數(shù)字紅外測(cè)速儀課程設(shè)計(jì)

1、河南城建學(xué)院數(shù)字邏輯電路課程設(shè)計(jì)報(bào)告題目：數(shù)字式紅外測(cè)速儀姓 名： 學(xué) 號(hào)： 091210219 專業(yè)班級(jí)： 0912102 指導(dǎo)老師： 所在院系： 電氣與電子工程系 2011年06月 22 日數(shù)字式紅外測(cè)速儀一、技術(shù)要求及指標(biāo)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(cè)速范圍：10990轉(zhuǎn)/分。3. 兩位數(shù)字顯示，顯示不允許閃爍。二、設(shè)計(jì)前的思路與分析1、紅外發(fā)光二極管固定于旋轉(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，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，其他時(shí)間則由于擋板作用，沒有光通過，光敏電

2、阻接收紅外光轉(zhuǎn)化為一個(gè)脈沖，產(chǎn)生一個(gè)脈沖說明轉(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，即 脈沖頻率f = 轉(zhuǎn)速n2、總框架圖 光電轉(zhuǎn)換 主門整形 紅外光 顯示譯碼鎖存計(jì)數(shù) 圖一 總框架圖主門是一個(gè)控制門，開通期間，計(jì)數(shù)脈沖通過，關(guān)閉期間計(jì)數(shù)脈沖則通不過。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。基本思路就是這樣的，按照這個(gè)步驟，再逐步

3、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實(shí)現(xiàn)其功能，如何實(shí)現(xiàn)。 據(jù)所學(xué)知識(shí)及查找資料得到每部分析過程如下所示：三各部分單元電路圖1、光電轉(zhuǎn)換示意圖為圖二 光電轉(zhuǎn)換示意圖根據(jù)光敏三極管對(duì)光照的強(qiáng)度的敏感性來控制集電極電流的大小，通過射擊輸出轉(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：施密特觸發(fā)器圖 圖三2、定時(shí)計(jì)數(shù)電路（1）定時(shí)原理我們希望定時(shí)6s鐘記一次頻率，即轉(zhuǎn)速，需要通過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。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

4、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)，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555定時(shí)器工作了6s，這樣就實(shí)現(xiàn)了一個(gè)定時(shí)。（2）其工作電路如圖三所示3、定時(shí)輸出信號(hào)與計(jì)數(shù)器、鎖存器的工作定時(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輸出到一些們電路使其為高電平，以此來控制計(jì)數(shù)器工作。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。圖四 定時(shí)計(jì)數(shù)電路 定時(shí)輸出（1）的脈沖信號(hào)如下圖示在穩(wěn)態(tài)時(shí)輸出為高電平，當(dāng)計(jì)

5、數(shù)到六十時(shí)，由第二個(gè)六進(jìn)制計(jì)數(shù)器輸出一個(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)。定時(shí)脈沖（2）如下圖示：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，讓鎖存器開始鎖存脈沖數(shù)。圖五 定時(shí)脈沖的波形圖上邊為定時(shí)輸出（1）下邊為定時(shí)輸出 (2)圖五 譯碼顯示的仿真結(jié)果 四、設(shè)計(jì)所需器件紅外發(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、與或非門等。五、設(shè)計(jì)中出現(xiàn)的問題1、設(shè)計(jì)前的難點(diǎn) 在本次利用紅外線測(cè)速的設(shè)計(jì)中，一開始思

6、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。2、不足之處由于時(shí)間倉促和仿真需要，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)于仿真還是沒有影響的，參數(shù)還需要完善。六、心得體會(huì) 進(jìn)行了一星期的設(shè)計(jì)在不知不覺中結(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，一個(gè)個(gè)難點(diǎn)最終一一擊破。 通過這次的設(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，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)際問題