数字式红外测速仪课程设计.doc

河南城建学院电子技术课程设计任务书班 级 姓 名 专 业 课程名称 电子技术课程设计 指导教师 电气与电子工程系2012年6月评语及成绩评定一、指导教师评语（根据学生设计报告质量、答辩情况及其平时表现综合评定）。二、成绩： 摘要 本课程设计是在前导验证性认知实验基础上，进行更高层次的命题设计实验，要求学生在教师指导下独立查阅资料、设计、安装和调试特定功能的电子电路。培养学生利用模拟、数字电路知识，解决电子线路中常见实际问题的能力，使学生积累实际电子制作经验，目的在于巩固基础、注重设计、培养技能、追求创新、走向实用。设计要求：1.以电子技术基础的基本理论为指导，将设计实验分为基础型和系统型两个层次，基础型指基本单元电路设计与调试，系统型指若干个模拟、数字基本单元电路组成并完成特定功能的电子电路的设计、调试；2.熟悉常用电子仪器操作使用和测试方法；3.学习计算机软件辅助电路设计方法，能熟练应用电子线路cad进行电路设计和印刷电路板的设计制作；4.学习电子系统电路的安装调试技术；5.拓展电子电路的应用领域，能设计、制作出满足一定性能指标或特定功能的电子电路设计任务。数字式红外测速仪课程设计内容一、技术指标与要求：1) 用红外发光二极管、光敏三极管作为速度转换装置。 2) 测速范围：10 990转/分。3) 三位数字显示，显示不允许闪烁。二、 设计前的思路与分析：1、红外发光二极管固定于旋转物体（假设为汽车车轮）定轴上，在转轴上安装一遮光板，板上打一个小孔（或者打多个小孔），当转轮旋转时，发光二极管、小孔、光敏三极管在一条直线上，即有红外光通过，其他时间则由于挡板作用，没有光通过，光敏电阻接收红外光转化为一个脉冲，产生一个脉冲说明转一圈。这样只需要测量一分钟内光敏三极管输出脉冲个数，就知道转速了，两者是等价的，即:脉冲频率f = 转速n2、总框架图 光电转换 主门整形 红外光 显示译码锁存计数 图一 总框架图主门是一个控制门，开通期间，计数脉冲通过，关闭期间计数脉冲则通不过。我们采用6s钟，即测量6s内的脉冲个数，转速就等于脉冲个数乘上10倍，即所测量的频率范围在1-99，所以计数器选择百进制就可以满足要求。最终的显示数值不能闪烁，所以采用先锁存，再译码显示。为了第二次测量，在计数值锁存后对计数器清零，所以在关闭期间完成锁存和清零功能。基本思路就是这样的，按照这个步骤，再逐步分析。然后该考虑对与每部分的电路，需要用到什么元件来实现其功能，如何实现。 据所学知识及查找资料得到每部分析过程如下所示：三、各部分单元电路图：1、光电转换示意图： 图二 光电转换示意图根据光敏三极管对光照的强度的敏感性来控制集电极电流的大小，通过射击输出转化为电压的变化。但是因为输出并不是标准的方波，为了获得比较好的方波，需要对输出光敏三极管整形，整形电路选用施密特触发器，如下图所示：图三 施密特触发器 2、定时计数电路（1）定时原理我们希望定时6s钟记一次频率，即转速，需要通过555定时器和计数器结合联用，实现一个6s的定时电路。对于本设计采用10hz的555定时器，计数器用两个74ls160d组成60进制计数器，把555定时器的输出信号作为两个74ls160d的时钟信号，这样计数器完成一次循环需要60个脉冲信号，也就是说555定时器工作了6s，这样就实现了一个定时。（2）其工作电路如图四所示 图四 定时器的工作原理图3、定时输出信号与计数器、锁存器的工作定时输出信号（1）为计数器的置零信号，即信号（1）为低电平，定时输出信号（2）为当计数器工作计数到59时，把二进制59输出到一些门电路使其为高电平，以此来控制计数器工作。在这6s期间，作用于计数电路的计数脉冲有多少个，最终的译码显示就是多少，最后的显示数应乘上10倍就是所求的转速。定时输出（1）的脉冲信号如下图示在稳态时输出为高电平，当计数到六十时，由第二个六进制计数器输出一个置零信号，这个低电平信号接到百进制计数器（即记连续脉冲的）之后，把计数器上一次的计数清零，从而不影响下次计数。定时脉冲（2）如下图示：其稳态示低电平，当计数到59时输出高电平，这个高电平送给锁存器，让锁存器开始锁存脉冲数。图五（1） 定时脉冲的波形图图五（2） 译码显示的仿真结果4.整体电路图六 整体电路图四、设计所需器件红外发光二极管、光敏三级管、十进制计数器74ls160d、锁存器74ls194d、555定时器、施密特触发器、显示数码管以及各种直流电源、电阻、与或非门等。五、设计中出现的问题1、设计前的难点 在本次利用红外线测速的设计中，一开始思路是清晰的，但做到细节时才发现并不是那么容易分析的，最主要的就是定时计数这一部分，怎么控制其在一定时间计数，最后和同学讨论，发现只需要计数最后给锁存一个高电平，给计数器一个低电平（置零信号），即可以实现最终的译码显示。 2、不足之处由于时间仓促和仿真需要，电路内部的各器件需要的参数未经过计算，比如电路图所示的电阻值就不一定准确，但对于仿真还是没有影响的，参数还需要完善。六、心得体会 进行了一星期的设计在不知不觉中结束，当遇到一个细节部分的设计障碍时，那是绞尽脑汁，煞费苦心，通过自己查阅资料以及同学的交流讨论，老师的引导点化，很多难点最终一一击破。通过这次的设计，使我对红外线测速仪的基本原理有了一个初步的认识，同时也使我掌握了设计的基本思想和方法。即根据设计目的和用途先进行原理的转换，再确定电路方案，根据原理图选择所需要的器件，最终连线仿真测试，测试中再不断完善电路和方案。同时我也感到了自己数电知识的匮乏和思路的局限性，要设计好一个方案，必须纵观全局，知难而进，锐意进取。总之这次设计让我受益匪浅，不仅用实践巩固了所学的知识，而且学到了解决实际问题的方法，积累了经验。我在以后的学习实践中会更加认真仔细，当然，这次设计的完成还要感谢老师的指导