數(shù)字式紅外線測速儀

PAGEword文檔可自由復(fù)制編輯word文檔可自由復(fù)制編輯（封面）電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)題目：數(shù)字式紅外線測速儀學(xué)院課程設(shè)計(jì)任務(wù)書課程名稱電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)題目數(shù)字式紅外線測速儀設(shè)計(jì)任務(wù)描述及基本要求一、任務(wù)描述1、在前導(dǎo)驗(yàn)證性認(rèn)識實(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)2、設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)：利用模擬、數(shù)字電路知識，解決電子線路中常見的實(shí)際問題。二、基本要求技術(shù)指標(biāo)要求：1、閃爍。3、用紅外先發(fā)光二極管，光敏三極管作為速度轉(zhuǎn)換測速范圍為10到990轉(zhuǎn)/分。2、兩位數(shù)字顯示，顯示不允許裝置。任務(wù)下達(dá)時(shí)間2014年6月9日設(shè)計(jì)完成時(shí)間2014年6月20日主要參考材料1、《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》（第四版）童詩白華成英主編。高等教育出版社2、常用電子電路280張延琪中國電力出版社輔導(dǎo)老師姓名彭利標(biāo)教研室意見年月日

天津理工大學(xué)中環(huán)信息學(xué)院課程設(shè)計(jì)成績評定表評分項(xiàng)目及標(biāo)準(zhǔn)權(quán)值實(shí)際得分評價(jià)內(nèi)容優(yōu)秀標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)選題能體現(xiàn)本專業(yè)培養(yǎng)目標(biāo)，難度和工作量較大，有較強(qiáng)的創(chuàng)新性。10說明書質(zhì)量圓滿完成任務(wù)書中各項(xiàng)要求，分析、計(jì)算、實(shí)驗(yàn)正確、嚴(yán)密；設(shè)計(jì)科學(xué)、先進(jìn)；計(jì)算準(zhǔn)確；圖樣繪制及技術(shù)要求符合國家標(biāo)準(zhǔn)；有較強(qiáng)的實(shí)用價(jià)值；對專業(yè)知識綜合訓(xùn)練程度高；撰寫規(guī)范。30獨(dú)立工作能力及設(shè)計(jì)期間的表現(xiàn)能獨(dú)立查閱文獻(xiàn)以及從事其它形式的調(diào)研，能較好理解課題任務(wù)并提出實(shí)施方案，有分析整理各類信息，從中獲得新知識的能力。40回答問題情況態(tài)度認(rèn)真，作風(fēng)嚴(yán)謹(jǐn)，刻苦鉆研精神突出。遵守各項(xiàng)規(guī)章制度，無任何事故發(fā)生?；卮饐栴}準(zhǔn)確、全面,概念清楚。10特色與綜合素質(zhì)設(shè)計(jì)說明書有很明顯的特點(diǎn)或特色，學(xué)生的綜合素質(zhì)較高。10指導(dǎo)老師得分合計(jì)本表附在課程設(shè)計(jì)任務(wù)書之后444444466711111111111212121313131415161718一概述·························································1設(shè)計(jì)目的······················································2設(shè)計(jì)要求······················································3設(shè)計(jì)原理與步驟················································二各部分單元功能原理············································1功能單元以及功能解析··········································2紅外線測試儀完成電路圖········································三單元電路設(shè)計(jì)··················································1光電轉(zhuǎn)換······················································2脈沖計(jì)時(shí)······················································3鎖存和清零脈沖的形成··········································4譯碼顯示電路··················································四電路原理圖與模擬仿真調(diào)試要點(diǎn)··································1電路原理圖···················································2電路原理介紹·················································五電路仿真······················································1繪制電路圖···················································2元件設(shè)置·····················································3仿真結(jié)果·····················································六所用儀器······················································七課程設(shè)計(jì)心得體會(huì)··············································八設(shè)計(jì)總結(jié)······················································九參考文獻(xiàn)······················································word文檔可自由復(fù)制編輯一概述1、設(shè)計(jì)意義與目的（1）、利用模擬、數(shù)字電路知識，解決電子線路中常見實(shí)際問題的能力，逐步積累掌握實(shí)際電子制作經(jīng)驗(yàn)。（2）、在前導(dǎo)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。（3）、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)、用紅外線發(fā)光二極管，光敏三極管作為速度轉(zhuǎn)換裝置(2)、測速范圍：10~990轉(zhuǎn)/分(3)、兩位數(shù)字顯示，顯示不允許閃爍3、設(shè)計(jì)原理步驟與方案比較方案一：測速儀原理框圖主門整形主門整形光電轉(zhuǎn)換被測試光電轉(zhuǎn)換顯示譯碼鎖存顯示譯碼鎖存圖1紅外測速儀功能 如圖1所示，紅外線轉(zhuǎn)速表采用的紅外線探頭有直接試和反射式兩種。直接式探頭、發(fā)光管和受光管在被測物體的兩邊，發(fā)光管射出的光線直接照射到受光管上，被測物體運(yùn)動(dòng)時(shí)阻擋光線，產(chǎn)生計(jì)數(shù)信號，這種探頭經(jīng)常用做光電計(jì)數(shù)。反射式探頭、發(fā)光管和受光管在被測物體的同測，當(dāng)探頭接近物體接收到脈沖的紅外線信號，用于測量轉(zhuǎn)速比較方便。方案二：計(jì)數(shù)顯示光電轉(zhuǎn)換譯碼主們計(jì)數(shù)顯示光電轉(zhuǎn)換譯碼主們延時(shí)1延時(shí)2分頻主振脈沖形成延時(shí)1延時(shí)2分頻主振脈沖形成其中光電轉(zhuǎn)換采用發(fā)光二極管HG11（紅外）發(fā)光敏三極管3DU5C組成。光電轉(zhuǎn)換示意圖如圖2所示。在被測速的主軸上裝一遮光板，板上打一小洞（或數(shù)個(gè)小洞），調(diào)整發(fā)光二極管、小洞、光敏三極管才輸出一個(gè)脈沖，其它位置時(shí)，由于遮光板的擋光作用，光敏三級管無輸出。這樣只要測量一分鐘內(nèi)光敏三級管輸出的脈沖個(gè)數(shù)，就知道轉(zhuǎn)速了，因?yàn)閮烧咴跀?shù)量上是一至的。

二各部分單元功能原理1、光電轉(zhuǎn)換電路模擬圖如圖2所示，光電轉(zhuǎn)換采用發(fā)光二極管HG11（紅外）發(fā)光敏三極管3DU5C組成。光電轉(zhuǎn)換示意圖如圖所示。在被測速的主軸上裝一遮光板，板上打一小洞（或數(shù)個(gè)小洞），調(diào)整發(fā)光二極管、小洞、光敏三極管才輸出一個(gè)脈沖，其它位置時(shí)，由于遮光板的擋光作用，光敏三級管無輸出。這樣只要測量一分鐘內(nèi)光敏三級管輸出的脈沖個(gè)數(shù)，就知道轉(zhuǎn)速了，因?yàn)閮烧咴跀?shù)量上是一至的。為保證發(fā)光二極管HG411的最大電流不超過30mA，考慮紅外發(fā)光二極管的正向壓降為（1.3~1.5）V，電源電壓采用5V，則限流電阻R==0.12KΩ，取R=108KΩ，選擇圖4電路作為光電轉(zhuǎn)換的模擬電路。采用三極管的飽和導(dǎo)通與截止來控制發(fā)光二極管的發(fā)光與熄滅，省去了用人功法來模擬遮光板的作用，給電路調(diào)試帶來方更。為了獲得波形好的方波，光敏三極管的輸出經(jīng)施密特觸發(fā)器整形，觸發(fā)器選用CD40106圖2光電轉(zhuǎn)換2、控制與計(jì)數(shù)部分（1）、控制電路如圖3所示，我們采用了主門作為控制機(jī)構(gòu)，主門是一個(gè)控制門，反在基開通期間，計(jì)數(shù)脈沖順利通過，在關(guān)閉期間計(jì)數(shù)脈沖則通不過。我們采用主門找開6S鐘，即測量6S內(nèi)的脈沖個(gè)數(shù)，轉(zhuǎn)速就等于脈沖個(gè)數(shù)乘上10倍，為了把這一數(shù)值顯示出來，而又不閃爍，采用先鎖存，再譯碼顯示。為了第二次測量，在計(jì)數(shù)值鎖存后需對計(jì)數(shù)器清零，所以在關(guān)閉期間需完成鎖存和清零功能，如以開門信號的后沿作標(biāo)準(zhǔn)，鎖存延時(shí)為延時(shí)1，清零延時(shí)為延時(shí)2，可用鎖存延時(shí)的結(jié)束時(shí)間做為清零延時(shí)的觸發(fā)控制;鎖存YTd1(80ms)清零ZTd2(80MS)圖3測速時(shí)序圖（2）、定時(shí)計(jì)數(shù)電路如圖4所示，我們希望定時(shí)6s記一次頻率，即轉(zhuǎn)速，需要通過555定時(shí)器和計(jì)數(shù)器結(jié)合聯(lián)用，實(shí)現(xiàn)一個(gè)6s的定時(shí)電路。本設(shè)計(jì)采用10Hz的555定時(shí)器，計(jì)數(shù)器用兩個(gè)74LS160D組成60進(jìn)制計(jì)數(shù)器，把555定時(shí)器的輸出信號作為兩個(gè)74LS160D的時(shí)鐘信號，這樣計(jì)數(shù)器完成一次循環(huán)需要60個(gè)脈沖信號，也就是說555定時(shí)器工作了6s，這樣就實(shí)現(xiàn)了一個(gè)定時(shí)；圖40.1s脈沖發(fā)生電路-555定時(shí)器3、6s計(jì)時(shí)鎖存電路如圖5所示，該電路組成六十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，將圖555定時(shí)器的0·1s計(jì)成6s，并向下級電路輸出進(jìn)位脈沖，觸發(fā)下級電路。當(dāng)?shù)?s時(shí)，計(jì)數(shù)器u2的輸出端為0110，以此作為置零信號，將該電路清零，重新開始下一次計(jì)數(shù)。圖56s計(jì)時(shí)鎖存電路4、寄存譯碼顯示電路 圖6寄存譯碼顯示電路如圖6所示，當(dāng)計(jì)數(shù)到5.9s時(shí)，offpage3給出一個(gè)高電平，從而產(chǎn)生一個(gè)上升沿，觸發(fā)兩片74LS194將左邊兩片74LS160計(jì)的6s內(nèi)的次數(shù)存進(jìn)來，并傳到下級譯碼輸出。當(dāng)上圖計(jì)數(shù)到6s時(shí)，offpage2給出一個(gè)低電平，將兩片74LS160全部清零，以等待下一個(gè)脈沖從新計(jì)數(shù)。5、紅外線測速儀總電路圖7紅外測速儀總電路圖如圖7所示，主門是一個(gè)控制門，在主門開通期間，計(jì)數(shù)脈沖順利通過，在關(guān)閉期間計(jì)數(shù)脈；沖則通不過。我們測量6S內(nèi)的脈沖個(gè)數(shù)，轉(zhuǎn)速就等于脈沖個(gè)數(shù)乘上10倍，為了把這一數(shù)值顯示出來，而又不閃爍，采用先鎖存，再譯碼顯示。為了第二次測量，在計(jì)數(shù)值鎖存后需對計(jì)數(shù)器清零，所以在關(guān)閉期間需完成鎖存和清零功能，如以開門信號的后沿作標(biāo)準(zhǔn)，鎖存延時(shí)為延時(shí)1，清零延時(shí)為延時(shí)2，可用鎖存延時(shí)的結(jié)束時(shí)間做為清零延時(shí)的觸發(fā)控制。

三單元計(jì)算設(shè)計(jì)（1）、光電轉(zhuǎn)換為保證發(fā)光二極管HG411的最大電流不超過30mA，考慮紅外發(fā)光二極管的正向壓降為（1.3~1.5）V，電源電壓采用5V，則限流電阻R==0.12KΩ，取R=108KΩ，采用三極管的飽和導(dǎo)通與截止來控制發(fā)光二極管的發(fā)光與熄滅，省去了用人功法來模擬遮光板的作用，給電路調(diào)試帶來方更。為了獲得波形好的方波，光敏三極管的輸出經(jīng)施密特觸發(fā)器整形，觸發(fā)器選用CD40106。（2）、脈沖計(jì)時(shí)按照主控時(shí)序圖,周期T=6s，電路選用多諧振蕩器，電路如圖(五)所示。多諧振蕩器的周期為：T=t1+t2=RC+RC取=(2.7~2.9)V，=2.1V，=5V，T≈0.98RC。由公式T=（R1+2R2）Cln2,可知，555定時(shí)器輸出脈沖的頻率為1/（R1+2R2）Cln2，即Hz=1/（2886+5772*2）*0.00001*ln2=10.04325，即為：10Hz，T=0.01S，從而得到6S鐘定時(shí)信號。在選定電容數(shù)值后，即可根據(jù)上式計(jì)算出R值來，但為了滿足設(shè)計(jì)要求，在安裝調(diào)試中可能有些變化。（3）鎖存和清零脈沖的形成主門開通時(shí)間為6s，關(guān)閉時(shí)間應(yīng)盡可能短一些，以便提高測量速度，同時(shí)又應(yīng)使電路簡化，本電路中的計(jì)數(shù)器采用74LS160D，主控X可由端口經(jīng)過非門，與非門再及與門從而得到定時(shí)輸出1，及定時(shí)輸出2等脈沖控制信號。鎖存要求負(fù)脈沖，清零要求正脈沖（這取決于采用的集成電路的類型），鎖存延時(shí)取為80ms左右，而清零延時(shí)亦取為80ms左右，電路采用一形式。（4）譯碼顯示電路譯碼器采用74LS194N，和具有鎖存功能74LS194N，所以總框圖中的鎖存器與譯碼器合二為一，由74LS194N完成，鎖存脈沖為（3）中討論的定時(shí)輸出2。顯示器采用共陰極數(shù)碼管，但CMOS電路輸出電壓較TTL為高，為延長數(shù)碼管使用壽命，在實(shí)際電路中每個(gè)數(shù)碼這陽極串聯(lián)一400Ω電阻再接到地線上。（注意由于是仿真實(shí)驗(yàn)本電路圖未連接400Ω電阻）

四、原理圖與模擬仿真調(diào)試要點(diǎn)在所有單元電路均設(shè)計(jì)計(jì)算完畢后，即可按選定的片子畫出電原理圖。按照電原理圖，把電路安裝好，經(jīng)檢查后，才可以通電進(jìn)行調(diào)試，調(diào)試是先單元電路，后整機(jī)，具體步驟如下：（1）、主振與分頻：用示波器觀察主振輸出，其頻率f=10HZ，T=0.1。如周期不符合要求，改變電阻值，直到滿足要求為止。（2）、主控信號與鎖存，清零脈沖信號的調(diào)試把主控信號，鎖存信號，清零信號分別接到實(shí)驗(yàn)箱的發(fā)光二極管上，觀察三個(gè)脈信號是否符合時(shí)序要求。（3）譯碼顯示電路譯碼器上有一個(gè)端，用來進(jìn)行測試，當(dāng)它接“0”時(shí)，應(yīng)顯示“8”當(dāng)=“1”，按要求顯示，如不對，則應(yīng)檢查連接有無錯(cuò)誤。（由于本仿真軟件數(shù)碼管已集成數(shù)碼管驅(qū)動(dòng)電路因而不用對等測試進(jìn)行調(diào)零，而在實(shí)際作業(yè)中，驅(qū)動(dòng)芯片必須正確連接，否則會(huì)損壞數(shù)碼管）（4）控制計(jì)數(shù)電路模擬主控、鎖存、清零脈沖信號，加到控制端，觀察計(jì)數(shù)是否符合要求，當(dāng)鎖存信號定時(shí)輸出二為高電平時(shí)，電路將此時(shí)計(jì)數(shù)狀態(tài)鎖存，當(dāng)清零信號接低電平時(shí)計(jì)數(shù)器清零。（5）整機(jī)聯(lián)調(diào)如單元電路全部正確，級間聯(lián)線亦正確，則當(dāng)轉(zhuǎn)換電路分頻輸出時(shí)，顯示值應(yīng)為（901），如讀數(shù)不符或沒有輸出，用示波器逐級檢查，找出故障部位，然后排除掉。

五電路仿真與結(jié)果定時(shí)輸出信號為計(jì)數(shù)器的置零信號，下一個(gè)出信號為當(dāng)計(jì)數(shù)器工作計(jì)數(shù)到59時(shí)，把二進(jìn)制59輸出到一些們電路使其為高電平，以此來控制計(jì)數(shù)器工作。在這6s期間，作用于計(jì)數(shù)電路的計(jì)數(shù)脈沖有多少個(gè)，最終的譯碼顯示就是多少，最后的顯示數(shù)應(yīng)乘上10倍就是所求的轉(zhuǎn)速。定時(shí)輸出的脈沖信號如圖9所示在穩(wěn)態(tài)時(shí)輸出為高電平，當(dāng)計(jì)數(shù)到六十時(shí)，由第二個(gè)六進(jìn)制計(jì)數(shù)器輸出一個(gè)置零信號，這個(gè)低電平信號接到百進(jìn)制計(jì)數(shù)器（即記連續(xù)脈沖的）之后，把計(jì)數(shù)器上一次的計(jì)數(shù)清零，從而不影響下次計(jì)數(shù)。下一個(gè)定時(shí)輸出脈沖信號如圖9所示其穩(wěn)態(tài)示低電平，當(dāng)計(jì)數(shù)到59時(shí)輸出高電平，這個(gè)高電平送給鎖存器，讓鎖存器開始鎖存脈沖數(shù)。圖8穩(wěn)壓電路圖9沖的波形圖上邊為定時(shí)輸出（1）下邊為定時(shí)輸出(2)圖10數(shù)碼顯示仿真結(jié)果

六所用儀器1、74LS160D計(jì)數(shù)器四片，555計(jì)時(shí)器2、74LS194D型鎖存器兩片，DCDHEX型數(shù)碼管兩片，施密特觸發(fā)器一片3、HG11紅外發(fā)光二極管一個(gè)，3DU5C光敏三極管一個(gè)，與門，非門，以及與非門若干4、電阻電容多干，直流電源若干

七課程設(shè)計(jì)心得體會(huì)本次課程設(shè)計(jì)使我對紅外測速儀的基本原理有了初步