電子課程設計報告----紅外線轉速表

1、<p><b>　　課 程 設 計</b></p><p>　　題目名稱： </p><p>　　姓 名： </p><p>　　學 號： </p><p>　　班 級： </p><p

2、>　　指導教師： </p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　內容摘要</b></p><p><b>　　二、設計內容及要求</b></p><p>　　三、紅外線轉速表的工作原理</p><p>

3、;<b>　　四、單元電路設計 </b></p><p><b>　　五、總體設計</b></p><p><b>　　六、組裝調試</b></p><p><b>　　七、心得體會</b></p><p><b>　　八、電路用到的器件<

4、/b></p><p><b>　　九、總結</b></p><p><b>　　十、參考文獻</b></p><p><b>　　紅外線轉速表</b></p><p><b>　　一、內容摘要：</b></p><p>　　

5、我們設計的是四位數(shù)數(shù)字顯示紅外線轉速表。轉速表用紅外線發(fā)光管，通過光學原理實現(xiàn)對轉速的測量，通過計數(shù)鎖存電路、延時電路、脈沖電路的相互有機組合可以使測速范圍達到了從0轉/s 到 9999轉/s，實現(xiàn)近距離測量；</p><p>　　二、設計內容及要求：</p><p>　?。?）設計四位數(shù)數(shù)字顯示紅外線轉速表。轉速表用紅外線發(fā)光管。測速范圍為0000 9999轉/分，實現(xiàn)近距離測量；&l

6、t;/p><p>　?。?）發(fā)射的紅外線用一定的頻率脈沖調制，接收的調制脈沖通過解調電路得到被測轉動體的轉速脈沖；</p><p>　　（3）組裝、調試紅外線轉速表；</p><p>　?。?）畫出完整的電路圖，寫出設計、調試報告；</p><p>　　三、紅外線轉速表的工作原理</p><p>　　3.1 紅外線轉速表采

7、用的紅外線探頭有直接試和反射式兩種。直接式探頭、發(fā)光管和受光管在被測物體的兩邊，發(fā)光管射出的光線直接照射到受光管上，被測物體運動時阻擋光線，產(chǎn)生計數(shù)信號，這種探頭經(jīng)常用做光電計數(shù)。反射式探頭、發(fā)光管和受光管在被測物體的同測，當探頭接近物體是，接收到脈沖的紅外線信號，用于測量轉速比較方便。</p><p>　　3.2 測量轉速的探頭根據(jù)測量距離可以采用透鏡系統(tǒng)，也可不采用透鏡系統(tǒng)。當被測物離開探頭距離在15cm以內

8、時，無需采用透鏡。探頭設計是可采用小功率發(fā)光管5GL和光敏受光管3DU5C。組裝電路如圖2-1所示，兩管并排放置，兩個管子的中心線夾角很小，使它們在10cm 15cm遠處相交。這種探頭靠接近物體上漫反射回來的光線工作，對全黑色物體，接收靈敏度很底，對白色物體和鏡面反射體接收最靈敏，也能接收到其他顏色物體的反射光，但相應的探頭距離要近些。        &#

9、160; </p><p>　　圖2-1 不加透鏡，接收漫反射光的探頭 </p><p>　　測量轉速的探頭經(jīng)常用透鏡系統(tǒng)，根據(jù)光學的折射反射原理，發(fā)射管和接收管都固定在探測架上，通過透鏡聚焦。在探測架中間用半透膜使發(fā)射的紅外線折射向轉動體，又能使從轉動的物體反射回來的紅外線通過半透膜射向接收管。半透膜上最好涂一層只能透過某個單色波長的物質，或用單色性很好的濾色玻璃制作，使它只能透過固定波

10、長的紅外線（例如0.93μm）,這樣對于對抗雜散光的干擾更有利。</p><p>　　3.3 為了提高反射紅外線的能力，通常在轉動物體貼上一小片紅外線反射紙，反射效果極好。有時用鏡面、鋁箔、潔白平滑的紙、白油漆等也能提供反射性能。當轉動物體轉到反射紙恰好對著從發(fā)光管發(fā)出的紅外線時，接收管接收到光信號，從單位時間內收到光信號的次數(shù)便可測出轉速。</p><p>　　3.4 紅外線轉速表電路原

11、理框圖如圖2-2所示。為了使紅外線轉速表不怕可見光干擾，系統(tǒng)可以設置振蕩器和波形變換電路，使發(fā)射的紅外線通過脈沖功率放大和調制，當受光管收到脈沖信號后，電路把調制發(fā)光管的脈沖信號和受光管接收到的脈沖信號選通出來，對收到的光電信號，必須“卸調”調制脈沖，即實行解調，從中取得真正需要的轉速脈沖輸出信號，解調后輸出信號送入計數(shù)控制門計數(shù)。</p><p>　　圖2-2 紅外線轉速表電路原理框圖</p>&

12、lt;p>　　秒脈沖電路可以得到1kHz的秒脈沖信號，通過1秒脈沖電路得到閘門時間（脈寬）為1秒的閘門信號，該1秒的脈寬就是轉速表的取樣時間，是計數(shù)控制門的輸入信號。</p><p>　　為了在測量過程中，只讓顯示數(shù)字在每次測量結束后自動改變一次數(shù)據(jù)，要對計數(shù)顯示“鎖存”，所以電路需要一個延時1鎖存信號。在計算器每測量依次轉速后，使計算器自動清零，故設置延時2電路，以提供延時清零脈沖。計數(shù)、鎖存、譯碼顯示電

13、路完成光電轉速表的轉速數(shù)據(jù)顯示。</p><p><b>　　四、單元電路設計 </b></p><p><b>　　紅外發(fā)射及接收電路</b></p><p>　　5GL的最大正向電流為:10ma；3DU5C的最大正向電流為：1ma</p><p>　　我組選擇R1=500Ω, R2=5KΩ;可以

14、保證I1<10ma;I1<1ma</p><p><b>　　2、秒脈沖電路</b></p><p>　　系統(tǒng)所需要的秒脈沖由定時器 555定時器所構成的多諧振蕩器提供。其中1腳是電路地GND；8腳是正電源Vcc，工作電壓范圍為3~18V；2腳是低觸發(fā)端TR；3腳是輸出端OUT；4腳是主復位端R；5腳是控制電壓端Uc；6腳是高觸發(fā)端TH；7腳放電端DISC

15、。R1、R2和C為定時電阻和電容，C1為電壓控制端穩(wěn)定電容。</p><p>　　輸出矩形脈沖的周期等于電容的充放電時間之和。用一階RC電路的三要素法可求出電容的充放電時間。</p><p>　　充電時間即高電平脈沖寬度T1=0.7(R1+R2)C。</p><p>　　放電時間即低電平脈沖寬度T2=R2C。</p><p>　　R1=72.

16、14K R2=30.43K. C=10uF C1=10nF</p><p><b>　　555外引腳</b></p><p><b>　　3 秒脈寬電路</b></p><p>　　用D觸發(fā)器CC4013構成。（2分頻）</p><p><b>　　具體方法是：</b>&

17、lt;/p><p>　　將其CP端接555定時器產(chǎn)生的秒脈沖電路，D端與端相連，Q端即可輸出脈沖寬度為1秒的信號。如圖所示：</p><p><b>　　4 計數(shù)控制電路</b></p><p>　　由與非門CC4011與反向器CC4009構成</p><p>　　經(jīng)過D觸發(fā)器分頻產(chǎn)生的秒脈寬信號是轉速表的取樣信號，是計數(shù)

18、控制門的輸入信號</p><p><b>　　如圖所示：</b></p><p><b>　　具體連接圖如下：</b></p><p><b>　　5 延時電路</b></p><p>　　用單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器CC4098構成。tW=0.45RextCext</p>

19、<p>　　CC4098單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的管腳功能圖如圖所示.觸發(fā)器從TR+或TR_端引入(上升沿觸發(fā)用TR+端,下降沿觸發(fā)則用TR_端).輸入端接“1”時，單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器按觸發(fā)工作，接“0”時，Q端輸出“0”，輸出“1”。</p><p>　　Rext和Cext是外接的定時元件，其值決定輸出脈沖寬度（暫態(tài)時間）。電路本身的傳輸延遲時間僅由內部單元的延時決定，與Rext和Cext的值無關。CC4098的真值表

20、如表11-6-2所示.        </p><p>　　按照設計要求鎖存信號脈寬可為 5-10 s, 秒脈寬信號下降沿觸發(fā)。</p><p>　　tW1=0.45Rext1Cext1=9s Rext1 =200K Cext1 =100uF</p><p>　　2) 清零信號脈寬1s, 鎖存信號下降

21、沿觸發(fā)。</p><p>　　tW2=0.45Rext2Cext2 =1s Rext2 =460K×2 Cext2 =4.7uF/2</p><p>　　按照要求連接圖如下：</p><p>　　6.計數(shù)/鎖存/7段譯碼/驅動器CC40110CC40110是CMOS集成電路，內部計數(shù)器采用“約翰遜計數(shù)器”結構，按二—十進制加/減方式工作，鎖存器將

22、數(shù)據(jù)鎖存，譯碼器、驅動器和輸出驅動七段顯示器，電源范圍為3V~18V，輸出驅動電源可達10mA以上。CC40110邏輯圖和引出端功能圖如圖11-6-4所示。a~g為驅動器輸出端，和七段顯示器連接；R為清零端，R=“1”時，計數(shù)器復零；CPu是加法計數(shù)時鐘，CPd是減法計數(shù)時鐘；Qco輸出進位脈沖，Qbo輸出借位脈沖；為觸發(fā)器使能端， =“0”時計數(shù)器工作， =“1”時，計數(shù)器處于禁止狀態(tài)，即不計數(shù)；LE為鎖存控制端，LE=“1”時，計

23、數(shù)器鎖存。CC40110各引出端具體功能參見表11-6-1。CC40110可直接驅動LED顯示器，不需接口電路/多位使用時，進位端Qco和借位端Qbo都直接與相鄰高位的CPu和CPd連接。以進位脈沖或借位脈沖上升沿起觸發(fā)作用。</p><p>　　本設計共需要4塊CC40110.最低位計數(shù)端接技術控制電路輸出端，其余三塊計數(shù)端與地位進位端相連。鎖存、清零端與CC4098產(chǎn)生鎖存、清零信號連接。</p&g

24、t;<p><b>　　7 顯示電路</b></p><p>　　BS201A工作電壓在（1.5—2.5V）范圍內</p><p><b>　　最大正向電流為：</b></p><p>　　為了保證數(shù)碼顯示器正常工作，我組在CC40110與BS201A接口間裝上了330Ω的電阻。</p>&l

25、t;p><b>　　五、總體設計:</b></p><p><b>　　六、組裝調試</b></p><p>　　使用的主要儀器和儀表：數(shù)字萬用表</p><p>　　調試電路方法和技巧：主要采用：分割測試法對各部分進行調試</p><p>　　調試中出現(xiàn)的故障、原因及排除方法。</p&

26、gt;<p><b>　　七、心得體會</b></p><p>　　兩周的課程設計結束了，在這次的課程設計中不僅檢驗了我所學習的知識，也培養(yǎng)了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。在設計過程中，與同學分工設計，和同學們相互探討，相互學習，相互監(jiān)督。學會了合作，學會了運籌帷幄，學會了寬容，學會了理解，也學會了做人與處世。</p><p&g

27、t;　　課程設計是我們專業(yè)課程知識綜合應用的實踐訓練，著是我們邁向社會，從事職業(yè)工作前一個必不少的過程．”千里之行始于足下”，通過這次課程設計，我深深體會到這句千古名言的真正含義．我今天認真的進行課程設計，學會腳踏實地邁開這一步，就是為明天能穩(wěn)健地在社會大潮中奔跑打下堅實的基礎．</p><p>　　通過這次電路的設計，本人在多方面都有所提高。通過這次電路的設計，綜合運用本專業(yè)所學課程的理論，尤其是各種軟件的綜合

28、運用，并且自學了很多方面的知識得到了眼界的開闊，而培養(yǎng)和提高我們的獨立工作能力，鞏固與擴充了相關課程所學的內容，掌握了電子電路設計的方法和步驟，，提高了計算能力，，同時各科相關的課程都有了全面的復習，獨立思考的能力也有了提高。具體的就概括為以下幾點：</p><p>　　一、溫故而知新。課程設計發(fā)端之始，思緒全無，舉步維艱，對于理論知識學習不夠扎實的我深感“書到用時方恨少”，于是想起圣人之言“溫故而知新”，便重拾

29、教材與實驗手冊，對知識系統(tǒng)而全面進行了梳理，遇到難處先是苦思冥想再向同學請教，終于熟練掌握了基本理論知識，而且領悟諸多平時學習難以理解掌握的較難知識，學會了如何思考的思維方式，找到了設計的靈感。</p><p>　　二、思路即出路。當初沒有思路，誠如舉步維艱，茫茫大地，不見道路。在對理論知識梳理掌握之后，茅塞頓開，柳暗花明，思路如泉涌，高歌“條條大路通羅馬”。頓悟，沒有思路便無出路，原來思路即出路。</p&

30、gt;<p>　　三、實踐出真知。文革之后，關于真理的大討論最終結果是“實踐是檢驗真理的唯一標準”，自從耳聞以來，便一直以為馬克思主義中國化生成的教條。時至今日，課程設計基本告成，才切身領悟“實踐是檢驗真理的唯一標準”，才明曉實踐出真知。因為在教材上只有一種實現(xiàn)某種功能的方法，殊不知通向羅馬的路有很多條，實踐出真知，這在設計中給我留下了深刻的印象。</p><p>　　四、創(chuàng)新求發(fā)展?！皠?chuàng)新”目前在

31、我國已經(jīng)提升到國家發(fā)展戰(zhàn)略地位，足見“創(chuàng)新”的舉足輕重。我們要從小處著手，順應時代發(fā)展潮流，在課程設計中不忘在小處創(chuàng)新，未必是創(chuàng)新技術，但凡創(chuàng)新思維亦可，未必成功，只要實現(xiàn)創(chuàng)新思維培育和鍛煉即可。</p><p>　　五、過而能改，善莫大焉。至善至美，是人類永恒的追求。但是，不從忘卻“金無足赤，人無完人”，我們換種思維方式，去惡亦是至善，改錯亦為至美。在課程設計過程中，我們不斷發(fā)現(xiàn)錯誤，不斷改正，不斷領悟，不斷獲

32、取。最終的檢測調試環(huán)節(jié)，本身就是在踐行“過而能改，善莫大焉”的知行觀。</p><p>　　六、學海無涯，學無止境。盡管課程設計是在期末才開始，我們的教材學習完畢，掌握許多知識，但是還有很多地方理解領悟不到位，由于對555電路相關章節(jié)未能掌握以致用到秒脈沖產(chǎn)生電路無法自行設計，只得參考其他文獻，由于沒有相關的單片機的元件庫，我們找遍了資料，所以我們徹悟學海無涯只有苦來作舟，學無止境只有書來作伴。</p>

33、;<p>　　在這次設計過程中，體會了學以致用、突出自己勞動成果的喜悅心情，從中發(fā)現(xiàn)自己平時學習的不足和薄弱環(huán)節(jié)，</p><p>　　八、電路用到的器件：</p><p>　　1 555定時器 1片</p><p>　　2 CC40110

34、 4片</p><p>　　3 數(shù)碼顯示器BS201A（共陰極） 4片</p><p>　　4 CC4013 (雙D觸發(fā)器) 1片</p><p>　　5 CC4098 1片</p><

35、p>　　6 CC4011 1片</p><p>　　7 5GL (發(fā)光管) 1只</p><p>　　8 3DU5C （光敏受光管） 1只</p><p>　　9 CC4009

36、 1只</p><p>　　10 電阻、電容若干</p><p><b>　　九、總結</b></p><p>　　此次，通過設計電路，完成電路各個功能模塊，我們加深了紅外線測速器的了解，知道了這個紅外線測速器具有原理簡單、易于理解、簡單易做的特點，同時由于它的研究型不是太高端，正好適合我們

37、這樣剛剛完成課程的學生，這樣就加深了我們對各個課程學科的理解，而且由于各個功能模塊的獨立性，可以在完成整體電路時把它拆分成很多獨立的模塊，這樣就加速了課題的研究進程。但是，在研究的過程中我們也發(fā)現(xiàn)了它的很多缺點，比如，由于此次應用的是光學原理，而光卻是很容易受到其他因素的影響，所以導致完成的測速儀可能精度不高，或者不穩(wěn)定，這些雖然可以用其他的一些技術，材料加以彌補，可是根本的原理不變，這個缺點是難以解決的，只有變化了測速器的構成原理，這

38、個問題才會得以解決。</p><p>　　此次研究的課題主要的技術難題及核心集中在了設計電路圖和焊接電路板。由于它們的難度系數(shù)很大，并且占據(jù)的位置很重要，所以他們是整個電路的核心，一些細小的變化都將影響整個電路。但是，一旦完成那個功能模塊，整個電路也就即將大告成功。成功的電路模塊有著很大的價值，他可以完成對普通的轉速的一般測量，提供較為可靠的數(shù)據(jù)支持。有著一定的市場前景。由于光學測速器本身的限制，精度等指標很難得

39、到大幅度的提升，所以我建議改用其他原理代替光學的反射原理，比如，用發(fā)射微波然后接受反射的微波來構成測量的方法，這樣可以極大地提升反射回來的微波系數(shù)，并且降低了很多干擾因素的影響。我想這樣的測速器研制成功的話，將會很更大的市場，完全代替紅外線測速器的應用。</p><p>　　實驗出錯的地方，焊接電路圖時候，電路板的方向選取上有一定的方向性，電容的方向性，功能模塊的單獨測試方面，每一個功能模塊的出錯都將導致整體性能

40、大的出錯所以為了能將最后理想的結果弄出來，我們嘗盡了各種使電路的測試變得簡單的方法。</p><p><b>　　十、參考文獻</b></p><p>　　1《電子技術基礎課程設計》 華中理工大學出版社 楊宗善主編 1995.1。</p><p>　　2《新編實用半導體器件手冊》電子工業(yè)出版社 楊幫文主編 2004.9 <