數(shù)字式紅外測速儀-課程設(shè)計(共14頁)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上數(shù)字式紅外測速儀一、設(shè)計技術(shù)指標與要求1、用紅外發(fā)光二極管、光敏三極管作為速度轉(zhuǎn)換裝置。2、測速范圍：10 990轉(zhuǎn)/分。3、三位數(shù)字顯示，顯示不允許閃爍。二、設(shè)計目的和要求1、設(shè)計目的 本課程設(shè)計是在前導(dǎo)性驗證性認知實驗基礎(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?、設(shè)計要求1.以電子技術(shù)基礎(chǔ)的基本理論為指導(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

2、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；2.熟悉常用電子儀器操作使用和測試方法；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；4.學(xué)習(xí)電子系統(tǒng)電路的安裝調(diào)試技術(shù)；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或特定功能的電子電路設(shè)計任務(wù)。三、實驗原理構(gòu)思 1、轉(zhuǎn)速概念 轉(zhuǎn)速是旋轉(zhuǎn)物體的轉(zhuǎn)數(shù)與時間之比的物理量,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

3、。測時計數(shù)是轉(zhuǎn)速計量的基本方法。 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。 2、光電式紅外測速儀 經(jīng)查閱資料知道目前在光電式轉(zhuǎn)速表方面使用的檢測裝置有兩種: a. 采用轉(zhuǎn)速標準裝置,將定向反射紙貼于裝置的測速盤上,由轉(zhuǎn)速標準裝置通過測速盤輸出標準轉(zhuǎn)速,進行檢測。 采用脈沖光源測 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)計及一個發(fā)光二極管組成。 兩種檢測裝置的工作原理有質(zhì)的差別。脈沖光源測速裝置能否做為標準,在轉(zhuǎn)速界爭議較大。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

4、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。 四、設(shè)計方案構(gòu)思1、方案一譯碼轉(zhuǎn)換計數(shù)器光電轉(zhuǎn)換裝置被測旋轉(zhuǎn)物體LED顯示圖-1 方案一流程圖2方案二被測旋轉(zhuǎn)物體體計數(shù)器光電轉(zhuǎn)換裝置譯碼轉(zhuǎn)換60s時鐘電路LED顯示 圖-2 方案二流程圖 通過比較可知因為方案二加入了60s時鐘電路，同時具備了時鐘計數(shù)功能，每60s自

5、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。五、設(shè)計原理及步驟1、數(shù)字式紅外測速儀原理框圖計數(shù)器光電轉(zhuǎn)換裝置被測旋轉(zhuǎn)物體LED顯示60s時鐘電路譯碼轉(zhuǎn)換圖-3 數(shù)字式紅外測速儀原理框圖 2、光電轉(zhuǎn)換模擬電路圖-4 光電轉(zhuǎn)換電路模擬圖當合上開關(guān)時，紅外發(fā)光二極管導(dǎo)通并發(fā)射紅外線，當遮光板上小洞正好與發(fā)光二極管和光敏三極管在一條線上時，光敏三極管接收紅外線，并產(chǎn)生一高電平脈沖信號，輸出給計數(shù)器。3、三極管產(chǎn)生的高電平信號波形圖，如下圖圖-5 三極管產(chǎn)生的高電平信號波形圖實際使用時需用施密特觸發(fā)器對三極管產(chǎn)生的高電平信號整形，同時輸出一高低電平信號。圖

6、-6 施密特觸發(fā)器4、輸出脈沖模擬計數(shù)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。圖-7 輸出脈沖模擬計數(shù)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)。如果用手動來合上斷開開關(guān)并計時，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。5、脈沖計數(shù)問題解決可用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),當計數(shù)到60，停止計數(shù)，實現(xiàn)一分鐘定時功能。6、1s脈沖發(fā)生器電路-555定時器該555定

7、時器產(chǎn)生1s時鐘脈沖，用于下面計數(shù)器計數(shù)。圖-8 1s脈沖發(fā)生器電路-555定時器7、六十進制計數(shù)器 定時計數(shù)電路圖-9 60s定時計數(shù)電路用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74LS160D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)。8、譯碼顯示電路圖-10 三位譯碼顯示電路圖采用了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。而且計數(shù)至990時自動清零，即實現(xiàn)了測速范圍 （10990轉(zhuǎn)/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)。六、數(shù)字式

8、紅外測速儀總電路圖圖-11 數(shù)字式紅外測速儀總電路圖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脈沖信號，人工計時，故減少了工作量。七、所用器件紅外發(fā)光二極管、光敏三極管各一片，1K電阻、開關(guān)、與非、非門、與非門若干，555定時器一片，74LS160D計數(shù)器五片，施密特觸發(fā)器一片，DCD -HEX型數(shù)碼顯示管五片，電源若干。八、設(shè)計總結(jié)1、該電路最大的優(yōu)點是運用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(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

9、對模擬電路來說誤差還是小很多。2、仿真實驗遇到過一些問題，因本次設(shè)計的電路圖，有些部分無法仿真，因為紅外線照射光敏三級管在軟件里并未看到明顯的效果，但是可以模擬一下，就是用一個開關(guān)不斷的斷合來模擬下降沿脈沖信號，或者通過一個下降沿的函數(shù)信號發(fā)生器來模擬使計數(shù)器工作。4、一些元器件不知道怎么連接，對于計數(shù)器的清零等問題都是通過翻閱資料、上網(wǎng)、與同學(xué)討論后并解決，才有最終的總電路圖。5、總之，該電路結(jié)構(gòu)簡單，只能用于要求很低的場合，而對于要求比較高的電路是不實用的。因此還有許多細節(jié)的地方需要改進。九、設(shè)計心得體會通過這次課程設(shè)計，我對紅外二極管和光敏三極管組合測轉(zhuǎn)速這種方法有了一定的實驗操作經(jīng)驗，

10、雖然實驗是用Mulitisim 12 虛擬實驗室模擬得出的，在實際實驗室中應(yīng)該也會有出現(xiàn)這種效果。這次課程設(shè)計使我更熟練的使用Mulitisim 類型虛擬實驗室軟件，也掌握了電子線路設(shè)計的基本思想和方法。根據(jù)設(shè)計目的和用途先進行原理的轉(zhuǎn)換，再確定電路方案，根據(jù)原理圖選擇所需要的器件，最終連線仿真測試，測試中再不斷完善電路和方案。有些在課本中學(xué)到的元器件這次也算真正的用上了，也使我對一些元器件有了新的認識，加深了對它們各自功能的理解，理論與實踐相結(jié)合，這是一次很好的鍛煉機會，即鞏固了模擬電子技術(shù)里一部分知識，也加強了最近學(xué)過的數(shù)字電子技術(shù)部分內(nèi)容的理解。這次試驗?zāi)艹晒κ紫纫兄x老師平時的教導(dǎo)和這幾天的指導(dǎo)，也是這次課程設(shè)計加強了自己的動手能力，也對后續(xù)課程學(xué)習(xí)有很大幫助。這次