數(shù)字式紅外測(cè)速儀課程設(shè)計(jì)

1、課程設(shè)計(jì)電氣與信息工程學(xué)院 學(xué)院 自動(dòng)化 專業(yè)題目： 數(shù)字式紅外測(cè)速儀 姓名： 王成龍 學(xué)號(hào)： 092411237 指導(dǎo)教師： 趙紅梅 徐安峰 周焱 時(shí)間： 2013 年 6 月 24 日 2013年6 月26日數(shù)字式紅外測(cè)速儀一、設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)與要求1、用紅外發(fā)光二極管、光敏三極管作為速度轉(zhuǎn)換裝置。2、測(cè)速范圍：10 990轉(zhuǎn)/分。3、三位數(shù)字顯示，顯示不允許閃爍。二、設(shè)計(jì)目的和要求1、設(shè)計(jì)目的 本課程設(shè)計(jì)是在前導(dǎo)性驗(yàn)證性認(rèn)知實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，進(jìn)行更高層次的命題設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，要求學(xué)生在教師指導(dǎo)下獨(dú)立查閱資料、設(shè)計(jì)、安裝和調(diào)試特定功能的電子電路。培養(yǎng)學(xué)生利用模擬、數(shù)字電路知識(shí)，解決電子線路中常見(jiàn)實(shí)際問(wèn)題的

2、能力，使學(xué)生積累實(shí)際電子制作經(jīng)驗(yàn)，目的在于鞏固基礎(chǔ)、注重設(shè)計(jì)、培養(yǎng)技能、追求創(chuàng)新、走向?qū)嵱谩?、設(shè)計(jì)要求1.以電子技術(shù)基礎(chǔ)的基本理論為指導(dǎo)，將設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)分為基礎(chǔ)型和系統(tǒng)型兩個(gè)層次，基礎(chǔ)型指基本單元電路設(shè)計(jì)與調(diào)試，系統(tǒng)型指若干個(gè)模擬、數(shù)字基本單元電路組成并完成特定功能的電子電路的設(shè)計(jì)、調(diào)試；2.熟悉常用電子儀器操作使用和測(cè)試方法；3.學(xué)習(xí)計(jì)算機(jī)軟件輔助電路設(shè)計(jì)方法，能熟練應(yīng)用電子線路CAD進(jìn)行電路設(shè)計(jì)和印刷電路板的設(shè)計(jì)制作；4.學(xué)習(xí)電子系統(tǒng)電路的安裝調(diào)試技術(shù)；5.拓展電子電路的應(yīng)用領(lǐng)域，能設(shè)計(jì)、制作出滿足一定性能指標(biāo)或特定功能的電子電路設(shè)計(jì)任務(wù)。三、實(shí)驗(yàn)原理構(gòu)思 1、轉(zhuǎn)速概念 轉(zhuǎn)速是旋轉(zhuǎn)物體的轉(zhuǎn)數(shù)

3、與時(shí)間之比的物理量,是描述各種旋轉(zhuǎn)機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)技術(shù)性能的一個(gè)重要參量。轉(zhuǎn)速和頻率有共同的量綱,都是單位時(shí)間內(nèi)某一量值(脈沖個(gè)數(shù)、轉(zhuǎn)數(shù)) 出現(xiàn)的次數(shù),從理論上講,轉(zhuǎn)速值可以直接和頻率值進(jìn)行比對(duì)。測(cè)時(shí)計(jì)數(shù)是轉(zhuǎn)速計(jì)量的基本方法。 測(cè)定一定單位時(shí)間內(nèi)旋轉(zhuǎn)物體轉(zhuǎn)過(guò)的圈數(shù)即頻率，可等價(jià)為所測(cè)旋轉(zhuǎn)物體此時(shí)的轉(zhuǎn)速。即 轉(zhuǎn)速n=脈沖頻率f*60 2、光電式紅外測(cè)速儀 a. 采用轉(zhuǎn)速標(biāo)準(zhǔn)裝置,將定向反射紙貼于裝置的測(cè)速盤上,由轉(zhuǎn)速標(biāo)準(zhǔn)裝置通過(guò)測(cè)速盤輸出標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)速,進(jìn)行檢測(cè)。 采用脈沖光源測(cè) b. 速裝置來(lái)檢測(cè)光電式轉(zhuǎn)速表。這類檢測(cè)設(shè)備通常由頻率信號(hào)發(fā)生器、 頻率計(jì)數(shù)器及一個(gè)發(fā)光二極管組成。 兩種檢測(cè)裝置的工作原理有本質(zhì)

4、的差別。脈沖光源測(cè)速裝置能否做為標(biāo)準(zhǔn),在轉(zhuǎn)速界爭(zhēng)議較大。本課程設(shè)計(jì)即可采用紅外發(fā)光二極管和光敏三極管作為速度轉(zhuǎn)換裝置來(lái)測(cè)取旋轉(zhuǎn)物體轉(zhuǎn)速?？蓪⒓t外發(fā)光二極管固定于旋轉(zhuǎn)物體（假設(shè)為汽車車輪）定軸上，在轉(zhuǎn)軸上安裝一遮光板，在遮光板上可打一個(gè)小孔，在轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，當(dāng)發(fā)光二極管、小孔、光敏三極管在一條軸線上時(shí)小洞才有紅外光通過(guò)，其他時(shí)間則由于擋板作用，沒(méi)有光通過(guò)。光敏電阻接收紅外光后轉(zhuǎn)化為一個(gè)脈沖，產(chǎn)生一個(gè)脈沖則說(shuō)明轉(zhuǎn)一圈。這樣只需要測(cè)量一分鐘內(nèi)光敏三極管輸出脈沖個(gè)數(shù)，就可以知道車輪的轉(zhuǎn)速了。 四、設(shè)計(jì)方案構(gòu)思1、方案一計(jì)數(shù)器LED顯示光電轉(zhuǎn)換裝置譯碼轉(zhuǎn)換被測(cè)旋轉(zhuǎn)物體圖-1 方案一流程圖2方案二555模擬

5、電平輸出計(jì)數(shù)器60s時(shí)鐘電路LED顯示譯碼轉(zhuǎn)換圖-2 方案二流程圖 方案二加入了60s時(shí)鐘電路，同時(shí)具備了時(shí)鐘計(jì)數(shù)功能，每60s自動(dòng)清零，停止計(jì)數(shù)，三位數(shù)碼顯示管示數(shù)即為所測(cè)旋轉(zhuǎn)物體轉(zhuǎn)速。所以本課程設(shè)計(jì)采用方案二進(jìn)行設(shè)計(jì)。五、設(shè)計(jì)原理及步驟1、數(shù)字式紅外測(cè)速儀原理框圖555模擬電平輸出計(jì)數(shù)器60s時(shí)鐘電路LED顯示譯碼轉(zhuǎn)換圖-3 數(shù)字式紅外測(cè)速儀原理框圖 2、光電轉(zhuǎn)換模擬電路圖-4 光電轉(zhuǎn)換電路模擬圖用555定時(shí)器模擬產(chǎn)生紅外線的高電平輸出信號(hào)。通過(guò)改變滑動(dòng)變阻器的阻值來(lái)實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速的變化。3、輸出脈沖模擬計(jì)數(shù)可用控制開關(guān)來(lái)手動(dòng)模擬小洞轉(zhuǎn)過(guò)一圈時(shí)輸出一脈沖并計(jì)數(shù)情景，如下圖 上面顯示管示數(shù)為2，下

6、面顯示管示數(shù)為3。圖-5 輸出脈沖模擬計(jì)數(shù)工作原理簡(jiǎn)述：原先顯示譯碼器示數(shù)為2，合上開關(guān)A時(shí)輸出一脈沖信號(hào)給計(jì)數(shù)器，斷開時(shí)則顯示譯碼器示數(shù)為3，即為一次脈沖一次計(jì)數(shù)。如果用手動(dòng)來(lái)合上斷開開關(guān)并計(jì)時(shí)，而且需要計(jì)數(shù)一分鐘在操作中很難實(shí)現(xiàn)，因此出現(xiàn)問(wèn)題。4、脈沖計(jì)數(shù)問(wèn)題解決可用555定時(shí)器產(chǎn)生1HZ即1s脈沖信號(hào)接入計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)器采用2個(gè)十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS160D實(shí)現(xiàn)2位計(jì)數(shù),當(dāng)計(jì)數(shù)到60，停止計(jì)數(shù)，實(shí)現(xiàn)一分鐘定時(shí)功能。5、1s脈沖發(fā)生器電路-555定時(shí)器該555定時(shí)器產(chǎn)生1s時(shí)鐘脈沖，用于下面計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)。圖-6 1s脈沖發(fā)生器電路-555定時(shí)器6、六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器 定時(shí)計(jì)數(shù)電路圖-7 60

7、s定時(shí)計(jì)數(shù)電路用555定時(shí)器輸出1HZ（1s）脈沖信號(hào)接入計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)器采用2個(gè)十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS160D組成60進(jìn)制計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)2位計(jì)數(shù),當(dāng)計(jì)數(shù)到60，即停止計(jì)數(shù)。7、譯碼顯示電路圖-8 三位譯碼顯示電路圖采用了3片十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS160D，可對(duì)輸入脈沖信號(hào)進(jìn)行計(jì)數(shù)，輸出結(jié)果即為所測(cè)轉(zhuǎn)速。而且計(jì)數(shù)至990時(shí)自動(dòng)清零，即實(shí)現(xiàn)了測(cè)速范圍 （10990轉(zhuǎn)/分）。當(dāng)計(jì)數(shù)為990時(shí)，給出低電平將三片74LS160D全部清零，以等待下一個(gè)脈沖信號(hào)重新計(jì)數(shù)。六、數(shù)字式紅外測(cè)速儀總電路圖圖-9 數(shù)字式紅外測(cè)速儀總電路圖總電路圖在實(shí)際仿真中對(duì)原先電路圖進(jìn)行了一些改進(jìn)，可自動(dòng)實(shí)現(xiàn)一分鐘計(jì)數(shù)功能，而原

8、先總電路還需手動(dòng)給脈沖信號(hào)，人工計(jì)時(shí)，故減少了工作量。七、所用器件紅外發(fā)光二極管、滑動(dòng)變阻器、施密特觸發(fā)器一片555定時(shí)器兩片74LS78N一片1K電阻、開關(guān)、與非、非門、與非門若干，74LS160D計(jì)數(shù)器五片、DCD -HEX型數(shù)碼顯示管各五片，電源若干。八、設(shè)計(jì)總結(jié)1、該電路最大的優(yōu)點(diǎn)是運(yùn)用74LS160，相比其他計(jì)數(shù)器速度快一些，而且也提高計(jì)數(shù)準(zhǔn)確度；紅外管的靈敏度高，從而減少了測(cè)試結(jié)果的誤差；它是一種非接觸型的測(cè)試器，使用安全，方便。整個(gè)電路主要以數(shù)字電路為主，因此相對(duì)模擬電路來(lái)說(shuō)誤差還是小很多。2. 在做定時(shí)模塊電路時(shí)，555多諧振蕩器，電阻的調(diào)節(jié)，電容的匹配，在計(jì)算及調(diào)試上存在困難

9、，通過(guò)多次模擬仿真。3. 在做數(shù)碼顯示模塊時(shí)，數(shù)碼顯示不穩(wěn)定問(wèn)題，連續(xù)閃爍。通過(guò)添加74LS273D鎖存器，從而順利解決這個(gè)問(wèn)題。在鎖存器清零脈沖的選擇上與計(jì)數(shù)器清零基本一致。4. 在做整體電路設(shè)計(jì)時(shí)，由于電路系統(tǒng)較大，只能采用分頁(yè)顯示。分頁(yè)顯示時(shí)又遇到兩頁(yè)之間連接問(wèn)題，通過(guò)鍵入分頁(yè)偏置器，解決這個(gè)問(wèn)題九、設(shè)計(jì)心得體會(huì)通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)，使我對(duì)紅外測(cè)速儀的基本原理有了初步的認(rèn)識(shí)，同時(shí)也掌握了電子線路設(shè)計(jì)的基本思想和方法?？筛鶕?jù)設(shè)計(jì)目的和用途確定電路方案，再畫出原理圖選擇所需元器件，然后按原理圖上的結(jié)構(gòu)連接電路中的導(dǎo)線，在連接中并調(diào)試。使我充分的發(fā)揮了自己的想像力，知道而進(jìn)，不斷進(jìn)取，只有這樣才能獲得成功。另外在接線時(shí)一定要認(rèn)真，仔細(xì)，耐心，且一步一步地檢查分析，避免犯錯(cuò)誤。總之通過(guò)這次課設(shè)使我受益匪淺，同時(shí)要感謝老師的指導(dǎo)和幫助。更重要的是，只有在做實(shí)驗(yàn)的時(shí)候才會(huì)見(jiàn)到一些元器件，缺乏動(dòng)手能力，這次設(shè)計(jì)，使我基本學(xué)會(huì)了仿真軟件的使用， 堅(jiān)強(qiáng)了對(duì)一些基本元器件的認(rèn)識(shí)，加深了對(duì)它們各自功能的理解，從而理論與實(shí)踐相結(jié)合統(tǒng)一，為以后的學(xué)習(xí)夯實(shí)了基礎(chǔ)！總之，這次