091412119李世昌数字式红外测速仪 2 - 图文

河南城建学院本科课程设计报告

河南城建学院

电子技术基础课程设计报告

数字式红外测速仪

姓 名： 李世昌 学 号： 091412119 专业班级： 电气工程及其自动化 指导老师： 刘晓芳 所在院系： 电气与信息工程学院

2014年6月18日

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摘要

本设计是要求使用红外发光二极管和光敏三极管作为速度转换装置，可以测定10到990转每分钟的转速，并在无闪烁的情况下数字显示。

为了达到设计要求，我们计划将整个设计分为几个部分，将各个部分设计成功之后进行整合，即可达到设计要求。

在经过商讨之后，我们认为我们可以将其划分为光电转化部分，控制电路部分，计数部分，显示部分。其中光电转化部分是用555定时器做的一个仿真将其转化为整个系统可以处理的电脉冲信号。控制电路侧是将仿真部分的得到的电信号再有效时间内控制性的输入到计数部分。技术部分是将在有效时间段内接收到的有效信号进行累加计数，并且在每次计数结束时自动完成完成清零。显示部分则是将一个计数周期内得到的转速进行锁存，并且显示输出。

在该设计中尽可能选用较少类型的芯片，方便使用，同时对于一些芯片较多，容易导致线路繁锁的问题，电路设计尽量采用模块布局，力求连线简洁、美观，逻辑功能清晰、有条理。

这份课程设计报告详细描述了红外测速仪各个模块的功能和实现原理，给出每个模块的电路图。同时，介绍了设计方案，能够让读者更深入了整个设计流程。

在这个实验中，用到了多个芯片，为了防止混淆，标明了芯片名称，这样可使读者一目了然这个电路中所有芯片的作用，使电路清晰明了。

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目录

1.概述 ............................................................ 3

1.1、红外线转速表的发展现状与存在的问题 ......................... 4 1.2、技术要求及指标 ............................................. 4 1.3、设计前的思路与分析 ......................................... 4

2.系统总体方案及硬件设计 .......................................... 4 2.1.总框架图.................................................... 5

3.各模块设计 ...................................................... 6

3.1．各部分单元电路图 ........................................... 6 3.2、定时计数电路 .............................. 错误！未定义书签。 3.3、定时输出信号与计数器、锁存器的工作 ........ 错误！未定义书签。

4.仿真 ........................................................... 12

5.课程设计体会 ................................................... 13

参考文献 ......................................................... 13

附1：系统原理图 .................................. 错误！未定义书签。

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1.概述

一、红外线转速表的发展现状与存在的问题

红外数字测速仪是一种非接触式,光电传感的转速计量仪器,是代替机械转速表,用来测量转动速率的一种计量仪表,它由光源、光电盘、光敏二极管、检波放大电路与数显装置组成,光电盘随转轴一同转动,光敏二极管将光电盘透射来的光信号转换成电信号,然后通过计数脉冲的频率,即可在数显装置上读出旋转轴的转速,在电气设备中应用十分广泛,但目前我国的转速计量技术与发达国家相比在精度上还有一定差距,国家质量监督局的文件显示,目前在我国工业领域应用的高精度转速计量仪器中,90%的转速测量仪的准确度只能达到0.1%左右,而在发达国家的测量精度能达到0.05%.

二、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. 三位数字显示，显示不允许闪烁。 三、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

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2.系统总体方案及硬件设计

1.总框架图 方案一

被测旋转物体 光电转换装置

计数器

译码转换

图一 方案一流程图

LED显示

方案二

被测旋转物光电转换装 置

60s时钟电

计数 图二 方案二流程图

译码转LED显示

如图一图二所示，通过比较可知因为方案二加入了60s时钟电路，同时具

备了时钟计

数功能，每60s自动清零，停止计数，三位数码显示管示数即为所测旋转物体转速。所以本课程设计采用方案二进行设计。

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3.各模块设计

1．各部分单元电路图 a.光电转换装置替换电路

如图三所示，因仿真需求可将光电转换装置替换为555定时器。用定时器所产生的脉冲信号代替光敏三极管输出脉冲。同时可通过改变滑动变阻器的值来模拟转速的变化。

图三 555定时器模拟转速脉冲电路

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b.脉冲计数问题

图四 脉冲计数锁存电路

如图四所示，利用该电路可实现当时间到一分钟后，将停止脉冲计数，时间显示电路到达60秒后自动清零，并不再变化。译码显示电路所显示的数值即为转速。

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脉冲发生器电路-555定时器

555定时器产生1s时钟脉冲，用于下面计数器计数。

图五1s脉冲发生器电路-555定时器

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c.1s该

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d.六十进制计数器 定时计数电路

图六 60s定时计数电路

如图六所示，用555定时器输出1HZ（1s）脉冲信号接入计数器进行计数，计数器采用2个十进制计数器74LS160D组成60进制计数器实现2位计数,当计数到60，即停止计数。

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e.译码显示电路

图七 三位译码显示电路图

如图七所示，采用了3片十进制计数器74LS160D，可对输入脉冲信号进行计数，输出结果即为所测转速。

而且计数至990时自动清零，即实现了测速范围 （10~990转/分）。当计数为990时，给出低电平将三片74LS160D全部清零，以等待下一个脉冲信号重新计数。

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4数字式红外测速仪总体电路

图八 数字式红外测速仪总电路图

如图八所示，总电路图在实际仿真中对原先电路图进行了一些改进，可自动实现一分钟计数功能，而原先总电路还需手动给脉冲信号，人工计时，故减少了工作量。

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4.仿真

图九 数字式红外测速仪总电路

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5.课程设计体会

通过这次课程设计，我对红外二极管和光敏三极管组合测转速这种方法有

了一定的实验操作经验，虽然实验是用Mulitisim 12 虚拟实验室模拟得出的，在实际实验室中应该也会有出现这种效果。

这次课程设计使我更熟练的使用Mulitisim 类型虚拟实验室软件，也掌握了电子线路设计的基本思想和方法。根据设计目的和用途先进行原理的转换，再确定电路方案，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。有些在课本中学到的元器件这次也算真正的用上了，也使我对一些元器件有了新的认识，加深了对它们各自功能的理解，理论与实践相结合，这是一次很好的锻炼机会，即巩固了模拟电子技术里一部分知识，也加强了最近学过的数字电子技术部分内容的理解。

1、该电路最大的优点是运用74LS160，相比其他计数器速度快一些，而且也提高计数准确度；整个电路主要以数字电路为主，因此相对模拟电路来说误差还是小很多。

2、仿真实验遇到过一些问题，因本次设计的电路图，有些部分无法仿真，所以用了其它的器件来代替。

4、一些元器件不知道怎么连接，对于计数器的清零等问题都是通过翻阅资料、上网、与同学讨论后并解决，才有最终的总电路图。

5、总之，该电路结构简单，只能用于要求很低的场合，而对于要求比较高的电路是不实用的。因此还有许多细节的地方需要改进。

参考文献

书、专著：

【1】《数字电子技术基础》，阎石，第五版，高等教育出版社，2005； 【2】《现代电子技术设计——Multisim7&Ultiboard》，李良荣，机械工业出版

社 ，2004；

【3】《电子技术常用器件手册》，陈汝全，机械工业出版社，2004；

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附1：系统原理图

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/apop.html