電子技術(shù)綜合訓(xùn)練課程設(shè)計(jì)報(bào)告風(fēng)速與風(fēng)向的測(cè)量

1、電子技術(shù)綜合訓(xùn)練設(shè)計(jì)報(bào)告題目：風(fēng)速與風(fēng)向的測(cè)量姓名： 學(xué)號(hào)： 班級(jí)： 電氣二班 同組成員： 指導(dǎo)教師： 日期： 2011年12月28日 （二）摘要利用已有的電子技術(shù)知識(shí)，設(shè)計(jì)風(fēng)速和風(fēng)向測(cè)量的電子線路。霍爾磁敏原件感應(yīng)出的信號(hào)是正弦波信號(hào)，我們需設(shè)計(jì)一個(gè)整形電路，將該正弦波信號(hào)轉(zhuǎn)化為同頻率的方波信號(hào)作為被測(cè)脈沖，然后測(cè)量出該信號(hào)在0.1s中的頻率即為風(fēng)速。 風(fēng)向用七位二進(jìn)制碼表示，通過(guò)電子線路上的發(fā)光二極管可以直觀的讀出與當(dāng)前風(fēng)向?qū)?yīng)的一組七位二進(jìn)制碼，然后通過(guò)查表最終確定風(fēng)向。風(fēng)速測(cè)量電路和風(fēng)向測(cè)量電路工作正常，性能穩(wěn)定，達(dá)到了預(yù)期結(jié)果。這說(shuō)明這個(gè)設(shè)計(jì)方案思路正確，可行性較高。關(guān)鍵字：風(fēng)速風(fēng)向

2、測(cè)量 時(shí)基電路 鎖存 計(jì)數(shù) （三）目錄1 設(shè)計(jì)任務(wù)和要求 1.1設(shè)計(jì)任務(wù) 1.2設(shè)計(jì)要求2 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2.1系統(tǒng)要求 2.2系統(tǒng)工作原理 2.3方案設(shè)計(jì)3 單元電路設(shè)計(jì) 3.1 單元電路a(單元電路的名稱) 3.1.1電路結(jié)構(gòu)及工作原理 3.1.2電路仿真3.1.3元器件的選擇及參數(shù)確定 3.2單元電路b(單元電路的名稱) 3.2.1電路結(jié)構(gòu)及工作原理 3.2.2電路仿真3.2.3元器件的選擇及參數(shù)確定4 系統(tǒng)仿真5 電路安裝、調(diào)試與測(cè)試 5.1電路安裝 5.2電路調(diào)試 5.3系統(tǒng)功能及性能測(cè)試 5.3.1測(cè)試方法設(shè)計(jì)5.3.2測(cè)試結(jié)果及分析6 結(jié)論7 參考文獻(xiàn)8 總結(jié)、體會(huì)和建議 附錄1設(shè)計(jì)

3、任務(wù)及要求1.1設(shè)計(jì)任務(wù)：利用已有的電子技術(shù)知識(shí)，設(shè)計(jì)風(fēng)速測(cè)量的電子線路，要求能夠連續(xù)測(cè)量風(fēng)速，并采用led顯示測(cè)量值。設(shè)計(jì)風(fēng)向測(cè)量的電子線路，要求測(cè)量電路上顯示一組七位二進(jìn)制碼，找出二進(jìn)制碼與風(fēng)向角之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，通過(guò)查表的方式求出風(fēng)向角度，最終確定風(fēng)向。1.2設(shè)計(jì)要求：設(shè)計(jì)風(fēng)速測(cè)量的電子線路；設(shè)計(jì)風(fēng)向測(cè)量的電子線路；給出有關(guān)器件的選型和參數(shù)整定依據(jù)；畫出系統(tǒng)詳細(xì)的硬件連線圖；完成實(shí)驗(yàn)室仿真、模擬調(diào)試，實(shí)現(xiàn)主要功能要求；完成設(shè)計(jì)說(shuō)明書；答辯中能比較準(zhǔn)確地回答所提出的問(wèn)題；分析并提出提高測(cè)量精度和分辨率的方法和措施。2系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2.1系統(tǒng)要求：當(dāng)風(fēng)速大于0.4m/s時(shí)，它能夠連續(xù)測(cè)量風(fēng)速的大小

4、，測(cè)量周期為0.1s，并將前一個(gè)周期測(cè)量的結(jié)果進(jìn)行鎖存并顯示在led顯示屏上。風(fēng)向用七位二進(jìn)制碼表示，通過(guò)電子線路上的發(fā)光二極管可以直觀的讀出與當(dāng)前風(fēng)向?qū)?yīng)的一組七位二進(jìn)制碼，然后通過(guò)查表最終確定風(fēng)向。2.2系統(tǒng)工作原理：1.風(fēng)速測(cè)量電子線路的原理已知風(fēng)速的計(jì)算公式為：v=0.1f其中v：風(fēng)速,單位：m/s;f:脈沖頻率，單位：hz常用的風(fēng)速傳感器的感應(yīng)組件為三杯式風(fēng)杯組件，當(dāng)風(fēng)速大于0.4m/s時(shí)就產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)，信號(hào)變換為霍爾集成電路。在水平風(fēng)力驅(qū)動(dòng)下風(fēng)杯組旋轉(zhuǎn)，通過(guò)主軸帶動(dòng)磁棒盤旋轉(zhuǎn)，其上的數(shù)十只小磁體形成若干個(gè)旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)，通過(guò)霍爾磁敏原件感應(yīng)出脈沖信號(hào)，器頻率隨風(fēng)速的增大而線性增加。由于霍爾

5、磁敏原件感應(yīng)出的信號(hào)是正弦波信號(hào)，我們需設(shè)計(jì)一個(gè)整形電路，將該正弦波信號(hào)轉(zhuǎn)化為同頻率的方波信號(hào)作為被測(cè)脈沖，然后測(cè)量出該信號(hào)在0.1s中的頻率即為風(fēng)速。時(shí)基電路（產(chǎn)生0.1s的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信號(hào)）脈沖整形電路閘門電路計(jì)數(shù)器譯碼器譯碼顯示器邏輯控制電路圖1 風(fēng)速測(cè)量原理方框圖計(jì)數(shù)0.1s鎖存清零時(shí)基信號(hào)被測(cè)信號(hào)鎖存信號(hào)清零信號(hào)圖2 各信號(hào)時(shí)序圖2風(fēng)向測(cè)量電子線路的原理風(fēng)向信號(hào)是通過(guò)風(fēng)向傳感器輸入電路的，風(fēng)向傳感器的感應(yīng)組件為前端裝有輔助標(biāo)板的單板式風(fēng)向標(biāo)。角度變換采用的是七位格雷碼光電碼盤。當(dāng)風(fēng)向標(biāo)隨風(fēng)旋轉(zhuǎn)時(shí)，通過(guò)主軸帶動(dòng)碼盤旋轉(zhuǎn)，每轉(zhuǎn)動(dòng)2.815，位于碼盤上下兩側(cè)的七組發(fā)光與接收光器件就會(huì)產(chǎn)生一組新

6、的七位并行格雷碼，經(jīng)過(guò)整形倒相后輸出。將格雷碼轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制碼，通過(guò)查表的方式求出風(fēng)向角度，最終確定風(fēng)向。2.3方案設(shè)計(jì)圖3 風(fēng)向測(cè)量電路圖4 風(fēng)速測(cè)量電路3.單元電路設(shè)計(jì)3.1 555時(shí)基電路 3.1.1 電路結(jié)構(gòu) 圖5 555時(shí)基電路圖3.1.2電路工作原理及參數(shù)的確定：時(shí)基電路是由555定時(shí)器構(gòu)成的振蕩器，其功能為產(chǎn)生0.1秒的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間脈沖。電阻電容的計(jì)算公式：脈沖周期為t:t=t1+t2高電平周期為t1：t1=0.7(r1+r2)c低電平周期為t2：t2=0.7r2c注：r1和r2均應(yīng)大于1k小于3.3mk經(jīng)計(jì)算，要產(chǎn)生t1=0.1s，t2=0.025s的脈沖信號(hào)r1=11k，r2=3.

7、6k3.1.3電路的仿真：圖6標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信號(hào)（高電平周期）圖7 標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間信號(hào)（低電平周期）3.2 脈沖整形電路 3.2.1電路結(jié)構(gòu)圖8 脈沖整形電路圖3.2.2電路工作原理及參數(shù)確定脈沖整形電路是由二極管和555電路組成的，當(dāng)輸入信號(hào)為為正弦波時(shí)，經(jīng)過(guò)二極管整流，輸出為同頻率的方波信號(hào)經(jīng)計(jì)算r5=r8=1k,r7=r11=10k,r6=2k,c1=10nf,c2=1uf 3.2.3 電路的仿真圖9 輸入信號(hào)波形圖10 輸出信號(hào)波形3.3 邏輯控制電路 3.3.1 電路結(jié)構(gòu)圖11 邏輯控制電路圖 3.3.2 電路工作原理及參數(shù)確定根據(jù)圖二所示波形，在每個(gè)時(shí)基信號(hào)的的下降沿需產(chǎn)生一個(gè)鎖存信號(hào)，鎖存信

8、號(hào)的下降沿需產(chǎn)生一個(gè)清零信號(hào)，脈沖信號(hào)和可由兩個(gè)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路sn74123n產(chǎn)生，它們的脈沖寬度由電路的時(shí)間常數(shù)決定。設(shè)鎖存信號(hào)和清零信號(hào)的脈沖寬度tw相同，如果要求tw=0.0045s,則得tw=0.45rc=0.0045s。若取r=10k，則c=0.45/r=1uf。由sn74123n的功能可知，當(dāng)1clr=1b=1觸發(fā)脈沖從1a端輸入時(shí)，在觸發(fā)脈沖負(fù)跳變的作用下，輸出端1q可獲得一正脈沖，其波形正好滿足圖1所示的波形要求，把-1q獲得的脈沖信號(hào)作為第二個(gè)sn74123n的輸入，其輸出端-1q獲得的脈沖信號(hào)正好滿足波形的要求。3.3.3 電路仿真圖12 555時(shí)基電路產(chǎn)生的0.1s標(biāo)準(zhǔn)時(shí)

9、間脈沖圖13 鎖存信號(hào)圖14 清零信號(hào)圖15 時(shí)基信號(hào) 鎖存信號(hào) 清零信號(hào)3.4 閘門電路 3.4.1電路結(jié)構(gòu) 計(jì)數(shù)脈沖輸出 時(shí)基電路信號(hào)被測(cè)信號(hào)圖16 閘門電路圖 3.4.2 電路工作原理 閘門電路實(shí)際是一個(gè)與非門，當(dāng)時(shí)基電路信號(hào)與被測(cè)信號(hào)同為高電平時(shí)閘門開啟，有一個(gè)輸入信號(hào)為低電平時(shí)閘門關(guān)閉，這樣就能產(chǎn)生一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖。 3.4.3 電路仿真圖17 計(jì)數(shù)脈沖3.5 計(jì)數(shù)、鎖存、清零及顯示電路 3.5.1電路結(jié)構(gòu)圖18 計(jì)數(shù)、鎖存及顯示電路圖 3.5.2電路工作原理 計(jì)數(shù)清零部分由兩個(gè)74ls160d級(jí)聯(lián)組成，當(dāng)計(jì)數(shù)脈沖輸入到74ls160d的clk端時(shí)計(jì)數(shù)器開始工作。當(dāng)清零信號(hào)輸入到74ls

10、160d的clr端時(shí)計(jì)數(shù)器清零。 鎖存功能由74ls273完成，當(dāng)鎖存信號(hào)輸入到74ls273的clk端時(shí)鎖存電路在清零信號(hào)之前完成對(duì)當(dāng)前數(shù)值的鎖存。 譯碼顯示功能由4511bd譯碼器和數(shù)碼顯示管完成。3.5.3 仿真結(jié)果顯示圖19 當(dāng)被測(cè)風(fēng)速頻率為240hz,測(cè)量結(jié)果為風(fēng)速24m/s3.6 格雷碼轉(zhuǎn)換二進(jìn)制碼電路 3.6.1 電路結(jié)構(gòu)圖20 格雷碼轉(zhuǎn)換二進(jìn)制碼電路圖3.6.2 電路工作原理1、二進(jìn)制格雷碼轉(zhuǎn)換成自然二進(jìn)制碼 二進(jìn)制格雷碼轉(zhuǎn)換成自然二進(jìn)制碼,其法則是保留格雷碼的最高位作為自然二進(jìn)制碼的最高位，而次高位自然二進(jìn)制碼為高位自然二進(jìn)制碼與次高位格雷碼相異或，而自然二進(jìn)制碼的其余各位與

11、次高位自然二進(jìn)制碼的求法相類似。 3.6.3 電路仿真結(jié)果4.系統(tǒng)仿真圖21 風(fēng)速測(cè)量系統(tǒng)仿真 設(shè)定被測(cè)風(fēng)速頻率為200hz,測(cè)量結(jié)果為20m/s圖21 風(fēng)向測(cè)量系統(tǒng)仿真 （設(shè)定輸入格雷碼為1001010 則輸出二進(jìn)制碼為1110011）5 電路安裝、調(diào)試與測(cè)試5.1電路的安裝根據(jù)設(shè)計(jì)方案列出所需器件，然后購(gòu)買器件。在購(gòu)買器件時(shí)應(yīng)注意各器件多買一個(gè)備用。在多功能板上安裝各器件時(shí)，應(yīng)先確定好各器件的位置，然后將器件先焊在板子上。在multisim上查找各器件的引腳圖，并在紙上畫出。這樣做是為了保證各器件之間連接正確。最后連線。5.2 電路的調(diào)試 由于設(shè)計(jì)電路復(fù)雜，所以在板子上每焊好一個(gè)單元電路時(shí)

12、，都要對(duì)它進(jìn)行調(diào)試。調(diào)試分為電路連接調(diào)試，和波形調(diào)試。電路連接調(diào)試使用的工具是萬(wàn)用表，萬(wàn)用表用來(lái)測(cè)量各點(diǎn)是否虛焊。首先給電路通電，然后將萬(wàn)用表打到電流表，測(cè)量各點(diǎn)電流，如果一個(gè)點(diǎn)沒(méi)有電流或者通過(guò)電流過(guò)小時(shí)，則證明這個(gè)點(diǎn)虛焊，應(yīng)及時(shí)修改。波形調(diào)試使用的工具是示波器和信號(hào)發(fā)生器，它們用來(lái)測(cè)量每個(gè)單元電路是否正常工作。首先給電路通電，然后給單元電路的輸入端加一個(gè)輸入信號(hào)，在輸出端接示波器，觀察示波器上的波形是否與仿真波形相同。5.2.1 單元電路調(diào)試555時(shí)基電路的波形調(diào)試 見附錄二單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路鎖存信號(hào)調(diào)試 見附錄三單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路清零信號(hào)調(diào)試 見附錄四5.3系統(tǒng)功能及性能測(cè)試 5.3.1測(cè)試方法設(shè)

13、計(jì) 風(fēng)速測(cè)量電路測(cè)試方法設(shè)計(jì)：給風(fēng)速測(cè)量電路通電，設(shè)定函數(shù)信號(hào)發(fā)生器輸出為200hz的方波信號(hào)，加在閘門電路的輸入端，觀察顯示結(jié)果是否為20。風(fēng)速測(cè)量電路測(cè)試方法設(shè)計(jì)：隨便給風(fēng)向測(cè)量電路輸入端加一組七位格雷碼，與格雷碼與二進(jìn)制碼轉(zhuǎn)換表對(duì)照觀察輸出端輸出的二進(jìn)制碼是否正確。 5.3.2 測(cè)試結(jié)果及分析 測(cè)試結(jié)果：風(fēng)速測(cè)量電路鎖存數(shù)碼顯示管上顯示的鎖存數(shù)值在21到20之間波動(dòng)。計(jì)數(shù)數(shù)碼顯示管上從零開始計(jì)數(shù)然后到20或者21后自動(dòng)清零。 風(fēng)向測(cè)量電路的格雷碼與二進(jìn)制碼轉(zhuǎn)換完全正確。 結(jié)果分析：由于計(jì)時(shí)脈沖的誤差和實(shí)際電路的延遲，導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果在21到20，之間波動(dòng)屬于正?，F(xiàn)象。6 結(jié)論風(fēng)速測(cè)量電路和風(fēng)

14、向測(cè)量電路工作正常，性能穩(wěn)定，達(dá)到了預(yù)期結(jié)果。這說(shuō)明這個(gè)設(shè)計(jì)方案思路正確，可行性較高。7 參考文獻(xiàn) 電子技術(shù)基礎(chǔ)數(shù)字部分（第四版）主編 康華光 副主編 皺壽彬 數(shù)字邏輯電路 科學(xué)出版社 楊文霞 孫青林 電工電子技術(shù)實(shí)踐教程機(jī)械工業(yè)出版社 袁桂慈 主編8 總結(jié)體會(huì)和建議自從接到這個(gè)設(shè)計(jì)任務(wù)開始，我們就積極開展各項(xiàng)工作。從確定設(shè)計(jì)思路到完成整體方案的設(shè)計(jì)，我們組的成員都付出了巨大的努力，前前后后設(shè)計(jì)的方案不下三種，電路圖、仿真圖不下十張，經(jīng)常熬夜到很晚，直到電腦沒(méi)電。在設(shè)計(jì)過(guò)程當(dāng)中，我們也遇到了很多的挫折，仿真不出結(jié)果是我們最痛苦的事情。一次次的嘗試，一次次的失敗，對(duì)我們的耐心和毅力都是極大的考驗(yàn)

15、。但是經(jīng)過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我們也收獲了很多很多。一個(gè)團(tuán)隊(duì)之間的團(tuán)結(jié)、配合是達(dá)到成功最重要的因素。在這里我要首先謝謝我的同組隊(duì)員們，沒(méi)有他們我們的任務(wù)就不會(huì)完成。其次我要謝謝教過(guò)我們知識(shí)的老師：楊新華老師，王曉蘭老師，袁桂慈老師，陳偉老師，李文輝老師，王惠中老師，張宏亮老師等等，是他們讓我擁有了知識(shí)和能力，他們的敬業(yè)讓我感動(dòng)，在這里我要真誠(chéng)的說(shuō)一句謝謝，謝謝你們無(wú)私的付出。我們會(huì)更加努力，以優(yōu)異的成績(jī)報(bào)答你們。其中要特別感謝王曉蘭老師的辛勤指導(dǎo)，她的指導(dǎo)給了我們很大的幫助。最后我要感謝學(xué)校給了我們這次鍛煉自己的機(jī)會(huì)，這樣的機(jī)會(huì)讓我們學(xué)到了很多知識(shí)，明白了許多道理，提高了我們的設(shè)計(jì)能力，動(dòng)手能力，團(tuán)

16、隊(duì)協(xié)作精神。這對(duì)我們以后的工作都有莫大的幫助。最后祝愿老師們身體健康、闔家歡樂(lè)，母校繁榮昌盛，鼎盛千秋！附錄表1 方位角度格雷碼進(jìn)制碼對(duì)照表方位角度格雷碼二進(jìn)制碼方位角度格雷碼二進(jìn)制碼1300000010000001236500111000010111260000011000001024680010100001100038000001000000112570001010100110014110000110000010026730010111001101051400001110000101277600101100011011617000010100001112879001001000111007

17、200000100000100029820010011001110182300011000001001308400100010011110325000110100010103187001000000111111028000111100011113290011000001000001131000111000010113393011000101000011234000101000011003496011001101000101337000101100011013598011001001000111439000100100011103610101101100100100154200010000001

18、11137104011011101001011645001100000100003810701101010100110174800110010010001391100110100010011118510011011001001040113011110001010001953001101000100114111501111010101001205600111100010100421180111111010101021590011111001010143121011111001010112262001110100101104412401110100101100續(xù)表 方位角度格雷碼二進(jìn)制碼方位角度格

19、雷碼二進(jìn)制碼451270111011010110168191110011010001004612901110010101110691941100111100010147132011100001011117019711001011000110481350101000011000071200110010010001114913801010010110001722031101100100100050141010101101100107320511011011001001511430101010011001174208110111110010105214601011100110100752111101

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