
数据栓锁致能控制端
七段数码显示管LG3631AH管脚图和功能表
管脚号
功能
5号
G段信号输入
4号
C段信号输入
2号
D段信号输入
11号
A段信号输入
10号
F段信号输入
7号
B段信号输入
1号
E段信号输入
8,9,12号
位选信号输入端
3号
小数点控制端
非门74LS04管脚图与功能表
管脚号
功能
14号
电源管脚
7号
接地管脚
1,3,5,13,11,9号
输入管脚
2,4,6,12,10,8号
输出管脚
7.4电路的相关波形图
根据电路仿真结果，对电路的各部分输出信号进行观察，得出电路的相关波形图如下：
555定时器的部分端子波形图
脉冲整形电路整形前后波形图对比情况
记数电路的信号输出端波形
译码电路输出端信号
记数结果
7.5电路所用元器件清单
在选定课设的题目以后，我们通过不断地思索与查找资料，选定了如前所述的实验方案，而后拟定了下表所示的元器件清单：
原件名称
规格与数量
电阻
10Ω×1,300Ω×7,1kΩ×4
可变电阻
1MΩ×1
电容
5µF×1，0.01µF×1,1000pF
NE555
1片
CD40106
1片
CD4553
1片
CD4511
1片
74LS04
1片
三位七段数码管LG3631AH
1片
红外传感器
1片
5V电源
一组
9012三极管
3
7.6参考资料
［1］清华大学电子学教研组编，高等教育，《模拟电子技术基础（第四版）》
［2］清华大学电子学教研组编，高等教育，《电子设计从零开始》
［3］清华大学电子学教研组编，高等教育，《数字电子技术基础（第五版）》
［4］邱关源主编，高等教育，《电路（第四版）》
［5］梁廷贵主编，科学技术文献，《现代集成电路使用手册》
［6］中良主编，国防工业，《数字电路的仿真与验证》
［7］许小军主编，东南大学，《电子技术实验与课程设计指导》
［8］余凯主编，电子工业，《常用集成电路使用手册》
八、收获和体会
这次试验经过我和我的同伴历时两个星期的努力之后才完成验收。
有过整个下午到晚上的时间的漫长试验的经历，仿真用了整个周末，酸甜苦辣都尝过不少有不少的心得体会。
我们对数字电路的实现过程有了进一步的认识，对数字电子的设计有了一个尝试。
培养了我们的动手能力，动手实验能提高我们对科学知识的兴趣，同时加深我们对科学知识的认知。
培养了我们吃苦耐劳，认真思考的习惯
实验过程中，我们对数字电路设计的一般过程有了一个整体的认识，体会到了前期准备工作的重要性。
只有每一个环节都认真准备，每个环节都认真对待，不出问题，最后才能得出实验结果。
相反，如果不重视准备工作，只想最后的实验结果，那么最后实验不出结果时再反过来查找问题是将非常非常困难的。
实验更需要与同伴的密切合作，由于本实验是分组实验，需要组员之间密切合作，取长补短，分工负责。
在实验的过程中，我的同组伙伴余威给了我很大的帮助。
我们两个各有优缺点，我的基础知识比较扎实，擅长电路的设计与仿真，余威的电路设计经验丰富，擅长电路的实际连接与调试。
在实验的过程中，我们密切合作，有了问题相互商量着解决，共同解决实验过程中不断遇到的困难。
在实验开始仿真时，我们首先面对的困难是我们安装的仿真软件的元件库里没有三位十进制计数器CD4553，经过查阅资料，仍然没有发现能够替代CD4553的三位十进制计数器，于是我们决定用三片一位十进制计数器74LS160代替CD4553的记数功能，用三片集成D触发器代替CD4553的锁存功能，顺利完成了实验仿真。
完成仿真后，我们有查阅了相关芯片资料，手绘完成了实物连线用的电路图。
按照电路图完成连线后，我们发现不能出现理论上的结果，我们有一起检查电路，不断发现电路中存在的问题，并逐个解决问题，最后终于得出了实验结果。
实验的过程有很多的坎坷曲折，但是伴随而来的成功的喜悦总是难以磨灭的，经过了几个星期长时间的枯燥的实验，使得我更能沉下心来应对未来的困苦。
实验过程中要根据自己的知识，对实验现象的解释，我们要不断得提出自己的见解和方案，提高了我们的思考能力。
电子设计实验是一们锻炼学生综合能力特别是动手能力的课程。
在这次实验中，我们体会到，只有准备工作扎实充分，认真思考，勤于动手，在实验中不断发现问题，解决问题，才能少走弯路，快速的完成实验任务，得到实验结果。
对我们的生活有无穷的启示，比如实验仿真阶段，我们学会了用有限的资源做灵活变通借用。
在实验过程中，我们发现，牢固的接线基础，分步测量组装，清晰的调理，对于实验的顺利展开有非常显而易见的关系。
这些对于我们处理问题，有很大的启示。
在这我要衷心感我的指导老师老师，感她对我的帮助。
苗老师对事情的尽职尽责，对学生的理解与关怀，在我心中留下深刻的印象。
感余威同学与我紧密的合作和支持。
在实验中，虽然我们工作各有侧重，但我们几乎每天都在一起研究相关资料与文献、讨论实验方案。
余威的踏实肯干给我留下了深刻的印象，也值得我在日后的工作中学习。
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