《檢測(cè)技術(shù)課程設(shè)計(jì)》指導(dǎo)書(shū)

《檢測(cè)技術(shù)課程設(shè)計(jì)》

指導(dǎo)書(shū)

機(jī)電工程系

2014年5月

目錄

課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)................................................................2

題目1溫度傳感器控制電路..................................................5

題目2光電路燈自動(dòng)控制系統(tǒng)...............................................10

題目3工件稱(chēng)重自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)...............................................13

題目4直流電機(jī)轉(zhuǎn)速自動(dòng)檢測(cè)器.............................................14

題目5自動(dòng)空氣凈化風(fēng)扇控制器.............................................26

題目6汽車(chē)敲擊防盜報(bào)警器.................................................29

題目7盆花水分檢測(cè)報(bào)警器.................................................35

題目8水池水位極限檢測(cè)報(bào)警器.............................................44

題目9抽屜防盜報(bào)警器.....................................................49

題目10生產(chǎn)線(xiàn)用自動(dòng)計(jì)數(shù)器（光電式）......................................55

題目11生產(chǎn)線(xiàn)用自動(dòng)計(jì)數(shù)器（電感式）......................................75

題目12燃?xì)庑孤秷?bào)警器....................................................76

題目13觸摸延時(shí)燈.........................................................82

題目14光控式自動(dòng)照明燈..................................................89

題目15恒溫電烙鐵.........................................................90

題目16紅外線(xiàn)控制照明燈..................................................92

題目17聲音強(qiáng)度檢測(cè)器....................................................94

題目18熱電偶溫度變送器設(shè)計(jì)..............................................96

題目19光電越限報(bào)警器....................................................106

題目20金屬探測(cè)器........................................................119

課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)

一、本課程設(shè)計(jì)的地位和作用

檢測(cè)技術(shù)課程設(shè)計(jì)是檢測(cè)技術(shù)基礎(chǔ)教學(xué)中的一個(gè)實(shí)踐環(huán)節(jié),它使學(xué)生自己通

過(guò)設(shè)計(jì)和搭建一個(gè)實(shí)用傳感器產(chǎn)品雛形，鞏固和加深在檢測(cè)技術(shù)課程中的理論基

礎(chǔ)和實(shí)驗(yàn)中的基本技能,訓(xùn)練電子產(chǎn)品制作時(shí)的動(dòng)手能力。通過(guò)該課程設(shè)計(jì)，設(shè)

計(jì)出符合任務(wù)要求的電路,掌握通用電子電路的一般設(shè)計(jì)方法和步驟，訓(xùn)練并提

高學(xué)生在文獻(xiàn)檢索、資料利用、方案比較和元器件選擇等方面的綜合能力，同時(shí)

為畢業(yè)設(shè)計(jì)和畢業(yè)以后從事檢測(cè)技術(shù)方面的科研和開(kāi)發(fā)打下一定的基礎(chǔ)。

二、課程設(shè)計(jì)的目的和要求

1.能夠較全面地鞏固和應(yīng)用“檢測(cè)技術(shù)”課程中所學(xué)的基本理論和基本方

法，并初步掌握小型檢測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本方法。

2.能合理、靈活地應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)集成電路器件實(shí)現(xiàn)規(guī)定的檢測(cè)系統(tǒng)。

3.培養(yǎng)獨(dú)立思考、獨(dú)立設(shè)計(jì)規(guī)定功能的檢測(cè)系統(tǒng)的能力。

4.培養(yǎng)獨(dú)立進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，包括電路布局、安裝、調(diào)試和排除故障的能力。

5.培養(yǎng)書(shū)寫(xiě)綜合設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告的能力。

三、課程設(shè)計(jì)的基本要求

根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)，從選擇設(shè)計(jì)方案開(kāi)始，進(jìn)行電路設(shè)計(jì)；選擇合適的器件，畫(huà)

出設(shè)計(jì)電路圖；通過(guò)安裝、調(diào)試，直至實(shí)現(xiàn)任務(wù)要求的全部功能。對(duì)電路要求布

局合理，走線(xiàn)清晰，工作可靠，經(jīng)驗(yàn)收合格后，寫(xiě)出完整的課程設(shè)計(jì)報(bào)告。

四、課程設(shè)計(jì)的具體步驟

電子電路的一般設(shè)計(jì)方法和步驟是：分析設(shè)計(jì)任務(wù)和性能指標(biāo)，選擇總體方

案，設(shè)計(jì)單元電路，選擇器件，計(jì)算參數(shù)，畫(huà)總體電路圖。進(jìn)行仿真試驗(yàn)和性能

測(cè)試。實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中往往反復(fù)進(jìn)行以上各步驟，才能達(dá)到設(shè)計(jì)要求，需要靈活

掌握。

L總體方案選擇

設(shè)計(jì)電路的第一步就是選擇總體方案，就是根據(jù)提出的設(shè)計(jì)任務(wù)要求及性能

指標(biāo)，用具有一定功能的若干單元電路組成一個(gè)整體，來(lái)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)任務(wù)提出的各

項(xiàng)要求和技術(shù)指標(biāo)。

設(shè)計(jì)過(guò)程中，往往有多種方案可以選擇，應(yīng)針對(duì)任務(wù)要求，查閱資料，權(quán)衡

各方案的優(yōu)缺點(diǎn)，從中選優(yōu)。

2.單元電路的設(shè)計(jì)

2.1設(shè)計(jì)單元電路的一般方法和步驟

A.根據(jù)設(shè)計(jì)要求和選定的總體方案原理圖，確定對(duì)各單元電路的設(shè)計(jì)要

求，必要時(shí)應(yīng)詳細(xì)擬定主要單元電路的性能指標(biāo)。

B.擬定出各單元電路的要求后，對(duì)它們進(jìn)行設(shè)計(jì)。

C.單元電路設(shè)計(jì)應(yīng)采用符合的電平標(biāo)準(zhǔn)。

2.2元器件的選擇

針對(duì)檢測(cè)電路的課程設(shè)計(jì)，在搭建單元電路時(shí)，對(duì)于特定功能單元選擇主要

集成塊的余地較小。比如時(shí)鐘電路選555,轉(zhuǎn)換電路選0809,譯碼及顯示驅(qū)動(dòng)電

路也都相對(duì)固定。但由于電路參數(shù)要求不同，還需要通過(guò)選擇參數(shù)來(lái)確定集成塊

型號(hào)。一個(gè)電路設(shè)計(jì)，單用檢測(cè)技術(shù)課程內(nèi)容是不夠的，往往同時(shí)摻有線(xiàn)性電路

元件和集成塊，因此還需對(duì)相應(yīng)內(nèi)容熟悉，比如運(yùn)算放大器的種類(lèi)和基本用法，

集成比較器和集成穩(wěn)壓電路的特性和用法?？傊?，構(gòu)建單元電路時(shí)，選擇器件的

電平標(biāo)準(zhǔn)和電流特性很重要。放大電路、脈沖產(chǎn)生電路、數(shù)模和模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、

采樣和存儲(chǔ)電路等，參數(shù)選擇恰當(dāng)可以發(fā)揮其性能并節(jié)約設(shè)計(jì)成本。

單元電路設(shè)計(jì)過(guò)程中，阻容元件的選擇也很關(guān)鍵。它們的種類(lèi)繁多，性能各

異。優(yōu)選的電阻和電容輔助于數(shù)字電路的設(shè)計(jì)可以使其功能多樣化、完整化。

3.電路仿真與調(diào)整

檢測(cè)電路設(shè)計(jì)以傳感器為主體，因此各單元電路的輸入輸出之間的正確傳遞

決定了設(shè)計(jì)內(nèi)容的成敗。具體步驟要求每一個(gè)單元電路都須經(jīng)過(guò)仿真與調(diào)整，確

保單元正確。各單元之間的匹配連接是設(shè)計(jì)的最后步驟，主要包含兩方面，分別

是電平匹配和驅(qū)動(dòng)電流匹配，它也是整個(gè)設(shè)計(jì)成功的關(guān)鍵一步。

4.衡量設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)

工作穩(wěn)定可靠；能達(dá)到預(yù)定的性能指標(biāo)，并留有適當(dāng)?shù)挠嗔?；電路?jiǎn)單，成

本低，功耗低；器件數(shù)目少，集成體積小，便于生產(chǎn)和維護(hù)。

五、課程設(shè)計(jì)報(bào)告要求

課程設(shè)計(jì)報(bào)告應(yīng)包括以下內(nèi)容:

1.對(duì)設(shè)計(jì)課題進(jìn)行簡(jiǎn)要闡述。

2.設(shè)計(jì)任務(wù)及其具體要求。

3.總體設(shè)計(jì)方案方框圖及各部分電路設(shè)計(jì)（含各部分電路功能、輸入信號(hào)、

輸出信號(hào)、電路設(shè)計(jì)原理圖及其功能闡述、所選用的集成電路器件等）。

4.整機(jī)電路圖（電路圖應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)邏輯符號(hào)繪制，電路圖中應(yīng)標(biāo)明接線(xiàn)引出

端名稱(chēng)、元件編號(hào)等）。

5.器件清單。

6.仿真調(diào)試結(jié)果記錄。

7.總結(jié)與體會(huì)。

課程設(shè)計(jì)報(bào)告應(yīng)內(nèi)容完整、字跡工整、圖表整齊、數(shù)據(jù)詳實(shí)。

題目1溫度傳感器控制電路

通過(guò)電位器（可調(diào)電阻）可設(shè)定高低兩個(gè)溫度。當(dāng)水溫超過(guò)高溫時(shí)，亮紅燈,

如水溫下降繼續(xù)亮紅燈，直到水溫降低到低溫設(shè)定時(shí)，則亮綠燈，如水溫上升而

繼續(xù)亮綠燈，直到水溫超過(guò)高溫則亮紅燈。紅燈和綠燈不可同時(shí)亮。

一、設(shè)計(jì)任務(wù)與要求

I.設(shè)計(jì)任務(wù)

完成相應(yīng)電路設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)環(huán)境溫度達(dá)到事先設(shè)定的值時(shí)就開(kāi)始鳴叫的功能；

電路應(yīng)包含電阻橋與電流反射鏡電路也可用其具有相應(yīng)功能的芯片替代；

用軟件畫(huà)出電路原理圖；

按電路原理圖合理設(shè)計(jì)電路板并做出實(shí)物。

2.具體要求

查找資料，自行設(shè)計(jì)電路，設(shè)計(jì)電路原理圖，明白設(shè)計(jì)原理；

用軟件畫(huà)出電路原理圖；

購(gòu)買(mǎi)元件，在電路板上安裝完成焊接并調(diào)試電路，最終達(dá)到設(shè)計(jì)任務(wù)要求；

按照課程設(shè)計(jì)報(bào)告的格式要求完成總結(jié)設(shè)計(jì)報(bào)告；

二、方案確定

方案一：

1.電路圖

圖1

此電路主要由熱敏電阻、施密特集成電路CD4093、發(fā)光二極管、蜂鳴器等

組成。電路分兩部分，由A、B及R4、C1組成上限報(bào)警功能。而以C、D及R5、

C2構(gòu)成下限報(bào)警功能，如圖2所示。

圖2

2.原理

平時(shí)RP1、RP2分別設(shè)置上限和下限兩個(gè)報(bào)警點(diǎn)。當(dāng)溫度過(guò)高時(shí)，熱敏電阻

R1阻值減小，使A輸出高電平，B起振，蜂鳴器發(fā)出蜂鳴聲，同時(shí)發(fā)光二極管

LED1亮，顯示溫度過(guò)高。溫度過(guò)低時(shí)，熱敏電阻R2阻值增大使C輸出高電平,

D起振，蜂鳴器發(fā)出蜂鳴聲，發(fā)光二極管LED2亮，顯示溫度過(guò)低。

方案二：

圖1

2.原理

此電路主要由熱敏電阻、三極管、發(fā)光二極管、蜂鳴器、電源等組成，當(dāng)接

通電源時(shí)，調(diào)節(jié)可變電阻，確定蜂鳴器的發(fā)聲點(diǎn)。用手持溫度計(jì)測(cè)溫，把熱敏電

阻伸入40C水中，調(diào)節(jié)可變電阻，確定剛聽(tīng)到蜂鳴器發(fā)聲的位置。

比較：方案一可設(shè)定溫度的上下限，以將溫度控制在一定的范圍內(nèi)。報(bào)警器

采用了一塊施密特集成電路CD4093,反應(yīng)靈敏且聲光顯示。整機(jī)元件少、功耗

也低、稍作改變可改變電路功能。若用光敏電阻代替熱敏電阻，可作光照強(qiáng)度報(bào)

警器。從LED引出控制信號(hào)控制補(bǔ)光、加濕（如超聲波加濕器）便組成自動(dòng)補(bǔ)光、

恒濕控制器。而方案二功能單一。

三、電路設(shè)計(jì)

1.電路圖

圖2

2.元器件選擇

元件規(guī)格

可變電阻Rpl=10kQRp2=10kQ

熱敏電阻Rl=lkQR2=lkQ

滌綸電容Cl=300pC2=1000p

電阻R3=3kQR4=2MR5=2M

發(fā)光二極管LED!LED2

施密特集成電路CD4093

蜂鳴器

3.電路原理

電路分兩部分，由A、B及R4、C1組成上限報(bào)警功能。而以C、D及R5、C2

構(gòu)成下限報(bào)警功能。平時(shí)RP1、RP2分別設(shè)置上限和下限兩個(gè)報(bào)警點(diǎn)，使A和C

輸入端都為高電平，輸出都為低電平而使振蕩器都停振。當(dāng)溫度過(guò)高時(shí)，熱敏電

阻R1阻值減小，使A輸出高電平，B起振，蜂鳴器發(fā)出蜂鳴聲。同時(shí)，發(fā)光二

極管LED1亮，顯示溫度過(guò)高。溫度過(guò)低時(shí)，熱敏電阻R2阻值增大使C輸出高電

平，D起振，蜂鳴器發(fā)出蜂鳴聲。發(fā)光二極管LED2亮，顯示溫度過(guò)低。

由于CMOS電路靜態(tài)功耗極小，電流僅在微安級(jí)，故靜態(tài)時(shí)的電源消耗主要

在RP1、RP2和熱敏電阻上。若能采用阻值在百kQ以上的專(zhuān)用測(cè)溫電阻，RPK

RP2也相應(yīng)地按圖中比例加大，則靜態(tài)時(shí)的電源消耗可控制得很小，這對(duì)延長(zhǎng)電

池使用壽命極為有利。

4.數(shù)據(jù)處理

Rt=R*Exp(B*(l/Tl-l/T2))(Rt是熱敏電阻在T1溫度下的阻值；R是熱敏

電阻在T2常溫下的阻值；B是熱敏電阻的參數(shù)，這里取4000；Exp是e的n次

方。)

熱敏電阻在低溫時(shí)，Rt=1.372kQ

4000(1/T1-1/25)

1.372=1*2.7183

4000/T1-160

=2.7183

lnl.372=4000/Tl-160

160.316=4000/Tl

Tl=4000/160.316

024.95CO

此時(shí)可變電阻Rpl=4.46kQ,則此電路在低于24.95℃時(shí)報(bào)警，即下限報(bào)警點(diǎn)

為24.95℃

熱敏電阻在高溫時(shí)，萬(wàn)用表測(cè)得熱敏電阻阻值為0,通過(guò)查NTC1Z。熱敏電

阻阻值與溫度對(duì)應(yīng)表得出上限報(bào)警點(diǎn)為150℃,此時(shí)Rp2=4.30k。

四、電路的制作與調(diào)試

1.制作過(guò)程

按電路圖，在電路板上安排好各元件的位置，然后在電路板上焊接電路。焊

接完成后，接通電源。發(fā)光二極管亮，而蜂鳴器不響。檢查電路，發(fā)現(xiàn)施密特集

成電路沒(méi)有接電。施密特集成電路接電后，電路接通電源，調(diào)試可變電阻，使電

路在高溫狀態(tài)時(shí)，LED1亮同時(shí)蜂鳴器發(fā)聲，在低溫狀態(tài)時(shí)，LED2亮，蜂鳴器發(fā)

聲。

2.調(diào)試過(guò)程

由于沒(méi)有2個(gè)2MQ電阻，我們用的是2.2〃。電阻。因?yàn)閴弘娞沾善默F(xiàn)

象不明顯，用蜂鳴器來(lái)代替。調(diào)整2個(gè)可變電阻，使其阻值在合適的位置，從而

當(dāng)熱敏電阻的溫度升高時(shí)，LED1亮，蜂鳴器響，當(dāng)溫度降低時(shí)，LED2亮，蜂鳴

器響。

3.結(jié)果分析

在焊接電路時(shí)，各元件的位置要選好，注意各個(gè)焊點(diǎn)互不接觸，電線(xiàn)盡量不

交叉。在焊接過(guò)程中，要注意安全，按照焊接要求做。

題目2光電路燈自動(dòng)控制系統(tǒng)

通過(guò)光電元件自動(dòng)采集外界自然光線(xiàn)，當(dāng)無(wú)光照時(shí)控制220V日光燈亮，當(dāng)

外界有光照時(shí)控制該燈熄滅。

一、設(shè)計(jì)要求

1.電路可選用模擬電路、數(shù)字電路或混合電路實(shí)現(xiàn)。

2.受控電路總功率200W（AC:220V燈泡）

3.控制電路直流供電電壓12V;

4.控制電路的光照度強(qiáng)度可調(diào)整

二、設(shè)計(jì)圖

三、電路工作原理

由于路燈控制器對(duì)自然光照強(qiáng)度的檢測(cè)與轉(zhuǎn)換采用了集成觸發(fā)器，雖然這樣

可以利用它特有的特性用于脈沖整形，以消除噪聲的影響，避免繼電器在動(dòng)作閥

值附近發(fā)生不應(yīng)有的頻繁誤動(dòng)作，但是它固有的滯后電壓也帶來(lái)了開(kāi)燈與關(guān)燈時(shí)

不同的光照強(qiáng)度動(dòng)作閥值，開(kāi)燈時(shí)的自然光照強(qiáng)度小于關(guān)燈時(shí)的自然光照強(qiáng)度。

要將路燈控制器的自動(dòng)控制系統(tǒng)，必須采取措施減弱這一不利影響。一般來(lái)

說(shuō)，，早晨時(shí)與自然光照強(qiáng)度相同，而傍晚時(shí)因受自身建筑物的遮擋小于自然光

照強(qiáng)度，這一特性正好與路燈控制器開(kāi)燈與關(guān)燈時(shí)不同的光照強(qiáng)度動(dòng)作閥值特性

相吻合。因此，路燈控制器，就可以減弱其固有滯后特性帶來(lái)的不利影響，使采

用路燈控制器自動(dòng)控制系統(tǒng)的開(kāi)、關(guān)燈光照強(qiáng)度動(dòng)作閥值趨于一致。路燈控制器

用于調(diào)節(jié)開(kāi)、關(guān)燈動(dòng)作閥值的電位器由于調(diào)節(jié)范圍小，不能滿(mǎn)足需要，還應(yīng)在路

燈控制器的感光探頭處加裝一個(gè)可以調(diào)整的遮光裝置。這樣，就可以通過(guò)調(diào)整遮

光裝置的遮光系數(shù)實(shí)現(xiàn)開(kāi)、關(guān)燈動(dòng)作閥值的粗調(diào)，調(diào)節(jié)路燈控制器的電位器實(shí)現(xiàn)

細(xì)調(diào)，從而實(shí)現(xiàn)照明自動(dòng)控制系統(tǒng)的靈活調(diào)整。

該電路主要由R4和光敏電阻GR組成，白天因光敏電阻GR受光線(xiàn)照射，

電阻變小，IC的1腳呈低電位，IC的輸出端為低電平，VS阻斷，燈路關(guān)閉，這

時(shí)，燈都不會(huì)亮。到夜晚，GR的電阻隨環(huán)境光線(xiàn)的減弱而增大，與上述過(guò)程相

反,VS導(dǎo)通。若出現(xiàn)光控時(shí)間偏早或偏晚，調(diào)節(jié)R4阻值，使GR兩端的電壓在

閾值附近變化(天黑亮燈前后)。

四、元器件選擇

RIR2選用四分之一W金屬膜或碳膜電阻

RG選用MG45光敏電阻

RP小型電位器或WSW型電位器

C1選用16V鋁電解電容

C2耐壓400V以上滌綸電容

VD1-VD3IN4007硅整流二極管

VSIN4742(1W12V)硅穩(wěn)壓二極管

VTTLC336A(3A,600V)雙響晶閘管

ICUA431或TL431精密穩(wěn)壓集成電路

五、電路制作與調(diào)試

目前路燈控制方案主要有時(shí)控法和光控法兩種。時(shí)控法的主要缺點(diǎn)是不考慮

天氣對(duì)光照度的影響，每天在固定的時(shí)間開(kāi)/關(guān)燈；從而造成陰雨天光照度嚴(yán)重

不足但沒(méi)有開(kāi)燈，或者晴朗天氣雖然到了固定開(kāi)燈時(shí)間但光照度仍然充足，白白

浪費(fèi)電力；關(guān)燈時(shí)間的固定不變，同樣出現(xiàn)類(lèi)似的不合理現(xiàn)象。此外，隨著季節(jié)

的變化，定時(shí)器需要人工頻繁地調(diào)整。光控法的主要缺點(diǎn)是在光線(xiàn)不足的白天，

或者夜晚有強(qiáng)光照射時(shí)都有可能發(fā)生誤動(dòng)作。根據(jù)電路原理圖畫(huà)印制電路板圖，

把元?dú)饧许樞虻暮附釉陔娐钒迳?。檢查元?dú)饧欠裼刑摵?。在電路焊接好的?/p>

況下接上電源，看電路是否能正常的工作。能正常工作，則電路焊接的很好，若

不能正常有效的工作，在根據(jù)具體出現(xiàn)的問(wèn)題加以改正，直到電路能有效正常的

運(yùn)行。

題目3工件稱(chēng)重自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)

通過(guò)電位器（可調(diào)電阻）可設(shè)定工件重量的上下限。當(dāng)工件的重量處于規(guī)格

內(nèi)，即在上下限之間時(shí)亮綠燈；如處于規(guī)格外，即小于下限或大于上限則亮紅燈。

參考題目1溫度傳感器控制電路

題目4直流電機(jī)轉(zhuǎn)速自動(dòng)檢測(cè)器

通過(guò)電位器調(diào)節(jié)直流電機(jī)電壓以控制電機(jī)轉(zhuǎn)速，以光電傳感器自動(dòng)檢測(cè)電機(jī)

轉(zhuǎn)速，并用儀表顯示出來(lái)。

一、設(shè)計(jì)任務(wù)和要求

各種電機(jī)在工業(yè)得到廣泛應(yīng)用，為了能方便的對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制、監(jiān)視、調(diào)速,

有必要對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行測(cè)量，從而提高自動(dòng)化程度。同時(shí)電路能擴(kuò)展其應(yīng)用功

能，具有測(cè)量頻率的功能，因此對(duì)電路提出以下基本要求：

1.對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行測(cè)量，并數(shù)字顯示，采樣單位為每秒幾轉(zhuǎn)。

2.電機(jī)轉(zhuǎn)速一般每秒不超過(guò)100轉(zhuǎn)，采用2位十進(jìn)制已經(jīng)足夠（既2個(gè)數(shù)碼管）,

但是考慮到此電路有其他用途，所以仍采用四位數(shù)碼管，最大可以計(jì)數(shù)4位十進(jìn)

制，同時(shí)可以升級(jí)為頻率計(jì)使用。

3.轉(zhuǎn)速測(cè)量誤差每秒不超過(guò)一圈，內(nèi)部時(shí)鐘穩(wěn)定度每天不超一秒。

4.電路原理要求簡(jiǎn)單，便于制作調(diào)試，元件成本低廉易購(gòu)。

二、總體方案設(shè)計(jì)

1.設(shè)計(jì)思路

（1）利用光電開(kāi)關(guān)管做電機(jī)轉(zhuǎn)速的信號(hào)拾取元件，在電機(jī)的轉(zhuǎn)軸上安裝一

圓盤(pán)，在圓盤(pán)上挖一小洞，小洞上下分別對(duì)應(yīng)著光發(fā)射和光接受開(kāi)關(guān)，圓盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)

一圈既光電管導(dǎo)通一次，利用此信號(hào)做為脈沖計(jì)數(shù)所需。

（2）計(jì)數(shù)脈沖通過(guò)計(jì)數(shù)電路進(jìn)行有效的計(jì)數(shù)，按照設(shè)計(jì)要求每一秒種都必

須對(duì)計(jì)數(shù)器清零一次，因?yàn)殡娐穼?shí)行秒更新，所以計(jì)數(shù)器到譯碼電路之間有鎖存

電路，在計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)的過(guò)程中對(duì)上一次的數(shù)據(jù)進(jìn)行鎖存顯示，這樣做不僅解

決了數(shù)碼顯示的邏輯混亂，而且避免了數(shù)碼顯示的閃爍問(wèn)題。

（3）對(duì)于脈沖記數(shù)，有測(cè)周和測(cè)頻的方式。測(cè)周電路的測(cè)量精度主要受電

路系統(tǒng)的脈沖產(chǎn)生電路的影響，對(duì)于低頻率信號(hào)，其精度較高。測(cè)頻電路其對(duì)于

正負(fù)一的信號(hào)差比較敏感，對(duì)于低頻率信號(hào)的測(cè)量誤差較大，但是本電路仍然采

用測(cè)頻方式，原因是本電路對(duì)于馬達(dá)電機(jī)轉(zhuǎn)速精度要求較低，本電路還有升級(jí)為

頻率計(jì)使用，而測(cè)頻方式對(duì)高頻的精度還是很高的。

（4）顯示電路采用靜態(tài)顯示方法，由于靜態(tài)顯示易于制作和調(diào)試，原理也

較簡(jiǎn)單，所需元易于購(gòu)買(mǎi)。

（5）電路時(shí)鐘是整個(gè)電路的關(guān)鍵，他是整個(gè)電路有效工作的核心，負(fù)責(zé)電

路的鎖存和清零。其基本思路是：產(chǎn)生頻率一秒是時(shí)鐘，當(dāng)秒時(shí)鐘到來(lái)時(shí)，既上

升沿到來(lái)時(shí)，對(duì)鎖存電路進(jìn)行鎖存，鎖存以后才能對(duì)計(jì)數(shù)器進(jìn)行清零，鎖存和清

零間隔要充分小，否則就影響電路的計(jì)數(shù)準(zhǔn)確度。鑒于此，對(duì)鎖存集成必須采用

邊沿觸發(fā)形式的集成，并且計(jì)數(shù)器應(yīng)該與鎖存同步工作，既都在秒時(shí)鐘的上升沿

觸發(fā)工作。

另外大多的譯碼器都帶有鎖存功能，但是他的鎖存方式基本上都是電平觸

發(fā)，若設(shè)計(jì)成電平觸發(fā)的話(huà)，勢(shì)必會(huì)增加電路的復(fù)雜度，還不如直接采用邊沿瑣

存的單集成，所以不使用譯碼器中的鎖存電路。

時(shí)鐘實(shí)現(xiàn)方法很多，本電路采用晶振電路，已求得高精度的時(shí)鐘需求。

2.原理框圖如圖下。

圖1

三、設(shè)計(jì)，原理分析

1.信號(hào)拾取與整形

信號(hào)拾取基本原理圖如下：

電路核心由一個(gè)光電開(kāi)關(guān)管組成，平時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)輪靜止，發(fā)光二極管所發(fā)出的

光被輪子擋住，所以接收管處于截止?fàn)顟B(tài)，1端為高電平。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，會(huì)

使接收管導(dǎo)通一次，1端輸出一個(gè)低電平，1端波形為：

在實(shí)際電機(jī)工作狀態(tài)中，會(huì)受到各方面的干擾，波形會(huì)存在許多雜波成分,

需要對(duì)波形進(jìn)行處理，處理成符合記計(jì)數(shù)器所需要的矩型波。

波形處理電路有一個(gè)施密特觸發(fā)器組成，如上圖。當(dāng)輸入電壓逐步升高時(shí)，

致使VI>施密特上VT+,內(nèi)部觸發(fā)器發(fā)生翻轉(zhuǎn)。當(dāng)VI逐步下降時(shí)，致使VIVVT-,

電路再次發(fā)生翻轉(zhuǎn)，通常VT+>VT-O所以只要VWVT-電路就能穩(wěn)定在低電平，

VDVT+電路就穩(wěn)定在高電平，這樣就有效的防止了雜波的干擾，并使輸出得到矩

形脈沖，符合了下級(jí)計(jì)數(shù)的需求。典型的施密特其工作波形如下：

本施密特觸發(fā)器選用40106,管腳如下，可以看出內(nèi)部含有六路同樣的施密特觸發(fā)

器，我們只使用其中一組,

G▼

§99MQL

INNONN

二O

二

N二

二〔〔

Z山ELD6B

N

9

-

S

S

V?

二

zn二9

ZL

J〕

ElLV

zm

。。

2.計(jì)數(shù)電路

本電路采用四個(gè)同步計(jì)數(shù)器接成串行工作方式，查數(shù)字電路產(chǎn)品資料

后，準(zhǔn)備采用CD4518,管腳如下圖，該IC是一種同步加數(shù)器，在一個(gè)封

裝中含有兩個(gè)可互換二/十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，其功能引腳分別是⑴[7）和⑼飛5）。

該計(jì)數(shù)器是單路系列脈沖輸入（1或2腳；9或10腳），4路BCD碼輸出（3飛

腳；1「14腳）。其工作波形如下：

EN(ENABLEA或B),若用時(shí)鐘上升沿觸發(fā)，信號(hào)從CP端輸入，此時(shí)EN端

接高電平“1”，若用時(shí)鐘下降沿觸發(fā)，信號(hào)從EN端輸入，此時(shí)CP端應(yīng)接

低電平“0”，不僅如此，清零端(RESET)也應(yīng)該保持低電平“0”，只有滿(mǎn)

足了這些條件，電路才會(huì)處于計(jì)數(shù)狀態(tài)。

CD4518真值表

CLOCKENABLERfcS€TACTION

-T10lncve?vMn<Counter

00IncrwneniCounUr

X0

X0

/00No

10NoCMnge

XXO1Thru04-0

我們還從真值表里可以得出，利用EN端下降沿觸發(fā)的特點(diǎn)組成N位十進(jìn)制

計(jì)數(shù)器。從波形分析，當(dāng)輸入端的計(jì)數(shù)脈沖到第10個(gè)時(shí)，電路自動(dòng)復(fù)位0000

狀態(tài)，因?yàn)?518沒(méi)有進(jìn)位功能的引腳，所以應(yīng)該充分利用第6或14腳輸出脈沖

的下降沿，利用該脈沖和EN端相連，就可以實(shí)現(xiàn)電路進(jìn)位的功能，根據(jù)分析結(jié)

果，電路設(shè)計(jì)如下：

計(jì)數(shù)脈沖

另外從4518波形參數(shù)表可查其RESET端所需的清零電平寬度在VDD=5V時(shí)應(yīng)該大于

250ns,既清零信號(hào)寬度應(yīng)至少大于250ns才能有效的將計(jì)數(shù)器清零，從測(cè)量的準(zhǔn)確度要

求來(lái)看，250ns周期的頻率f=l/A=l/250=4M,遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于我們所測(cè)量的頻率最高值10KH,

所以我們至少可以將其運(yùn)用與小于M級(jí)別頻率的測(cè)量。現(xiàn)在可以得出結(jié)果清零信號(hào)寬度

應(yīng)大于250ns,以此做為時(shí)鐘設(shè)計(jì)電路的參考數(shù)據(jù)。

3.鎖存電路

鎖存集成有電平和邊沿觸發(fā)之分，設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮進(jìn)去，內(nèi)部構(gòu)造大都采用D

觸發(fā)器形式，使用電平或者脈沖方式來(lái)觸發(fā)。而從前面的分析看，本次設(shè)計(jì)的鎖存

電路必須采用邊沿觸發(fā)方式的集成電路來(lái)實(shí)現(xiàn)，因?yàn)榧偃绮捎秒娖椒绞降脑?huà)，那么

在秒脈沖的正半周（既高電平）會(huì)使鎖存器一直處于導(dǎo)通狀態(tài)，不能正常顯示測(cè)量

值。因此采用邊沿觸發(fā)就可以在極短的時(shí)間內(nèi)將所需要的數(shù)據(jù)進(jìn)行傳送，而在其它

時(shí)間內(nèi)處于封閉狀態(tài)。

查閱數(shù)據(jù)集成資料并，發(fā)現(xiàn)8D鎖存器74LS324正適合要求，這款集成多在

計(jì)算機(jī)電路中運(yùn)用，而且容易購(gòu)買(mǎi)，此集成為20腳封裝，內(nèi)部有8個(gè)D鎖存器,

采用兩個(gè)這樣的集成便可以實(shí)現(xiàn)4位10進(jìn)制的的數(shù)據(jù)傳輸，它以上升沿作為CP

端（即CLK）的有效觸發(fā)，將8個(gè)D輸入同時(shí)打到輸出Q端，在輸出端加有三態(tài)

驅(qū)動(dòng)，其內(nèi)部其管腳排列如下右圖，內(nèi)部構(gòu)造（單個(gè)D觸發(fā)器）如下右圖

SN74LS374

VccO?65/aDjO4CP

I?li191nnnt]IwII15iii<11a1nrinn

山山山山山山山山國(guó)

UTg&60}650$GND

從此集成參數(shù)和真值表（如下），在其（1）腳使能端加上低電平才能有效

得使輸出端得到所需的數(shù)據(jù)，其他狀態(tài)不傳送數(shù)據(jù)，也可從上圖分析此（1）

腳是控制三態(tài)門(mén)的，相當(dāng)于電路的通斷開(kāi)關(guān)，只有接低電平，電路才能正

常工作。

LS374左圖可知在滿(mǎn)足了0E端低電平

叼下，只有在CP端的上沿到來(lái)時(shí)間才能

匚有效翻轉(zhuǎn)，達(dá)到我們預(yù)期設(shè)計(jì)所需要

2_觸發(fā)的要求。

XX

但從時(shí)鐘的角度出發(fā)，對(duì)374的邊沿特性仍然有要求，因?yàn)殡娐芬髮?duì)鎖存器進(jìn)行

鎖存以后才能將計(jì)數(shù)器清零，否則在鎖存未穩(wěn)定前就將計(jì)數(shù)器清零勢(shì)必造成顯示的錯(cuò)誤。

我們從374應(yīng)用手冊(cè)中給出的數(shù)據(jù)中可知，在cp端的上升沿到來(lái)時(shí)，從Q端輸出延時(shí)有

15~28ns,數(shù)據(jù)和波形分別如下：

時(shí)隙極限（測(cè)試］

minmax

Tplh1528CL=45pf

Tphl1928RL=667Q

因此從CP端的上沿到達(dá)時(shí)既超過(guò)1.3V電壓時(shí)，可以使Q端翻轉(zhuǎn)，而且能夠在至少

在28ns以?xún)?nèi)完成觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)的任務(wù)，只要在此時(shí)間內(nèi)計(jì)數(shù)器不清零就可以使電路正常工

作，時(shí)鐘設(shè)計(jì)時(shí)就可以此為依據(jù)。

4.譯碼顯示電路

市場(chǎng)上比較多見(jiàn)數(shù)碼顯示器件是LED數(shù)碼管，它有亮度高、售價(jià)低等特點(diǎn)，非常適

合本電路制作。數(shù)碼管的外形尺寸和內(nèi)部構(gòu)造如圖所示，

主要參數(shù)如下：1.6V~4.2V；功耗W400mW,工作電流WIOmA；分共陽(yáng)共陰兩種極性,

本電路選用共陰。其引腳按頂視圖的（1）腳開(kāi)始，順時(shí)針讀數(shù)，（3）腳和（8）腳為公

共腳，其中（5）腳為小及盧，木茨不做連接。引腳分別如下:

'////

2345

EDCdp

'////

09876

GFAB

數(shù)碼管與配套的驅(qū)動(dòng)集成器件一起工作，通常稱(chēng)為BCD-7段譯碼器。查

閱譯碼集成，發(fā)現(xiàn)有很多都能與LED管很好的協(xié)調(diào)工作，最后確定為CD4543,

它是一?種中功率器件，在額定5V電壓下輸出4.5V的最大電壓，輸出電流達(dá)1mA

左右，本電路總共需要4塊CD4543。管腳排列如下：

LATCH

集成從（2）~（5）腳依次輸入二進(jìn)制BCD碼的高位到低位，（9）腳［5腳

輸出點(diǎn)燃數(shù)碼管所需要的二進(jìn)制電壓，（1）端為瑣存控制，（7）端位消隱端，（6）

端為L(zhǎng)6CD用。同時(shí)，從原先的設(shè)計(jì)思路出發(fā)，（1）腳鎖存端不使用，再結(jié)合其

真值表，（1）腳需接高電平，而（6）、（7）均需接底電平，滿(mǎn)足此要求才能正常

工作。

譯瑪器和數(shù)碼管工作的方式一般有動(dòng)態(tài)掃描和靜態(tài)驅(qū)動(dòng)兩種，前者數(shù)碼管處

于連續(xù)依次被點(diǎn)燃狀態(tài)，利用人眼視覺(jué)惰性產(chǎn)生數(shù)字顯示靜態(tài)的效果，通常只用

兩塊集成就可以完成譯碼和顯示的工作。而靜態(tài)工作狀態(tài)中，數(shù)碼管持續(xù)點(diǎn)燃,

在特定時(shí)間的更新顯示，所以顯示無(wú)視覺(jué)閃爍，而且電路調(diào)試簡(jiǎn)單，本電路前級(jí)

74LS324已經(jīng)鎖定數(shù)據(jù)，因此配合靜態(tài)工作能很好完成顯示的工作，所以本電路

選用靜態(tài)連接。

根據(jù)管腳分布和譯碼參數(shù)及管腳分布，電路設(shè)計(jì)如下：

u-

us

sw

5.時(shí)鐘電路及波形設(shè)計(jì)

根據(jù)以上各電路功能模塊的需求，時(shí)鐘電路總共需要產(chǎn)生兩路輸出信號(hào)，一

路是頻率為1秒的標(biāo)準(zhǔn)矩形脈沖，利用其上沿對(duì)鎖存器進(jìn)行鎖存，另一路是計(jì)數(shù)

器的清零脈沖，要求脈沖寬度2250ns才可以有效得將計(jì)數(shù)器清零，頻率仍然是

1秒。而且在鎖存以后才可以對(duì)計(jì)數(shù)器進(jìn)行清零，考慮到鎖存在25ns之內(nèi)完成

工作，所以只要電路調(diào)試得當(dāng)，無(wú)須再加延時(shí)電路，而且從上面設(shè)計(jì)的方框圖可

知，矩形脈沖經(jīng)過(guò)一個(gè)單穩(wěn)態(tài)電路以后才產(chǎn)生清零脈沖，單穩(wěn)態(tài)集成也存在不可

人為的延時(shí)存在，所以電路可以正常工作。

各部分設(shè)計(jì)如下：

1）時(shí)鐘產(chǎn)生電路

時(shí)鐘產(chǎn)生方式很多，可以由各種門(mén)電路，環(huán)諧振電路，也可以由觸發(fā)器、555

集成構(gòu)成，諧振可以是電容，晶體。為了電路調(diào)試方便，綜合條件，采用CMOS

集成加晶振，晶振采用平常較為多見(jiàn)的時(shí)鐘晶振，諧振頻率為32.786k。查閱數(shù)

據(jù)集成資料，發(fā)現(xiàn)CD4046符合各方面的要求，它內(nèi)部含有14級(jí)的二進(jìn)制串行計(jì)

數(shù)器，可以進(jìn)行2M分頻，32.768k諧振頻率經(jīng)過(guò)內(nèi)部14級(jí)計(jì)數(shù)器2M=16372分

頻后可以得到2HZ的精確頻率。現(xiàn)在所需要的1秒的時(shí)鐘，因此2HZ的脈沖需在

經(jīng)過(guò)一個(gè)二分頻電路就可以輸出準(zhǔn)確1秒脈沖。

14進(jìn)制計(jì)數(shù)1

---------左圖便是CD4060的應(yīng)用接線(xiàn)圖，

rdhoi（11）和（10）腳內(nèi)部電路和外圍

組成典型的石英晶體門(mén)振蕩電路，

產(chǎn)生32.678KHZ的頻率信號(hào)進(jìn)入14

級(jí)計(jì)數(shù)器后，在3腳輸出2Hz的頻

率方波。C1和C2做頻率微調(diào)，輸出

Q768K

頻率主要取決于石英晶體。

對(duì)于2HZ的方波仍然無(wú)法讓電路正常工作，需要進(jìn)行2分頻才能產(chǎn)生1秒的

時(shí)鐘，因此本電路設(shè)計(jì)一個(gè)JK觸發(fā)器進(jìn)行2分頻，分頻后的方波可以直接用來(lái)

控制鎖存電路的工作。本電路采用CD4027作為2分頻的器件，其管腳分布為：

從左圖可知，內(nèi)部含有兩套相同七

發(fā)器，

（1）和（2）為輸出端，（3）腳為前:

輸入，（4）和（7）腳分別是更新

腳，本

電路要將其接低電平，（5）和（￡

TOFVICWJK端，

需接高電平。從（1）腳輸出的信

所需要

的1HZ方波。

2）單穩(wěn)態(tài)設(shè)計(jì)

從4027第（3）腳輸出的方波仍然無(wú)法進(jìn)行正常清零的工作，此腳需要接一

單穩(wěn)態(tài)處理后才能進(jìn)行清零。從前面的設(shè)計(jì)需求出發(fā)，單穩(wěn)態(tài)電路輸出的波形寬

度至少要達(dá)到250ns才能正常清零。查詢(xún)有關(guān)集成庫(kù)發(fā)現(xiàn)CD4528是一種雙可重

觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)器件，它的管腳及真值表分別如下:

DuaHn'UnePackage

-vg

E-InputsOutputs

-?■

CtearABQQ

一-

AAINFUT—*COMMGM1”—SiLXXLH

XHXLH

?B4NPUT一Sn------(AIRPUT

XXLLH

<U?UT—?.1-ttinruT

HLI_TLXT

QAOUT—一Sour

-AHtH.TLXT

i______1-Gos

CD4528里同樣有兩組單穩(wěn)態(tài)電路，（1）和（2）是微分定時(shí)輸入，（3）腳是

使能端，（4）和（5）組成與門(mén)電路，（5）腳與（4）腳反相，因?yàn)榇穗娐分恍?/p>

要一只腳輸入端，我們使用（4）腳同相端輸入，將（5）腳接高電平即可。（6）

和（7）是輸出端。根據(jù)真值表，需要將第（3）腳即clear腳接高電平，電路

接線(xiàn)如下：

左圖R3和C3組成微分定時(shí)，

單穩(wěn)態(tài)輸出波形寬度為

=0.2*R3*C3*（VDD-VSS）,本電路

由10K和0.01UF組成，輸出TW

寬度為25us（標(biāo)準(zhǔn)值），遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿(mǎn)足

計(jì)數(shù)器所需要的250ns的時(shí)間寬

度。2Hz信號(hào)從（4）腳輸入，250ns

方波從第6腳輸出至計(jì)數(shù)器清零

端。

根據(jù)以上分析畫(huà)出時(shí)鐘電路總接線(xiàn)圖，如下所示:

秒

E

單穩(wěn)態(tài)A

~卜卜卜|書(shū)^卜卜卜JK觸發(fā)事A

r，八9r'?oc6o<Myr14位進(jìn);I川寸鐘產(chǎn)

-003己554060

Y

—0—

32.768K

47PF7^CAPVAR

四、制作和調(diào)試

L根據(jù)設(shè)計(jì)所需，列主要器件清單:

器件名稱(chēng)：用處及規(guī)格數(shù)量

ICCD40106整形1

ICCD4518計(jì)數(shù)2

IC74LS374鎖存2

ICCD4543譯碼4

ICCD4060時(shí)鐘產(chǎn)生1

ICCD40272分頻1

ICCD4528單穩(wěn)態(tài)1

光電開(kāi)關(guān)管1

晶振32.768k1

LED數(shù)碼顯示4

除此外電容電組若干，供電電源等未列入清單。

2.利用protel制圖并采取手動(dòng)布線(xiàn)，結(jié)果分別見(jiàn)附圖(1)附圖(2)o

嚴(yán)格按所電路設(shè)計(jì)實(shí)施制作，力求一次成功。但在制作調(diào)試過(guò)程中仍遇到

很大的困難。調(diào)試過(guò)程記錄如下：

(a)數(shù)碼顯示錯(cuò)誤

測(cè)量電壓發(fā)現(xiàn)數(shù)碼段顯示錯(cuò)誤，比如目標(biāo)顯示5,而實(shí)際顯示3,分別測(cè)量

數(shù)碼管的f端和b端，發(fā)現(xiàn)管腳在制作印刷電路板f腳和b腳換位，以至產(chǎn)生

此錯(cuò)誤，互換后正常。

(b)數(shù)碼顯示高低位數(shù)錯(cuò)誤

這是在設(shè)計(jì)初期沒(méi)有想到的問(wèn)題，protel布線(xiàn)后出來(lái)應(yīng)該是反面輔銅板的

線(xiàn)路，在制作時(shí)就非常注意這個(gè)問(wèn)題。但是數(shù)碼管排列成一字形后，沒(méi)有考慮

到高位在左邊，低位在右邊的問(wèn)題，所以造成觀察數(shù)據(jù)要倒著看。若直接改變

譯碼器到數(shù)碼管之間的引線(xiàn)，勢(shì)必回造成大面積改線(xiàn)，于是從計(jì)數(shù)器如手，將

計(jì)數(shù)器的引線(xiàn)重新更改，信號(hào)計(jì)數(shù)脈沖從原先的高位引入，其它依次向后推。

改后顯示正常。

(c)無(wú)法更新顯示

也就是在脈沖的上沿到來(lái)時(shí)，鎖存器沒(méi)有被觸發(fā)，無(wú)法傳遞數(shù)據(jù)。檢查

CD4027(1)腳電壓，發(fā)現(xiàn)沒(méi)有秒脈沖，也就是說(shuō)就沒(méi)有高電平的上沿，當(dāng)然鎖

存器也就無(wú)法得到觸發(fā)脈沖。再測(cè)量CD4060(3)腳電壓，發(fā)現(xiàn)電壓在0.5V到

4.6V之間來(lái)回抖動(dòng)，頻率在0.5秒左右，說(shuō)明時(shí)鐘產(chǎn)生電路完全正常，問(wèn)題出

在CD4027上，仔細(xì)檢查其電路接線(xiàn)，發(fā)現(xiàn)第6腳的輔銅在腐蝕時(shí)被截短，將其

重接上后恢復(fù)正常。

(d)時(shí)鐘電路的調(diào)試

借助于頻率計(jì)對(duì)CD4060進(jìn)行測(cè)量，為不影響振蕩工作，應(yīng)該選擇適當(dāng)?shù)囊?/p>

腳進(jìn)行測(cè)量，最后選擇在7端或者5端進(jìn)行測(cè)量(7端標(biāo)準(zhǔn)頻率為2048HZ,5端

為1024HZ)o微調(diào)可變電容C2,使7腳(或5腳)輸出接近2048HZ(或1024HZ)。

五、電路設(shè)計(jì)的優(yōu)缺點(diǎn)分析

本電路具有測(cè)量精度高，調(diào)試制作簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，但還存在許多不足之處有

待改進(jìn)：

1.本電路總共使用12塊集成，所以存在很大的亢余度，部分集成內(nèi)部只用

了1/6,造成浪費(fèi)。如顯示電路可以采用動(dòng)態(tài)顯示的方法，采用一體化的集成既

譯碼鎖存計(jì)數(shù)為一體的集成。

2.對(duì)轉(zhuǎn)速的測(cè)量單位為秒，因此就提供轉(zhuǎn)速測(cè)量的功能來(lái)講并不是最佳結(jié)

果，應(yīng)該是以分為單位。

3.現(xiàn)在測(cè)量方法實(shí)現(xiàn)的原理是以計(jì)數(shù)測(cè)頻率，若以測(cè)周的方法(既測(cè)量一

轉(zhuǎn)的周期），然后再進(jìn)行數(shù)位轉(zhuǎn)換便可以提供測(cè)量每分鐘轉(zhuǎn)速的功能。

六、經(jīng)驗(yàn)總結(jié)

從總體上來(lái)看，電路設(shè)計(jì)制作還是比較成功的，跟以往的制作相比，本次電

路完全是在自己個(gè)人的思路下創(chuàng)作出來(lái)的，因此獲得了很多的經(jīng)驗(yàn)。

題目5自動(dòng)空氣凈化風(fēng)扇控制器

當(dāng)煙霧或其他污染氣體作用時(shí)，風(fēng)扇轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)空氣清新時(shí)，風(fēng)扇停轉(zhuǎn)。可由

電位器設(shè)定閾值。

吸煙有害身體健康，目前不少公共場(chǎng)所或辦公室等都禁止吸煙，但仍有人不

自覺(jué)照常抽煙，使房間里煙霧彌漫。若采用本文介紹的煙霧自動(dòng)排風(fēng)控制器，當(dāng)

房間里煙霧濃度達(dá)到設(shè)定的程度時(shí)，排氣風(fēng)扇會(huì)自動(dòng)向外排風(fēng)，保持室內(nèi)空氣清

新，同時(shí)亮起“請(qǐng)勿吸煙”暫示燈，提醒人們不要吸煙。

電路原理煙霧自動(dòng)排風(fēng)控制器電路見(jiàn)下圖所示，控制器由電源電路、QM

氣敏器件、TWH8778功率開(kāi)關(guān)集成電路等組成。

電源部分由變壓器T、二極管VD1-VD4、三極管VT及穩(wěn)壓二極管VDT等

組成，是典型的串聯(lián)型穩(wěn)壓電路。電路通電后，C2兩端可獲得穩(wěn)定的10V左右

直流電壓，為氣敏器件QM供電。TWH8778工作電壓則直接取自VD1-VD4整

流后的12V左右直流電壓。

氣敏器件的燈絲電流通過(guò)RP1和R2降壓獲得，調(diào)節(jié)RPI使燈絲f-f'兩端

電壓U1為5V。RP2是氣敏器件的負(fù)載電阻，在正常情況下，氣敏器件A-K極

間呈高電阻，RP2輸出低電平。TWH8778功率開(kāi)關(guān)集成電路控制踹(EN)第5腳

為低電平，內(nèi)部高速功率開(kāi)關(guān)截止，繼電器K1不動(dòng)作，其常開(kāi)觸點(diǎn)K1-1打開(kāi),

排氣扇M與白熾燈EL均不工作。如果室內(nèi)空氣中有煙氣且濃度不斷增加，氣

敏器件的電導(dǎo)率會(huì)隨之變大，RP2輸出電平增高，當(dāng)，電平升至TWH8778第5

腳門(mén)限電壓L6V與二極管VD5導(dǎo)通壓降0.65V之和時(shí)，TWH8778內(nèi)部功率開(kāi)

關(guān)導(dǎo)通，K1動(dòng)作吸合，觸點(diǎn)kl-1閉合，M通電向外排風(fēng)，同時(shí)EL發(fā)光照亮“請(qǐng)

勿吸煙”暫示牌，勸導(dǎo)人們不要吸煙。隨著M向外排風(fēng)，室內(nèi)空氣逐漸清新，

RP2輸出電平降低，VD5截止，此時(shí)C3儲(chǔ)存電荷可通過(guò)TWH8778第5腳向集

成電路內(nèi)部電路放電，所以仍能維持TWH8778繼續(xù)開(kāi)通，直至C3電壓降至1.6V

以下時(shí)，TWH8778內(nèi)部功率開(kāi)關(guān)阻斷，K1釋放，觸點(diǎn)kl-1復(fù)位，M與EL停止

工作。所以該電路有一定的延遲時(shí)間。

元器件選擇與制作

氣敏器件可采用QM-N5型，它的最佳工作條件為：極間電壓Uak=10V,燈

絲電壓Ut=5V,負(fù)載電阻RL=2kQ0氣敏器件的外形結(jié)構(gòu)與電氣符號(hào)見(jiàn)下圖。

它共有六只引出腳，使用時(shí)需配用一個(gè)小七腳電子管管座。

其6個(gè)管腳功能為：2與6腳為燈絲f-F'；1腳與3腳為測(cè)量極A-A',5

腳與7腳構(gòu)成測(cè)量極另一端K-Klo

TWH8778是一種高速功率開(kāi)關(guān)集成電路，它采用場(chǎng)效應(yīng)管與雙極品體管混

合工藝制作而成，具有低功耗和高增益等特點(diǎn)，芯片內(nèi)還設(shè)有過(guò)電壓、過(guò)熱、過(guò)

流等多種保護(hù)電路。

TWHB778

ATW..fe?,

.工?總I!-

【234S

TWH8778采用TO-220封裝，有5個(gè)引出腳見(jiàn)右圖，各引出腳功能為：1腳

為輸入端IN；2與3腳在芯片內(nèi)部是并聯(lián)的，為輸出端OUT；4腳為接地端GND；

5腳為控制端EN。該集成電路的基本功能是:當(dāng)控制端5腳EN為高電平(21.6V)

時(shí)，內(nèi)部高速功率開(kāi)關(guān)導(dǎo)通，即輸入IN與輸出OUT相通，反之則斷開(kāi)。在實(shí)

際使用過(guò)程中，加到控制端EN的控制電平VEN應(yīng)小于6Vo由于TWH8778內(nèi)

部設(shè)有保護(hù)電路，當(dāng)輸入端IN電壓超過(guò)30V時(shí)，輸出負(fù)載電流會(huì)被自動(dòng)切斷，

待VIN下降時(shí)，開(kāi)關(guān)電路能自動(dòng)恢復(fù)。當(dāng)器件在滿(mǎn)負(fù)載工作時(shí)，應(yīng)加裝鋁質(zhì)散

熱板，本電路因輸出電流較小，不必增設(shè)散熱板。

VT可用8050型硅中功率三極管，B2100。VDT用10V、1/2W穩(wěn)壓二極

管，如UZ-1OB型等。VD1-VD4可用1N4001型硅整流二極管，VD5、VD6為

1N4148型硅開(kāi)關(guān)二極管。

RP1因流過(guò)電流較大，應(yīng)采用WX1型小型線(xiàn)繞電位器；RP2可用WS型有

機(jī)實(shí)芯微調(diào)電阻器。RI、R2最好用RJ-1/2W型金屬膜電阻器。

C1-C3全部用CD11-25V型鋁電解電容器。

K1選用JZC-32F.DC12V小型中功率電磁繼電器。T為220V/12V、8VA小

型優(yōu)質(zhì)電源變壓器，要求長(zhǎng)時(shí)間通電不發(fā)熱。

全部電路可安裝在''請(qǐng)勿吸煙”暫示燈的盒內(nèi)，EL可用15W普通白熾燈泡,

氣敏器件通過(guò)小七腳電子管管座與導(dǎo)線(xiàn)從電路板上引出，將器件的不銹鋼網(wǎng)罩探

頭伸出盒外，使其感受室內(nèi)空氣。全機(jī)安裝好后，需要經(jīng)過(guò)調(diào)試合格后方可投入

使用。調(diào)試方法如下：

先將RP1置于阻值最大位置，RP2滑動(dòng)端置于近地位置。接通電源，首先

檢查VT發(fā)射極對(duì)地電壓是否在1OV左右，如出入過(guò)大，應(yīng)更換穩(wěn)壓管VDT。

然后將電壓表置于氣敏器件燈絲f-f'兩端，調(diào)小RP1,使電壓表示數(shù)為5V。待

氣敏器件通電5-10min（為預(yù)熱時(shí)間），開(kāi)始在室內(nèi)抽煙，并向氣敏器件吐煙氣，

將RP2滑動(dòng)踹由下向上緩慢旋動(dòng)，當(dāng)旋到某一位置時(shí);應(yīng)聽(tīng)到繼電器“嗒”的

吸合聲，EL點(diǎn)亮發(fā)光，風(fēng)扇M運(yùn)轉(zhuǎn)排風(fēng)。停止吸煙，煙氣被排凈，延遲數(shù)秒后，

電路能自動(dòng)復(fù)原，EL與M停止工作，表示電路調(diào)試完畢。

氣敏器件的探測(cè)靈敏度除跟電位器RP2滑動(dòng)端的位置有關(guān)外，還與它在室

內(nèi)的安裝部位和安裝高度有關(guān)，應(yīng)根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整。煙氣排除后，風(fēng)扇M延

遲停轉(zhuǎn)時(shí)間與電容C3容量有關(guān)，C3容值愈大，延遲時(shí)間愈長(zhǎng)，反之則短，可根

據(jù)需要調(diào)整。

題目6汽車(chē)敲擊防盜報(bào)警器

當(dāng)外界有較大聲音時(shí)，報(bào)警器發(fā)出報(bào)警聲，其時(shí)間長(zhǎng)度可調(diào)。其報(bào)警感應(yīng)強(qiáng)

度可調(diào)。

一、敲擊防盜報(bào)警器的功能及設(shè)計(jì)方案介紹

1.1課題設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)任務(wù)

利用聲音傳感器設(shè)計(jì)一個(gè)汽車(chē)敲擊防盜報(bào)警器，當(dāng)有人敲擊時(shí)放出報(bào)警信

號(hào)。

1.2功能要求

報(bào)警器處于工作狀態(tài)時(shí)，當(dāng)外界有敲擊振動(dòng)時(shí)，通過(guò)信號(hào)電路的處理，然后

由報(bào)警電路發(fā)出報(bào)警信號(hào)。

1.3敲擊防盜報(bào)警器設(shè)計(jì)方案

L3.1傳感器的選用

聲傳感器是一種能將聲波的振動(dòng)轉(zhuǎn)換為電壓和電流的的聲一電轉(zhuǎn)換元件。常

用的聲一電轉(zhuǎn)換元件有壓電陶瓷片、駐極體話(huà)筒等。

因駐極體話(huà)筒具有體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、電聲性能好、價(jià)格低的特點(diǎn)，所

以本實(shí)驗(yàn)課題選用駐極體話(huà)筒作為聲傳感器。

1.3.2信號(hào)處理電路

本方案采用LM386放大電路和555定時(shí)器組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。LM386是一

種音頻集成功放，具有自身功耗低、更新內(nèi)鏈增益可調(diào)整、電源電壓范圍大、

外接元件少和總諧波失真小等優(yōu)點(diǎn)的功率放大器，廣泛應(yīng)