数字式红外测速仪.doc

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1、电子技术课程设计电气与信息工程学院自动化专业题 目： 数字式红外测速仪姓 名： XXX学 号： XXXXXXX指导教师： XXXXX时间:2014年6月16日2014年6月20日河南城建学院本科课程设计报告目录一、本次课程设计的目的和要求 21. 设计目的22. 设计要求2二、设计课题概述 21. 分析设计课题要求32. 确定总体设计方案 4三、设计原理及步骤 51. 数字式红外测速仪原理框图 52. 光电转换模拟电路 53. 三极管产生的高电平信号波形图 64. 输出脉冲模拟信号 65. 脉冲计数问题解决 76.1s 脉冲发生器电路-555定时器 87 、六十进制计数器定时计数电路88 、译

2、码显示电路 9四、数字式红外测速仪总电路图 10五、所用器件 11六、设计总结 11七、设计心得体会 12参考文献 13一、本次课程设计的目的和要求1、设计目的本课程设计是在前导验证性认知实验基础上，进行更高层次的命 题设计实验，要求学生在教师指导下独立查阅资料、设计、安装和调 试特定功能的电子电路。培养学生利用模拟、数字电路知识，解决电 子线路中常见实际问题的能力，目的在于巩固基础、注重设计、培养 技能、追求创新、走向实用。2、设计要求1. 以电子技术基础的基本理论为指导， 将设计实验分为基础型和 系统型两个层次，基础型指基本单元电路设计与调试， 系统型指若干 个模拟、数字基本单元电路组成并

3、完成特定功能的电子电路的设计、 调试；2. 熟悉常用电子仪器操作使用和测试方法；3. 学习计算机软件辅助电路设计方法，能熟练应用电子线路CAD进行电路设计和印刷电路板的设计制作；4. 学习电子系统电路的安装调试技术；5. 拓展电子电路的应用领域，能设计、制作出满足一定性能指标 或特定功能的电子电路设计任务。二、设计课题概述数字式红外测速仪是用来测量机械产品转速的有效工具。机械转 速通常用每分钟机械产品转动的次数来表示。采用数字式红外测速仪测量机械转速，不但精确，而且使用方便。（一） 分析设计课题要求所给技术指标要求：1）用红外发光二极管、光敏三极管作为速度转换装置。2）测速范围：10990转/

4、分。3）三位数字显示，显示不允许闪烁。本课程设计我们采用红外发光二极管和光敏三极管作为速度转 换装置来测取旋转物体转速。可将红外发光二极管固定于旋转物体（假设为汽车车轮）定轴上，在转轴上安装一遮光板，在遮光板上可 打一个小孔，在转轮旋转时，当发光二极管、小孔、光敏三极管在一 条轴线上时小孔才有红外光通过， 其他时间则由于挡板作用，没有光 通过。光敏电阻接收红外光后转化为一个脉冲， 产生一个脉冲则说明 转一圈。这样只需要测量一分钟内光敏三极管输出脉冲个数，就可以知道车轮的转速了。根据上面所给技术指标要求，我们可以知道，数字式红外测速仪 的核心是对低频电脉冲信号在固定的短时间内计数， 最后以数字形

5、式 显示出来。所以，数字式红外测速仪主要组成部分是计数器和数字显 示（二）确定总体设计方案数字式红外测速仪的上述功能要求，可采用两个不同的方案来实现：1.测量机械产品转动固定次数所需的时间，然后换算为每分钟的 转动次数，流程图如图-1所示。光电转换装总计敷器 讦码转换LED制小图-1方案一流程图2.把转换为电信号的转动信号，在单位时间内（一分钟）进行计 数，并用数字显示其计数值，从而直接得到机械产品每分钟的转动次 数，流程图如图-2所示。被测握转物体 - 1光电转换装讯计数器160s时神业路 k译码转换 -LED掘小图-2方案二流程图这两种方案比较起来；第一种测量误差比较小，但实现起来电路 要

6、复杂些；第二种加入了 60秒时钟电路，同时具备了时钟计数功能， 每60秒自动清零，停止计数，三位数码显示管示数即为所测旋转物 体转速。所以本课程设计采用方案二进行设计。三、设计原理及步骤1、数字式红外测速仪原理框图緞测旋转物休比电转换裝趕1 计数器11佩时仲电略诽码较换 LED显力5河南城建学院本科课程设计报告#河南城建学院本科课程设计报告图-3数字式红外测速仪原理框图2、光电转换模拟电路图-4光电转换电路模拟图当合上开关时，红外发光二极管导通并发射红外线， 当遮光板上小 洞正好与发光二级管和光敏三极管在一条线上时，光敏三极管接收红 外线，并产生一高电平脉冲信号，输出给计数器。3、三极管产生的

7、高电平信号波形图，如下图图-5 三极管产生的高电平信号波形图实际使用时需用施密特触发器对三极管产生的高电平信号整形, 同时输出一高低电平信号。U3SCHM1TTTR1GGER图-6 施密特触发器4、输出脉冲模拟信号可用控制开关来手动模拟小洞转过一圈时输出一脉冲并计数情景。如图-7所示，上面显示管示数为2,下面显示管示数为3。VCC SVVCCOCOHtM图-7 输出脉冲模拟计数工作原理简述：原先显示译码器示数为 2,合上开关A时输出一 脉冲信号给计数器，断开时则显示译码器示数为 3,即为一次脉冲一 次计数。如果用手动来合上断开开关并计时，而且需要计数一分钟，在操 作中很难实现，因此出现问题。5

8、、脉冲计数问题解决可用555定时器产生1Hz即1s脉冲信号接入计数器进行计数， 计数器采用2个十进制计数器74LS160D实现2位计数，当计数到60， 停止计数，实现一分钟定时功能。6、1s脉冲发生器电路-555定时器该555定时器产生1s时钟脉冲，用于下面计数器计数。图-8 1s脉冲发生器电路-555定时器7、六十进制计数器 定时计数电路Cw A955 VIRTUAL Tirn*r9河南城建学院本科课程设计报告#河南城建学院本科课程设计报告图-9 60s定时计数电路#河南城建学院本科课程设计报告用555定时器输出1Hz( 1s)脉冲信号接入计数器进行计数，计 数器采用2个十进制计数器74LS

9、160D组成六十进制计数器实现2位 计数，当计数到60,即停止计数。8、译码显示电路二744.S1IOOLM4J74LSMDrfpJ 74ASMNVCC三二二二-一二一一74L3t4O741.31uu_U21AU22A怜掰1图-10 三位译码显示电路图采用了 3片十进制计数器74LS160D可对输入脉冲信号进行计 数，输出结果即为所测转速。而且计数至 990时自动清零，即实现了 测速范围(10990转/分)。当计数为990时，给出低电平将三片 74LS160D全部清零，以等待下一个脉冲信号重新计数。10河南城建学院本科课程设计报告四、数字式红外测速仪总电路图3933OOHSSQ0M3Z3SAA

10、Kywnc11河南城建学院本科课程设计报告#河南城建学院本科课程设计报告图-11数字式红外测速仪总电路图总电路图在实际仿真中对原先电路图进行了一些改进，可自动实 现一分钟计数功能，而原先总电路还需手动给脉冲信号， 人工计时故 减少了工作量。五、所用器件红外发光二极管、光敏三极管各一片，1k电阻、开关、与门、非门、与非门若干，555定时器一片，74LS160D计数器五片，施密特触发器一片，DCD-HEX型数码显示管五片，电源若干。六、设计总结1、该电路最大的优点在于运用 74LS160D相比其他计数器速度快 一些，而且也提高计数准确度；红外管的灵敏度高，从而减少了测试 结果的误差；它是一种非接触

11、型的测试器，使用安全，方便。整个电 路主要以数字电路为主，因此相对模拟电路来说误差很小。2、仿真实验遇到过一些问题，因本次设计的电路图，有些部分无法仿真，因为红外线照射光敏三极管在软件里并未看到明显的效果，但是可以模拟一下，就是用一个开关不断的断合来模拟下沿脉冲信号。3、对于一些元器件不知道怎么连接，以及计数器的清零等问题，我 都是通过去图书馆翻阅资料、上网搜索、与同学讨论后解决的，因为 和同组人员的通力合作，才有了最终的总电路图。4、但是，该电路结构简单，只适于物体转动频率要求不高的场合。七、设计心得体会通过这次课程设计，我不仅能较熟练地使用Multisim12类型的电路模拟仿真软件，而且还

12、掌握了电子线路设计的基本思想和方法。 在进行电子线路设计时，先根据设计目的和用途进行原理的转换， 再 确定电路方案，根据原理图选择所需要的器件，最终连线仿真测试， 测试中再不断完善电路和方案。此外，我对数字电子技术基础这 本书里第四章组合逻辑电路中有关译码器的相关知识和第六章时序 逻辑电路中有关计数器的相关知识的理解更加深刻，有些课本中学到的元器件这次也算真正的用到了，也使我对一些元器件有了新的认 识，加深了对它们各自功能的理解，理论和实践相结合，这是一次很 好的锻炼机会。通过本次电子技术课程设计，我对于数字电路知识的 运用更加得心应手。此外，我解决电子线路中常见实际问题的能力有 所提高。在课

13、程设计期间，我通过结合以前学过的相关理论知识， 去图书 馆查阅资料、上网查阅相关设计案例，以及就所遇到的问题和同组人 员进行积极的讨论，并逐一解决，最终我们一起完成了电子课程设计 的题目，并在电路模拟仿真软件 Multisim12上安装和调试特定功能 的电子电路，进行了模拟仿真。在课程设计期间，通过和同组人员积 极探讨所遇到的问题，以及去图书馆或上网查阅相关资料， 我的团队 协作能力有了明显提高，独立解决问题的能力也有了较大提高。总之，在这次课程设计中，我学到了很多。在我心里这已不再单 单是一个课程设计，它将成为我人生中一个难以忘却的美好回忆。参考文献:1 阎石.数字电子技术基础（第五版）M.

14、北京：高等教育出版社,2006.52 童诗白、华成英.模拟电子技术基础（第四版）M.北京：高等教育出版社,2006.53 李维.数字电路课程设计及实验M.大连：大连理工大学出版社,2008.94 高吉祥、库锡树、徐欣、关永峰、吴帅.基本技能训练与单元电路设计M.北京：电子工业出版社,2007.55 王冠华.Multisimll电路设计及应用M.北京：国防工业出版社,2010.10 陈廷侠、段世政.基于AT89C51红外计数器的设计J.新乡学院学报.2011（03）14河南城建学院本科课程设计报告-成绩评定指导教师评语:课程设计成绩评定班级 XXXXXX 姓名XXXXXX 学号 XXXXX综合成绩： 指导教师签字 年 月 日16