數(shù)字式紅外測速儀課程設計

1、<p><b>　　課程設計</b></p><p>　　電氣與信息工程學院 學院 自動化 專業(yè)</p><p>　　題目： 數(shù)字式紅外測速儀 </p><p>　　姓名： </p><p>　　學號： </

2、p><p>　　指導教師： </p><p>　　時間： 2013 年 6 月 24 日~ 2013年6 月26日</p><p><b>　　數(shù)字式紅外測速儀</b></p><p>　　一、設計技術指標與要求</p><p>　　1、用紅外發(fā)光二極管、光敏三極管作為速

3、度轉換裝置。</p><p>　　2、測速范圍：10 – 990轉/分。</p><p>　　3、三位數(shù)字顯示，顯示不允許閃爍。</p><p><b>　　二、設計目的和要求</b></p><p><b>　　1、設計目的</b></p><p>　　本課程設計是在前導性

4、驗證性認知實驗基礎上，進行更高層次的命題設計實驗，要求學生在教師指導下獨立查閱資料、設計、安裝和調試特定功能的電子電路。培養(yǎng)學生利用模擬、數(shù)字電路知識，解決電子線路中常見實際問題的能力，使學生積累實際電子制作經驗，目的在于鞏固基礎、注重設計、培養(yǎng)技能、追求創(chuàng)新、走向實用。</p><p><b>　　2、設計要求</b></p><p>　　1.以電子技術基礎的基本理

5、論為指導，將設計實驗分為基礎型和系統(tǒng)型兩個層次，基礎型指基本單元電路設計與調試，系統(tǒng)型指若干個模擬、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計、調試；</p><p>　　2.熟悉常用電子儀器操作使用和測試方法；</p><p>　　3.學習計算機軟件輔助電路設計方法，能熟練應用電子線路CAD進行電路設計和印刷電路板的設計制作；</p><p>　　4.學習

6、電子系統(tǒng)電路的安裝調試技術；</p><p>　　5.拓展電子電路的應用領域，能設計、制作出滿足一定性能指標或特定功能的電子電路設計任務。</p><p><b>　　三、實驗原理構思</b></p><p><b>　　1、轉速概念</b></p><p>　　轉速是旋轉物體的轉數(shù)與時間之比的物理

7、量,是描述各種旋轉機械運轉技術性能的一個重要參量。轉速和頻率有共同的量綱,都是單位時間內某一量值(脈沖個數(shù)、轉數(shù)) 出現(xiàn)的次數(shù),從理論上講,轉速值可以直接和頻率值進行比對。測時計數(shù)是轉速計量的基本方法。</p><p>　　測定一定單位時間內旋轉物體轉過的圈數(shù)即頻率，可等價為所測旋轉物體此時的轉速。</p><p>　　即 轉速n=脈沖頻率f*60</p><p>

8、;　　2、光電式紅外測速儀</p><p>　　a. 采用轉速標準裝置,將定向反射紙貼于裝置的測速盤上,由轉速標準裝置通過測速盤輸出標準轉速,進行檢測。 采用脈沖光源測</p><p>　　b. 速裝置來檢測光電式轉速表。這類檢測設備通常由頻率信號發(fā)生器、 頻率計數(shù)器及一個發(fā)光二極管組成。 </p><p>　　兩種檢測裝置的工作原理有本質的差別。脈沖光源測速裝置能

9、否做為標準,在轉速界爭議較大。</p><p>　　本課程設計即可采用紅外發(fā)光二極管和光敏三極管作為速度轉換裝置來測取旋轉物體轉速。可將紅外發(fā)光二極管固定于旋轉物體（假設為汽車車輪）定軸上，在轉軸上安裝一遮光板，在遮光板上可打一個小孔，在轉輪旋轉時，當發(fā)光二極管、小孔、光敏三極管在一條軸線上時小洞才有紅外光通過，其他時間則由于擋板作用，沒有光通過。光敏電阻接收紅外光后轉化為一個脈沖，產生一個脈沖則說明轉一圈。這樣

10、只需要測量一分鐘內光敏三極管輸出脈沖個數(shù)，就可以知道車輪的轉速了。 </p><p><b>　　四、設計方案構思</b></p><p><b>　　1、方案一</b></p><p>　　圖-1 方案一流程圖</p><p><b>　　2方案二</b></p>

11、;<p>　　圖-2 方案二流程圖</p><p>　　方案二加入了60s時鐘電路，同時具備了時鐘計數(shù)功能，每60s自動清零，停止計數(shù)，三位數(shù)碼顯示管示數(shù)即為所測旋轉物體轉速。所以本課程設計采用方案二進行設計。</p><p><b>　　五、設計原理及步驟</b></p><p>　　1、數(shù)字式紅外測速儀原理框圖</p&

12、gt;<p>　　圖-3 數(shù)字式紅外測速儀原理框圖</p><p>　　2、光電轉換模擬電路</p><p>　　圖-4 光電轉換電路模擬圖</p><p>　　用555定時器模擬產生紅外線的高電平輸出信號。通過改變滑動變阻器的阻值來實現(xiàn)轉速的變化。</p><p>　　3、輸出脈沖模擬計數(shù)</p><p

13、>　　可用控制開關來手動模擬小洞轉過一圈時輸出一脈沖并計數(shù)情景，如下圖 上面顯示管示數(shù)為2，下面顯示管示數(shù)為3。</p><p>　　圖-5 輸出脈沖模擬計數(shù)</p><p>　　工作原理簡述：原先顯示譯碼器示數(shù)為2，合上開關A時輸出一脈沖信號給計數(shù)器，斷開時則顯示譯碼器示數(shù)為3，即為一次脈沖一次計數(shù)。</p><p>　　如果用手動來合上斷開開關并計時，

14、而且需要計數(shù)一分鐘在操作中很難實現(xiàn)，因此出現(xiàn)問題。</p><p>　　4、脈沖計數(shù)問題解決</p><p>　　可用555定時器產生1HZ即1s脈沖信號接入計數(shù)器進行計數(shù)，計數(shù)器采用2個十進制計數(shù)器74LS160D實現(xiàn)2位計數(shù),當計數(shù)到60，停止計數(shù)，實現(xiàn)一分鐘定時功能。</p><p>　　5、1s脈沖發(fā)生器電路-555定時器</p><p&

15、gt;　　該555定時器產生1s時鐘脈沖，用于下面計數(shù)器計數(shù)。</p><p>　　圖-6 1s脈沖發(fā)生器電路-555定時器</p><p>　　6、六十進制計數(shù)器 定時計數(shù)電路</p><p>　　圖-7 60s定時計數(shù)電路</p><p>　　用555定時器輸出1HZ（1s）脈沖信號接入計數(shù)器進行計數(shù)，計數(shù)器采用2個十進制計數(shù)器74

16、LS160D組成60進制計數(shù)器實現(xiàn)2位計數(shù),當計數(shù)到60，即停止計數(shù)。</p><p><b>　　7、譯碼顯示電路</b></p><p>　　圖-8 三位譯碼顯示電路圖</p><p>　　采用了3片十進制計數(shù)器74LS160D，可對輸入脈沖信號進行計數(shù)，輸出結果即為所測轉速。</p><p>　　而且計數(shù)至99

17、0時自動清零，即實現(xiàn)了測速范圍 （10~990轉/分）。當計數(shù)為990時，給出低電平將三片74LS160D全部清零，以等待下一個脈沖信號重新計數(shù)。</p><p>　　六、數(shù)字式紅外測速儀總電路圖</p><p>　　圖-9 數(shù)字式紅外測速儀總電路圖</p><p>　　總電路圖在實際仿真中對原先電路圖進行了一些改進，可自動實現(xiàn)一分鐘計數(shù)功能，而原先總電路還需手動給

18、脈沖信號，人工計時，故減少了工作量。</p><p><b>　　七、所用器件</b></p><p>　　紅外發(fā)光二極管、滑動變阻器、施密特觸發(fā)器一片</p><p><b>　　555定時器兩片</b></p><p><b>　　74LS78N一片</b></p&g

19、t;<p>　　1K電阻、開關、與非、非門、與非門若干，</p><p>　　74LS160D計數(shù)器五片、DCD -HEX型數(shù)碼顯示管各五片，</p><p><b>　　電源若干。</b></p><p><b>　　八、設計總結</b></p><p>　　1、該電路最大的優(yōu)點是運

20、用74LS160，相比其他計數(shù)器速度快一些，而且也提高計數(shù)準確度；紅外管的靈敏度高，從而減少了測試結果的誤差；它是一種非接觸型的測試器，使用安全，方便。整個電路主要以數(shù)字電路為主，因此相對模擬電路來說誤差還是小很多。</p><p>　　2. 在做定時模塊電路時，555多諧振蕩器，電阻的調節(jié)，電容的匹配，在計算及調試上存在困難，通過多次模擬仿真。</p><p>　　3. 在做數(shù)碼顯示模塊

21、時，數(shù)碼顯示不穩(wěn)定問題，連續(xù)閃爍。通過添加74LS273D鎖存器，從而順利解決這個問題。在鎖存器清零脈沖的選擇上與計數(shù)器清零基本一致。</p><p>　　4. 在做整體電路設計時，由于電路系統(tǒng)較大，只能采用分頁顯示。分頁顯示時又遇到兩頁之間連接問題，通過鍵入分頁偏置器，解決這個問題</p><p><b>　　九、設計心得體會</b></p><

22、p>　　通過本次課程設計，使我對紅外測速儀的基本原理有了初步的認識，同時也掌握了電子線路設計的基本思想和方法?？筛鶕O計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構連接電路中的導線，在連接中并調試。使我充分的發(fā)揮了自己的想像力，知道而進，不斷進取，只有這樣才能獲得成功。另外在接線時一定要認真，仔細，耐心，且一步一步地檢查分析，避免犯錯誤?？傊ㄟ^這次課設使我受益匪淺，同時要感謝老師的指導和幫助。<

23、/p><p>　　更重要的是，只有在做實驗的時候才會見到一些元器件，缺乏動手能力，這次設計，使我基本學會了仿真軟件的使用， 堅強了對一些基本元器件的認識，加深了對它們各自功能的理解，從而理論與實踐相結合統(tǒng)一，為以后的學習夯實了基礎！總之，這次課程設計，我學到了很多。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p><b>　

24、　參考文獻：</b></p><p>　　1、《數(shù)字電子技術基礎》第五版， 高等教育出版社，閻石</p><p>　　2、《模擬電子技術基礎》第四版， 高等教育出版社，童詩白、華成英</p><p>　　3、《虛擬電子實驗室》-Mulitisim 7 ， 人民郵電出版社，路而紅</p><p>　　4、《模電數(shù)電基礎實驗及Mu