四位数数字显示红外线转速表.docx

四位数数字显示红外线转速表.docx

《四位数数字显示红外线转速表.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《四位数数字显示红外线转速表.docx（14页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

四位数数字显示红外线转速表

一、内容摘要……………………………………………………………………2

二、设计内容及要求……………………………………………………………2

三、红外线转速表的工作原理…………………………………………………2

四、单元电路设计………………………………………………………………4

五、总体设计………………………………………………………………………8

六、组装调试………………………………………………………………………8

七、心得体会………………………………………………………………………10

八、电路用到的器件………………………………………………………………11

九、参考文献………………………………………………………………………12

一、内容摘要

我们设计的是四位数数字显示红外线转速表。

转速表用红外线发光管，通过光学原理实现对转速的测量，通过计数锁存电路、延时电路、脉冲电路的相互有机组合可以使测速范围达到了从0转/s到9999转/s，实现近距离测量；

二、设计内容及要求

（1）设计四位数数字显示红外线转速表。

转速表用红外线发光管。

测速范围为00009999转/s，实现近距离测量；

（2）转速表用红外线发光管5GL发射的红外线，由接收管3DU5C接收被测转动体的转速脉冲；

（3）组装、调试红外线转速表；

（4）画出完整的电路图，写出设计、调试报告。

 三、红外线转速表的工作原理

3.1红外线转速表采用的红外线探头有直接试和反射式两种。

直接式探头、发光管和受光管在被测物体的两边，发光管射出的光线直接照射到受光管上，被测物体运动时阻挡光线，产生计数信号，这种探头经常用做光电计数。

反射式探头、发光管和受光管在被测物体的同测，当探头接近物体是，接收到脉冲的红外线信号，用于测量转速比较方便。

3.2测量转速的探头根据测量距离可以采用透镜系统，也可不采用透镜系统。

当被测物离开探头距离在15cm以内时，无需采用透镜。

探头设计是可采用小功率发光管5GL和光敏受光管3DU5C。

组装电路如图2-1所示，两管并排放置，两个管子的中心线夹角很小，使它们在10cm15cm远处相交。

这种探头靠接近物体上漫反射回来的光线工作，对全黑色物体，接收灵敏度很底，对白色物体和镜面反射体接收最灵敏，也能接收到其他颜色物体的反射光，但相应的探头距离要近些。

       图1不加透镜，接收漫反射光的探头

测量转速的探头经常用透镜系统，根据光学的折射反射原理，发射管和接收管都固定在探测架上，通过透镜聚焦。

在探测架中间用半透膜使发射的红外线折射向转动体，又能使从转动的物体反射回来的红外线通过半透膜射向接收管。

半透膜上最好涂一层只能透过某个单色波长的物质，或用单色性很好的滤色玻璃制作，使它只能透过固定波长的红外线（例如0.93μm）,这样对于对抗杂散光的干扰更有利。

3.3为了提高反射红外线的能力，通常在转动物体贴上一小片红外线反射纸，反射效果极好。

有时用镜面、铝箔、洁白平滑的纸、白油漆等也能提供反射性能。

当转动物体转到反射纸恰好对着从发光管发出的红外线时，接收管接收到光信号，从单位时间内收到光信号的次数便可测出转速。

3.4红外线转速表电路原理框图如图2-2所示。

为了使红外线转速表不怕可见光干扰，系统可以设置振荡器和波形变换电路，使发射的红外线通过脉冲功率放大和调制，当受光管收到脉冲信号后，电路把调制发光管的脉冲信号和受光管接收到的脉冲信号选通出来，对收到的光电信号，必须“卸调”调制脉冲，即实行解调，从中取得真正需要的转速脉冲输出信号，解调后输出信号送入计数控制门计数。

图2红外线转速表电路原理框图

秒脉冲电路可以得到1kHz的秒脉冲信号，通过1秒脉冲电路得到闸门时间（脉宽）为1秒的闸门信号，该1秒的脉宽就是转速表的取样时间，是计数控制门的输入信号。

为了在测量过程中，只让显示数字在每次测量结束后自动改变一次数据，要对计数显示“锁存”，所以电路需要一个延时1锁存信号。

在计算器每测量依次转速后，使计算器自动清零，故设置延时2电路，以提供延时清零脉冲。

计数、锁存、译码显示电路完成光电转速表的转速数据显示。

四、单元电路设计

1红外发射及接收电路

5GL最大工作电流10mA,正向电压UF<=1.3V；3DU5C暗电流0.2mA，光电流1mA。

于是计算出R1=500，R2=5K。

图3

2秒脉冲电路

系统所需要的秒脉冲由定时器555定时器所构成的多谐振荡器提供。

其中1脚是电路地GND；8脚是正电源Vcc，工作电压范围为3~18V；2脚是低触发端TR；3脚是输出端OUT；4脚是主复位端R；5脚是控制电压端Uc；6脚是高触发端TH；7脚放电端DISC。

R1、R2和C为定时电阻和电容，C1为电压控制端稳定电容。

输出矩形脉冲的周期等于电容的充放电时间之和。

用一阶RC电路的三要素法可求出电容的充放电时间。

充电时间即高电平脉冲宽度T1=0.7（R1+R2）C。

放电时间即低电平脉冲宽度T2=R2C。

R1=72.14KR2=30.43K.C=10uFC1=10nF

555外引脚

图4

3秒脉宽电路

用D触发器CC4013构成。

（2分频）

功能说明：

“3”端口接秒脉冲；“2”端口的输出作为“5”端口的输入，“1”端口作为整体信号输出接与非门。

图5

4计数控制电路

图6

用4×2输入与非门CC4011和非门4009构成。

具体连接如下：

5延时电路

用单稳态触发器CC4098构成。

tW=0.45RextCext

CC4098单稳态触发器的管脚功能图如图所示.触发器从TR+或TR_端引入（上升沿触发用TR+端,下降沿触发则用TR_端）.输入端

接“1”时，单稳态触发器按触发工作，接“0”时，Q端输出“0”，

输出“1”。

Rext和Cext是外接的定时元件，其值决定输出脉冲宽度（暂态时间）。

电路本身的传输延迟时间仅由内部单元的延时决定，与Rext和Cext的值无关。

CC4098的真值表如表11-6-2所示.

    按照设计要求锁存信号脉宽可为5-10s,秒脉宽信号下降沿触发。

tW1=0.45Rext1Cext1=9sRext1=200KCext1=100uF

2）清零信号脉宽1s,锁存信号下降沿触发。

tW2=0.45Rext2Cext2=1sRext2=460K×2Cext2=4.7uF/2

6计数/锁存/译码/驱动CC40110

计数/锁存/7段译码/驱动器CC40110是CMOS集成电路，内部计数器采用“约翰逊计数器”结构，按二—十进制加/减方式工作，锁存器将数据锁存，译码器、驱动器和输出驱动七段显示器，电源范围为3V~18V，输出驱动电源可达10mA以上。

CC40110逻辑图和引出端功能图如图所示。

a~g为驱动器输出端，和七段显示器连接；R为清零端，R=“1”

时，计数器复零；CPu是加法计数时钟，CPd是减法计数时钟；Qco输出进位脉冲，Qbo输出借位脉冲；

为触发器使能端，

=“0”时计数器工作，

=“1”时，计数器处于禁止状态，即不计数；LE为锁存控制端，LE=“1”时，计数器锁存。

CC40110各引出端具体功能参见下图。

“5”端口接清零；“6”端口接锁存；“9”接计数脉冲；“10”是进位

输出。

7显示电路

BS201A：

最大工作电流Im=10mA，

正向电压Uf<=2V，

五、总体

图13

六、组装调试

1调试用的仪器

（1）数字万用表或指针式万用表

它可以很方便地测量交、直流电压，交、直流电流，电阻及晶体管β值等。

（2）示波器

用示波器可以测量直流电位，正弦波、三角波和脉冲等波形的各种参数。

用双踪示波器还可同时观察两个波形的相位关系，这在数字系统中是比较重要的。

调试中所用示波器频带一定要大于被测信号的频率。

（3）信号发生器

因为经常要在加信号的情况下进行测试，则在调试和故障诊断时最好备有信号发生器。

它是一种多功能的宽频带函数发生器，可产生正弦波、三角波、方波及对称性可调的三角波和方波。

必要时自己可用元器件制作简单的信号源。

以上三种仪器是调试和故障诊断时必不可少的，三种仪器配合使用，可以提高调试及故障诊断的速度，根据被测电路的需要还可选择其他仪器，比如逻辑分析仪、频率计等。

从电路焊接组装中得出经验，一般分模块进行焊接，焊接好后调试该模块，遇到问题可以及时解决；各模块焊接好后，验证输出输入正确后，才将各模块之间连接起来进行整体的调试。

2故障分析与排除

常用检查方法

1、通过视觉、听觉、触觉来查找故障部位，这是一种简便有效的方法。

（1）检查接线，在面包板上接插电路，接错线引起的故障占很大比例，有时还会损坏器件。

如发现电路有故障时，应对照安装接线图检查电路的接线有无漏线、断线和错线，特别要注意检查电源线和地线的接线是否正确。

为了避免和减少接线错误，应在课前画出正确的安装接线图。

（2）听通电后有否打火声等异常声响；闻有无焦糊异味出现；摸晶体管管壳是否冰凉或烫手，集成电路是否温升过高。

听、摸、闻到异常时应立即断电。

电解电容器极性接反时可能造成爆裂，漏电大时，介质损耗将增大，也会使温度上升，甚至使电容器胀裂。

2、电阻法

用万用表测量电路电阻和元件电阻来发现和寻找故障部位及元件，注意应在断电条件下进行。

（1）通断法

用于检查电路中连线是否断路，元器件引脚是否虚连。

要注意检查是否有不允许悬空的输入端未接入电路，尤其是CMOS电路的任何输入端不能悬空。

一般采用万用表电阻挡R×1或R×10挡进行测量。

（2）测电阻值法

用于检查电路中电阻元件的阻值是否正确；检查电容器是否断线、击穿和漏电；检查半导体器件是否击穿、开断及各PN结的正反向电阻是否正常等。

检查二极管和三极管时，一般用万用表的R×100或R×1K挡进行测量。

在检查大容量电容器（如电解电容器）时，应先用导线将电解电容的两端短路，泄放掉电容器中的存储电荷后，再检查电容有没有被击穿或漏电是否严重，否则，可能会损坏万用表。

在测量电阻值时，如果是在线测试，还应考虑到被测元器件与电路中其它元器件的等效并联关系，需要准确测量时，元器件的一端必须与电路断开。

3、电压法

用电压表直流挡检查电源、各静态工作点电压、集成电路引脚的对地电位是否正确。

也可用交流电压挡检查有关交流电压值。

测量电压时，应当注意电压表内阻及电容对被测电路的影响。

4、示波法

通常是在电路输入信号的前提下进行检查。

这是一种动态测试法。

用示波器观察电路有关各点的信号波形，以及信号各级的耦合、传输是否正常来判断故障所在部位，是在电路静态工作点处于正常的条件下进行的检查。

5、电流法

用万用表测量晶体管和集成电路的工作电流、各部分电路的分支电流及电路的总负载电流，以判断电路及元件正常工作与否。

这种方法在面包板上不多用。

6、元器件替代法

对怀疑有故障的元器件，可用一个完好的元器件替代，置换后若电路工作正常，则说明原有元器件或插件板存在故障，可作进一步检查测定之。

这种方法力争判断准确。

对连接线层次较多、功率大的元器件及成本较高的部件不宜采用此法。

七、心得体会

紧张而又辛苦的两周课程设计结束了，当我快要完成老师下达给我们的任务的时候，我仿佛经过了一次翻山越岭，登上了高山之巅，顿感心旷神怡，眼前豁然开朗。

电子课程设计是该课程是对我们进行的一次较全面的设计训练，也是电子课程全部结束后的一次综合性、实践性的学习环节。

“千里之行，始于足下。

”通过这次课程设计，我深深地体会到了这句千古名言的真正含义。

我今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地的迈开这一步，就是为了明天能稳健的在社会大潮中奔跑打下坚实的基础。

说实话，课程设计真的很累。

然而，当我一着手清理自己的设计成果是，仔细回味这一周来的心路历程，一种少有的成功的喜悦即刻使我倦意顿消。

虽然这是我刚学会走完的这一步，是我人生中的一点小小的胜利，然而它令我感到自己自己成熟了许多。

通过课程设计，使我深深地体会到，干任何事都必须耐心、细致。

课程设计过程中，许多计算有事不免令我感到有些心烦意乱，记得又一次取数取错了，到最后才知道不行，只好毫不犹豫的重来。

但以想起老师平时对我们的耐心教导，想到以后自己应当承担的社会责任，一定要养成一种高度负责、一丝不苟的良好习惯。

这次课程设计使我在工作风度上得到了一次难得的磨练，

短短的两周的课程设计，使我更加扎实的掌握了有关知识，在设计过程中虽然遇到了一些问题，但经过一次又一次的思考，一遍又一遍的检查终于找出了原因所在，也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足。

实践出真知，通过亲自动手制作，使我们掌握的知识不再是纸上谈兵。

最后，我要衷心地感谢老师。

不管是上课还是课余时间，或者是双休时间，问您的问题，您都会耐心的给予解答。

是您的敬业精神感动了我，是您的谆谆教导启发了我，是您的殷切期望鼓舞了我。

通过设计电路，完成电路各个功能模块，我们加深了红外线测速器的了解，知道了这个红外线测速器具有原理简单、易于理解、简单易做的特点，同时由于它的研究型不是太高端，正好适合我们这样刚刚完成课程的学生，这样就加深了我们对各个课程学科的理解，而且由于各个功能模块的独立性，可以在完成整体电路时把它拆分成很多独立的模块，这样就加速了课题的研究进程。

但是，在研究的过程中我们也发现了它的很多缺点，比如，由于此次应用的是光学原理，而光却是很容易受到其他因素的影响，所以导致完成的测速仪可能精度不高，或者不稳定，这些虽然可以用其他的一些技术，材料加以弥补，可是根本的原理不变，这个缺点是难以解决的，只有变化了测速器的构成原理，这个问题才会得以解决。

在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。

 与队友的合作更是一件快乐的事情，只有彼此都付出，彼此都努力维护才能将作品做的更加完美。

而团队合作也是当今社会最提倡的。

此次课程设计，学到了很多课内学不到的东西，比如独立思考解决问题，出现差错的随机应变，和与人合作共同提高，都受益非浅，今后的制作应该更轻松，自己也都能扛的起并高质量的完成项目。

这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多专业知识问题，最后在老师的辛勤指导下，终于游逆而解。

同时，在老师的身上我们学也到很多实用的知识，在次我们表示感谢！

同时，对给过我帮助的所有同学和各位指导老师再次表示忠心的感谢！

八、电路用到的器件：

1555定时器1片

2CC401104片

3数码显示器BS201A（共阴极）4片

4CC4013（双D触发器）1片

5CC40981片

6CC40111片

75GL（发光管）1只

83DU5C（光敏受光管）1只

9CC40091只

10电阻、电容若干

九、参考文献

1《电子技术基础课程设计》华中理工大学出版社杨宗善主编1995.1。

2《新编实用半导体器件手册》电子工业出版社杨帮文主编2004.9

3《新编CMOS4000系列集成电路实用手册》机械工业出版社杨帮文主编2006.10

4《数字电子技术基础》科学出版社唐治德主编2009.1

5《数字电子技术试验》重大出版社夏鸣风主编2010.2