数字红外测速仪课程设计[优质文档]
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目:数字式红外测速仪
姓 名:
学 号: 091210219
专业班级: 0912102
指导老师:
所在院系: 电气与电子工程系
2011年06月 22 日
数字式红外测速仪
一、技术要求及指标
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. 两位数字显示,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n
2、总框架图
红外光 主门 光电转换 整形
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
VCC
1、光电转换示意图为 5V
R4
1.0kΩ
LED1
T1
R1
1kΩ
R2
1.0kΩ
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
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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:
施密特触发器图
U23
SCHMITT_TRIGGER
图三
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)其工作电路如图三所示
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输出到一些们电路使其为高电平,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。
U13U1212V
Vs7
DCD_HEXVCCDCD_HEX28.86kΩVCC5VR1RSTOUT21DIS16
THR22TRI957.72kΩCONR223GNDU1U4B24U2555_VIRTUAL1314U3AVCCAQA10413314BQBTimerAQA10nF10nF512413CQCBQB74LS05N611512U5ADQDCQCCCf611DQD32715ENPRCO10715ENTENPRCO074LS20D10ENT74LS05N9~LOAD19~CLR~LOAD1~CLR2CLK2CLK
74LS160D74LS160D
11
定时输出1定时输出146
U15A 8
图四 定时计数电路 74LS05N
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 定时脉冲的波形图
上边为定时输出(1)
下边为定时输出 (2)
U12U13
DCD_HEXDCD_HEX
图五 译码显示的仿真结果
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,一个个难点最终一一击破。
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
气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载
,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和帮助。
七、参考文献
《数字电子技术基础》
《全国大学生电子设计竞赛---电路设计》 《电子创新设计与实践》
《Multisim 7入门教程》