数字式红外测速仪课程设计（完整版.docVIP

数字式红外测速仪 （一）设计目的 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。 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，逐步积累掌握实际电子制作经验。 巩固基础、注重设计、培养技能、追求创新、走向实用。 （二）技术要求与指标 1、用红外线发光二极管，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 （三）设计原理及步骤 1、测速仪原理框图 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。 图二、光电转换电路模拟图 当发光二极管照到转轴的反射膜上时，光敏三极管导通，此时输出一个高电平计数脉冲，传给寄存译码显示电路，计数一次。 图三、0.1s脉冲发生电路-555定时器 该555定时器用于产生0·1s时钟脉冲，以触发下图计数锁存电路 图四、6s计时锁存电路 1 该电路组成六十进制计数器，将上图555定时器的0·1s计成6s，并向下级电路输出进位脉冲，触发下级电路。当到6s时，计数器u2的输出端为0110，以此作为置零信号，将该电路清零，重新开始下一次计数。 图五、寄存译码显示电路 当上图计数到5.9s时，offpage3给出一个高电平，从而产生一个上升沿，触发两片74LS194将左边两片74LS160计的6s内的次数存进来，并传到下级译码输出。当上图计数到6s时，offpage2给出一个低电平，将两片74LS160全部清零，以等待下一个脉冲从新计数。 图六、红外测速仪总电路 主门是一个控制门，在主门开通期间，计数脉冲顺利通过，在关闭期间计数脉；冲则通不过。我们测量6S内的脉冲个数，转速就等于脉冲个数乘上10倍，为了把这一数值显示出来，而又不闪烁，采用先锁存，再译码显示。为了第二次测量，在计数值锁存后需对计数器清零，所以在关闭期间需完成锁存和清零功能，如以开门信号的后沿作标准，锁存延时为延时1，清零延时为延时2，可用锁存延时的结束时间做为清零延时的触发控制。 3、单元计算电路： （1）、光电转换 为保证发光二极管HG411的最大电流不超过30mA，考虑红外发光二极管的正向压降为（1.3~1.5）V，电源电压采用5V，则限流电阻R==0.12KΩ，取 R=108 KΩ，采用三极管的饱和导通与截止来控制发光二极管的发光与熄灭，省去了用人功法来模拟遮光板的作用，给电路调试带来方更。为了获得波形好的方波，光敏三极管的输出经施密特触发器整形，触发器选用CD40106。 （2）、脉冲计时 按照主控时序图,周期T=6s，电路选用多谐振荡器，电路如图(五)所示。 多谐振荡器的周期为：T=t1+t2= RC+RC取=(2.7~2.9)V，=2.1V，=5V， T≈0.98RC。由公式T=（R1+2R2）Cln2,可知，555定时器输出脉冲的频率为1/（R1+2R2）Cln2，即Hz=1/（2886+5772*2）*0.00001*ln2=10.04325，即为：10Hz，T=0.01S，从而得到6S钟定时信号。 在选定电容数值后，即可根据上式计算出R值来，但为了满足设计要求，在安装调试中可能有些变化。 （3）锁存和清零脉冲的形成 主门开通时间为6s，关闭时间应尽可能短一些，以便提高测量速度，同时又应使电路简化，本电路中的计数器采用74LS160D，主控X可由端口经过非门，与非门再及与门从而得到定时输出1，及定时输出2等脉冲控制信号。 锁存要求负脉冲，清零要求正脉冲（这取决于采用的集成电路的类型），锁存延时取为80ms左右，而清零延时亦取为80ms左右，电路采用一形式。 （4）译码显示电路 译码器采用74LS194N，和具有锁存功能74LS194N，所以总框图中的锁存器与译码器合二为一，由74LS194N完成，锁存脉冲为（3）中讨论的定时输出2。 显示器采用共阴极数码管，但CMOS电路输出电压较TTL为高，为延长数码管使用寿命，在实际电路中每个数码这阳极串联一400Ω电阻再接到地线上。（注意由于是仿真实验本电路图未连接400Ω电阻） （四）电路原理图与模拟仿真调试要点： 在所有单元电路均设计计算完毕后，即可按选定的片子画出电原理图。按照电原理图，把电路安装好，经检查后，才可以通电进行调试，调试是先单元电路，后整机，具体步骤如下： （1）、主振与分频：用示波器观察主振输出，其频率f=10HZ，T=0.1，如周期