數(shù)字式紅外測速儀課程設(shè)計

1、<p><b>　　課程設(shè)計</b></p><p>　　電氣與信息工程學(xué)院 學(xué)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(xué)號： </

2、p><p>　　指導(dǎo)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(shè)計技術(shù)指標(biāo)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(zhuǎn)換裝置。</p><p>　　2、測速范圍：10 – 990轉(zhuǎn)/分。</p><p>　　3、三位數(shù)字顯示，顯示不允許閃爍。</p><p><b>　　二、設(shè)計目的和要求</b></p><p><b>　　1、設(shè)計目的</b></p><p>　　本課程設(shè)計是在前導(dǎo)性

4、驗證性認(rèn)知實驗基礎(chǔ)上，進行更高層次的命題設(shè)計實驗，要求學(xué)生在教師指導(dǎo)下獨立查閱資料、設(shè)計、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，解決電子線路中常見實際問題的能力，使學(xué)生積累實際電子制作經(jīng)驗，目的在于鞏固基礎(chǔ)、注重設(shè)計、培養(yǎng)技能、追求創(chuàng)新、走向?qū)嵱谩?lt;/p><p><b>　　2、設(shè)計要求</b></p><p>　　1.以電子技術(shù)基礎(chǔ)的基本理

5、論為指導(dǎo)，將設(shè)計實驗分為基礎(chǔ)型和系統(tǒng)型兩個層次，基礎(chǔ)型指基本單元電路設(shè)計與調(diào)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(shè)計、調(diào)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(xué)習(xí)計算機軟件輔助電路設(shè)計方法，能熟練應(yīng)用電子線路CAD進行電路設(shè)計和印刷電路板的設(shè)計制作；</p><p>　　4.學(xué)習(xí)

6、電子系統(tǒng)電路的安裝調(diào)試技術(shù)；</p><p>　　5.拓展電子電路的應(yīng)用領(lǐng)域，能設(shè)計、制作出滿足一定性能指標(biāo)或特定功能的電子電路設(shè)計任務(wù)。</p><p><b>　　三、實驗原理構(gòu)思</b></p><p><b>　　1、轉(zhuǎn)速概念</b></p><p>　　轉(zhuǎn)速是旋轉(zhuǎn)物體的轉(zhuǎn)數(shù)與時間之比的物理

7、量,是描述各種旋轉(zhuǎn)機械運轉(zhuǎn)技術(shù)性能的一個重要參量。轉(zhuǎn)速和頻率有共同的量綱,都是單位時間內(nèi)某一量值(脈沖個數(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行比對。測時計數(shù)是轉(zhuǎn)速計量的基本方法。</p><p>　　測定一定單位時間內(nèi)旋轉(zhuǎn)物體轉(zhuǎn)過的圈數(shù)即頻率，可等價為所測旋轉(zhuǎn)物體此時的轉(zhuǎn)速。</p><p>　　即 轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速標(biāo)準(zhǔn)裝置,將定向反射紙貼于裝置的測速盤上,由轉(zhuǎn)速標(biāo)準(zhǔn)裝置通過測速盤輸出標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速表。這類檢測設(shè)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(zhì)的差別。脈沖光源測速裝置能

9、否做為標(biāo)準(zhǔn),在轉(zhuǎn)速界爭議較大。</p><p>　　本課程設(shè)計即可采用紅外發(fā)光二極管和光敏三極管作為速度轉(zhuǎn)換裝置來測取旋轉(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小孔，在轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)時，當(dāng)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(zhuǎn)化為一個脈沖，產(chǎn)生一個脈沖則說明轉(zhuǎn)一圈。這樣

10、只需要測量一分鐘內(nèi)光敏三極管輸出脈沖個數(shù)，就可以知道車輪的轉(zhuǎn)速了。 </p><p><b>　　四、設(shè)計方案構(gòu)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(zhuǎn)物體轉(zhuǎn)速。所以本課程設(shè)計采用方案二進行設(shè)計。</p><p><b>　　五、設(shè)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(zhuǎn)換模擬電路</p><p>　　圖-4 光電轉(zhuǎn)換電路模擬圖</p><p>　　用555定時器模擬產(chǎn)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(zhuǎn)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(guān)來手動模擬小洞轉(zhuǎn)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(guān)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(guān)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(chǎn)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(dāng)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(chǎn)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(dāng)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(jié)果即為所測轉(zhuǎn)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(zhuǎn)/分）。當(dāng)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(guān)、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(shè)計總結(jié)</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(zhǔn)確度；紅外管的靈敏度高，從而減少了測試結(jié)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(diào)節(jié)，電容的匹配，在計算及調(diào)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(shè)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(shè)計心得體會</b></p><

22、p>　　通過本次課程設(shè)計，使我對紅外測速儀的基本原理有了初步的認(rèn)識，同時也掌握了電子線路設(shè)計的基本思想和方法?？筛鶕?jù)設(shè)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(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，不斷進取，只有這樣才能獲得成功。另外在接線時一定要認(rèn)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(shè)使我受益匪淺，同時要感謝老師的指導(dǎo)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(shè)計，使我基本學(xué)會了仿真軟件的使用， 堅強了對一些基本元器件的認(rèn)識，加深了對它們各自功能的理解，從而理論與實踐相結(jié)合統(tǒng)一，為以后的學(xué)習(xí)夯實了基礎(chǔ)！總之，這次課程設(shè)計，我學(xué)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(shù)基礎(chǔ)》第五版， 高等教育出版社，閻石</p><p>　　2、《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》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(chǔ)實驗及Mu