數(shù)字式紅外測(cè)速儀課程設(shè)計(jì)

1、<p>　　《電子技術(shù)》課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)</p><p>　　班 級(jí) </p><p>　　姓 名 </p><p>　　專(zhuān) 業(yè) </p><p>　　課程名稱 電子技術(shù)課程設(shè)計(jì) </p><p>　　指

2、導(dǎo)教師 </p><p><b>　　電氣與電子工程系</b></p><p><b>　　2012年6月</b></p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　本課程設(shè)計(jì)是在前導(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

3、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?lt;/p><p><b>　　設(shè)計(jì)要求：</b></p><p>　　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

4、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；</p><p>　　2.熟悉常用電子儀器操作使用和測(cè)試方法；</p><p>　　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；</p><p>　　4.學(xué)習(xí)電子系統(tǒng)電路的安裝調(diào)試技術(shù)；</p>&l

5、t;p>　　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)。</p><p>　　數(shù)字式紅外測(cè)速儀課程設(shè)計(jì)內(nèi)容</p><p>　　一、技術(shù)指標(biāo)與要求：</p><p>　　1) 用紅外發(fā)光二極管、光敏三極管作為速度轉(zhuǎn)換裝置。</p><p>　　2) 測(cè)速范圍：10 – 990轉(zhuǎn)/分。</

6、p><p>　　3) 三位數(shù)字顯示，顯示不允許閃爍。</p><p>　　二、 設(shè)計(jì)前的思路與分析：</p><p>　　1、紅外發(fā)光二極管固定于旋轉(zhuǎn)物體（假設(shè)為汽車(chē)車(chē)輪）定軸上，在轉(zhuǎn)軸上安裝一遮光板，板上打一個(gè)小孔（或者打多個(gè)小孔），當(dāng)轉(zhuǎn)輪旋轉(zhuǎn)時(shí)，發(fā)光二極管、小孔、光敏三極管在一條直線上，即有紅外光通過(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轉(zhuǎn)化為一個(gè)

7、脈沖，產(chǎn)生一個(gè)脈沖說(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)，就知道轉(zhuǎn)速了，兩者是等價(jià)的，</p><p><b>　　即:</b></p><p>　　脈沖頻率f = 轉(zhuǎn)速n</p><p>　　2、總框架圖

8、 </p><p>　　紅外光 </p><p><b&g

9、t;　　圖一 總框架圖</b></p><p>　　主門(mén)是一個(gè)控制門(mén)，開(kāi)通期間，計(jì)數(shù)脈沖通過(guò)，關(guān)閉期間計(jì)數(shù)脈沖則通不過(guò)。我們采用6s鐘，即測(cè)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，即所測(cè)量的頻率范圍在1-99，所以計(jì)數(shù)器選擇百進(jìn)制就可以滿足要求。最終的顯示數(shù)值不能閃爍，所以采用先鎖存，再譯碼顯示。為了第二次測(cè)量，在計(jì)數(shù)值鎖存后對(duì)計(jì)數(shù)器清零，所以在關(guān)閉期間完成鎖存和清零功能。</p>

10、;<p>　　基本思路就是這樣的，按照這個(gè)步驟，再逐步分析。然后該考慮對(duì)與每部分的電路，需要用到什么元件來(lái)實(shí)現(xiàn)其功能，如何實(shí)現(xiàn)。 </p><p>　　據(jù)所學(xué)知識(shí)及查找資料得到每部分析過(guò)程如下所示：</p><p>　　三、各部分單元電路圖：</p><p>　　1、光電轉(zhuǎn)換示意圖：</p><p&

11、gt;　　圖二 光電轉(zhuǎn)換示意圖</p><p>　　根據(jù)光敏三極管對(duì)光照的強(qiáng)度的敏感性來(lái)控制集電極電流的大小，通過(guò)射擊輸出轉(zhuǎn)化為電壓的變化。但是因?yàn)檩敵霾⒉皇菢?biāo)準(zhǔn)的方波，為了獲得比較好的方波，需要對(duì)輸出光敏三極管整形，整形電路選用施密特觸發(fā)器，如下圖所示：</p><p>　　圖三 施密特觸發(fā)器</p><p><b>　　2、定時(shí)計(jì)數(shù)電路</b&

12、gt;</p><p><b>　?。?）定時(shí)原理</b></p><p>　　我們希望定時(shí)6s鐘記一次頻率，即轉(zhuǎn)速，需要通過(guò)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。</p><p>　　對(duì)于本設(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(hào)作為兩個(gè)74LS160D的時(shí)鐘信號(hào)

13、，這樣計(jì)數(shù)器完成一次循環(huán)需要60個(gè)脈沖信號(hào)，也就是說(shuō)555定時(shí)器工作了6s，這樣就實(shí)現(xiàn)了一個(gè)定時(shí)。</p><p>　?。?）其工作電路如圖四所示</p><p>　　圖四 定時(shí)器的工作原理圖</p><p>　　3、定時(shí)輸出信號(hào)與計(jì)數(shù)器、鎖存器的工作</p><p>　　定時(shí)輸出信號(hào)（1）為計(jì)數(shù)器的置零信號(hào)，即信號(hào)（1）為低電平，定時(shí)輸出信

14、號(hào)（2）為當(dāng)計(jì)數(shù)器工作計(jì)數(shù)到59時(shí)，把二進(jìn)制59輸出到一些門(mén)電路使其為高電平，以此來(lái)控制計(jì)數(shù)器工作。</p><p>　　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。</p><p>　　定時(shí)輸出（1）的脈沖信號(hào)如下圖示</p><p>　　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

15、輸出一個(gè)置零信號(hào)，這個(gè)低電平信號(hào)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)。</p><p>　　定時(shí)脈沖（2）如下圖示：</p><p>　　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(kāi)始鎖存脈沖數(shù)。</p><p>　　圖五（1） 定時(shí)脈沖的波形圖</p><p>　

16、　圖五（2） 譯碼顯示的仿真結(jié)果</p><p><b>　　4.整體電路</b></p><p><b>　　圖六 整體電路圖</b></p><p><b>　　四、設(shè)計(jì)所需器件</b></p><p>　　紅外發(fā)光二極管、光敏三級(jí)管、十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS160D、鎖存器

17、74LS194D、555定時(shí)器、施密特觸發(fā)器、顯示數(shù)碼管以及各種直流電源、電阻、與或非門(mén)等。</p><p>　　五、設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的問(wèn)題</p><p><b>　　1、設(shè)計(jì)前的難點(diǎn)</b></p><p>　　在本次利用紅外線測(cè)速的設(shè)計(jì)中，一開(kāi)始思路是清晰的，但做到細(xì)節(jié)時(shí)才發(fā)現(xiàn)并不是那么容易分析的，最主要的就是定時(shí)計(jì)數(shù)這一部分，怎么控制其在一定

18、時(shí)間計(jì)數(shù)，最后和同學(xué)討論，發(fā)現(xiàn)只需要計(jì)數(shù)最后給鎖存一個(gè)高電平，給計(jì)數(shù)器一個(gè)低電平（置零信號(hào)），即可以實(shí)現(xiàn)最終的譯碼顯示。</p><p><b>　　2、不足之處</b></p><p>　　由于時(shí)間倉(cāng)促和仿真需要，電路內(nèi)部的各器件需要的參數(shù)未經(jīng)過(guò)計(jì)算，比如電路圖所示的電阻值就不一定準(zhǔn)確，但對(duì)于仿真還是沒(méi)有影響的，參數(shù)還需要完善。</p><p&g

19、t;<b>　　六、心得體會(huì)</b></p><p>　　進(jìn)行了一星期的設(shè)計(jì)在不知不覺(jué)中結(jié)束，當(dāng)遇到一個(gè)細(xì)節(jié)部分的設(shè)計(jì)障礙時(shí)，那是絞盡腦汁，煞費(fèi)苦心，通過(guò)自己查閱資料以及同學(xué)的交流討論，老師的引導(dǎo)點(diǎn)化，很多難點(diǎn)最終一一擊破。</p><p>　　通過(guò)這次的設(shè)計(jì)，使我對(duì)紅外線測(cè)速儀的基本原理有了一個(gè)初步的認(rèn)識(shí)，同時(shí)也使我掌握了設(shè)計(jì)的基本思想和方法。即根據(jù)設(shè)計(jì)目的和用途先

20、進(jìn)行原理的轉(zhuǎn)換，再確定電路方案，根據(jù)原理圖選擇所需要的器件，最終連線仿真測(cè)試，測(cè)試中再不斷完善電路和方案。同時(shí)我也感到了自己數(shù)電知識(shí)的匱乏和思路的局限性，要設(shè)計(jì)好一個(gè)方案，</p><p>　　必須縱觀全局，知難而進(jìn)，銳意進(jìn)取?？傊@次設(shè)計(jì)讓我受益匪淺，不僅用實(shí)踐鞏固了所學(xué)的知識(shí)，而且學(xué)到了解決實(shí)際問(wèn)題的方法，積累了經(jīng)驗(yàn)。我在以后的學(xué)習(xí)實(shí)踐中會(huì)更加認(rèn)真仔細(xì)，當(dāng)然，這次設(shè)計(jì)的完成還要感謝老師的指導(dǎo)和幫助。</

21、p><p><b>　　七、參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　【1】閻石主編.《數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)》(第五版) 北京：高等教育出版社 2006.5</p><p>　　【2】黃志偉主編.《全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽---電路設(shè)計(jì)》 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 2007.2</p><p>　　【3】周譽(yù)昌主編. 《電工電子實(shí)驗(yàn)