1、課程設計電氣與信息工程學院 學院 自動化 專業題目： 數字式紅外測速儀 姓名： 王成龍 學號： 092411237 指導教師： 趙紅梅 徐安峰 周焱 時間： 2013 年 6 月 24 日 2013年6 月26日數字式紅外測速儀一、設計技術指標與要求1、用紅外發光二極管、光敏三極管作為速度轉換裝置。2、測速范圍：10 990轉/分。3、三位數字顯示，顯示不允許閃爍。二、設計目的和要求1、設計目的 本課程設計是在前導性驗證性認知實驗基礎上，進行更高層次的命題設計實驗，要求學生在教師指導下獨立查閱資料、設計、安裝和調試特定功能的電子電路。培養學生利用模擬、數字電路知識，解決電子線路中常見實際問題的

2、能力，使學生積累實際電子制作經驗，目的在于鞏固基礎、注重設計、培養技能、追求創新、走向實用。2、設計要求1.以電子技術基礎的基本理論為指導，將設計實驗分為基礎型和系統型兩個層次，基礎型指基本單元電路設計與調試，系統型指若干個模擬、數字基本單元電路組成并完成特定功能的電子電路的設計、調試；2.熟悉常用電子儀器操作使用和測試方法；3.學習計算機軟件輔助電路設計方法，能熟練應用電子線路CAD進行電路設計和印刷電路板的設計制作；4.學習電子系統電路的安裝調試技術；5.拓展電子電路的應用領域，能設計、制作出滿足一定性能指標或特定功能的電子電路設計任務。三、實驗原理構思 1、轉速概念 轉速是旋轉物體的轉數

3、與時間之比的物理量,是描述各種旋轉機械運轉技術性能的一個重要參量。轉速和頻率有共同的量綱,都是單位時間內某一量值(脈沖個數、轉數) 出現的次數,從理論上講,轉速值可以直接和頻率值進行比對。測時計數是轉速計量的基本方法。 測定一定單位時間內旋轉物體轉過的圈數即頻率，可等價為所測旋轉物體此時的轉速。即 轉速n=脈沖頻率f*60 2、光電式紅外測速儀 a. 采用轉速標準裝置,將定向反射紙貼于裝置的測速盤上,由轉速標準裝置通過測速盤輸出標準轉速,進行檢測。 采用脈沖光源測 b. 速裝置來檢測光電式轉速表。這類檢測設備通常由頻率信號發生器、 頻率計數器及一個發光二極管組成。 兩種檢測裝置的工作原理有本質

4、的差別。脈沖光源測速裝置能否做為標準,在轉速界爭議較大。本課程設計即可采用紅外發光二極管和光敏三極管作為速度轉換裝置來測取旋轉物體轉速。可將紅外發光二極管固定于旋轉物體（假設為汽車車輪）定軸上，在轉軸上安裝一遮光板，在遮光板上可打一個小孔，在轉輪旋轉時，當發光二極管、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化為一個脈沖，產生一個脈沖則說明轉一圈。這樣只需要測量一分鐘內光敏三極管輸出脈沖個數，就可以知道車輪的轉速了。 四、設計方案構思1、方案一計數器LED顯示光電轉換裝置譯碼轉換被測旋轉物體圖-1 方案一流程圖2方案二555模擬

5、電平輸出計數器60s時鐘電路LED顯示譯碼轉換圖-2 方案二流程圖 方案二加入了60s時鐘電路，同時具備了時鐘計數功能，每60s自動清零，停止計數，三位數碼顯示管示數即為所測旋轉物體轉速。所以本課程設計采用方案二進行設計。五、設計原理及步驟1、數字式紅外測速儀原理框圖555模擬電平輸出計數器60s時鐘電路LED顯示譯碼轉換圖-3 數字式紅外測速儀原理框圖 2、光電轉換模擬電路圖-4 光電轉換電路模擬圖用555定時器模擬產生紅外線的高電平輸出信號。通過改變滑動變阻器的阻值來實現轉速的變化。3、輸出脈沖模擬計數可用控制開關來手動模擬小洞轉過一圈時輸出一脈沖并計數情景，如下圖 上面顯示管示數為2，下

6、面顯示管示數為3。圖-5 輸出脈沖模擬計數工作原理簡述：原先顯示譯碼器示數為2，合上開關A時輸出一脈沖信號給計數器，斷開時則顯示譯碼器示數為3，即為一次脈沖一次計數。如果用手動來合上斷開開關并計時，而且需要計數一分鐘在操作中很難實現，因此出現問題。4、脈沖計數問題解決可用555定時器產生1HZ即1s脈沖信號接入計數器進行計數，計數器采用2個十進制計數器74LS160D實現2位計數,當計數到60，停止計數，實現一分鐘定時功能。5、1s脈沖發生器電路-555定時器該555定時器產生1s時鐘脈沖，用于下面計數器計數。圖-6 1s脈沖發生器電路-555定時器6、六十進制計數器 定時計數電路圖-7 60

7、s定時計數電路用555定時器輸出1HZ（1s）脈沖信號接入計數器進行計數，計數器采用2個十進制計數器74LS160D組成60進制計數器實現2位計數,當計數到60，即停止計數。7、譯碼顯示電路圖-8 三位譯碼顯示電路圖采用了3片十進制計數器74LS160D，可對輸入脈沖信號進行計數，輸出結果即為所測轉速。而且計數至990時自動清零，即實現了測速范圍 （10990轉/分）。當計數為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。六、數字式紅外測速儀總電路圖圖-9 數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，可自動實現一分鐘計數功能，而原

8、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、所用器件紅外發光二極管、滑動變阻器、施密特觸發器一片555定時器兩片74LS78N一片1K電阻、開關、與非、非門、與非門若干，74LS160D計數器五片、DCD -HEX型數碼顯示管各五片，電源若干。八、設計總結1、該電路最大的優點是運用74LS160，相比其他計數器速度快一些，而且也提高計數準確度；紅外管的靈敏度高，從而減少了測試結果的誤差；它是一種非接觸型的測試器，使用安全，方便。整個電路主要以數字電路為主，因此相對模擬電路來說誤差還是小很多。2. 在做定時模塊電路時，555多諧振蕩器，電阻的調節，電容的匹配，在計算及調試上存在困難

9、，通過多次模擬仿真。3. 在做數碼顯示模塊時，數碼顯示不穩定問題，連續閃爍。通過添加74LS273D鎖存器，從而順利解決這個問題。在鎖存器清零脈沖的選擇上與計數器清零基本一致。4. 在做整體電路設計時，由于電路系統較大，只能采用分頁顯示。分頁顯示時又遇到兩頁之間連接問題，通過鍵入分頁偏置器，解決這個問題九、設計心得體會通過本次課程設計，使我對紅外測速儀的基本原理有了初步的認識，同時也掌握了電子線路設計的基本思想和方法。可根據設計目的和用途確定電路方案，再畫出原理圖選擇所需元器件，然后按原理圖上的結構連接電路中的導線，在連接中并調試。使我充分的發揮了自己的想像力，知道而進，不斷進取，只有這樣才能獲得成功。另外在接線時一定要認真，仔細，耐心，且一步一步地檢查分析，避免犯錯誤。總之通過這次課設使我受益匪淺，同時要感謝老師的指導和幫助。更重要的是，只有在做實驗的時候才會見到一些元器件，缺乏動手能力，這次設計，使我基本學會了仿真軟件的使用， 堅強了對一些基本元器件的認識，加深了對它們各自功能的理解，從而理論與實踐相結合統一，為以后的學習夯實了基礎！總之，這次