課程設(shè)計---數(shù)字測速系統(tǒng)設(shè)計

1、<p><b>　　數(shù)字測速系統(tǒng)設(shè)計</b></p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　設(shè)計任務(wù)及指標(biāo)………………………………………………………………3</p><p>　　1.1設(shè)計任務(wù)………………………………………………………………………3</p><p>　　

2、1.2設(shè)計要求………………………………………………………………………3</p><p>　　2. 數(shù)字測速電路設(shè)計………………………………………………………………3</p><p>　　2.1系統(tǒng)框圖………………………………………………………………………3</p><p>　　2.2 二位數(shù)碼管計數(shù)顯示電路的設(shè)計……………………………………………4</p>

3、;<p>　　2.3 鎖存器電路的設(shè)計……………………………………………………………5</p><p>　　2.4 輸入信號分頻電路的設(shè)計……………………………………………………6</p><p>　　2.5 清零信號電路的設(shè)計…………………………………………………………8</p><p>　　2.6 報警功能電路的設(shè)計…………………………………………

4、………………8</p><p>　　2.7整形電路設(shè)計…………………………………………………………………9</p><p>　　3.故障處理…………………………………………………………………………10</p><p>　　3.1故障一…………………………………………………………………………11</p><p>　　3.2故障二……………………

5、……………………………………………………11</p><p>　　3.3故障三…………………………………………………………………………11</p><p>　　3.4故障四…………………………………………………………………………12</p><p>　　4. 實驗數(shù)據(jù)和誤差分析……………………………………………………………13</p><p>

6、;　　5. 課程設(shè)計的收獲、體會和建議…………………………………………………13</p><p>　　5.1收獲及體會……………………………………………………………………13</p><p>　　5.2實驗建議………………………………………………………………………13</p><p>　　6. 參考文獻(xiàn)…………………………………………………………………………14&l

7、t;/p><p>　　7. 附錄………………………………………………………………………………15</p><p>　　附錄A………………………………………………………………………………15</p><p>　　附錄B………………………………………………………………………………15</p><p><b>　　1.設(shè)計任務(wù)及要求</

8、b></p><p><b>　　1.1 設(shè)計任務(wù)</b></p><p>　　設(shè)計并制作測量電機(jī)轉(zhuǎn)速的數(shù)字測速系統(tǒng)</p><p>　　測量轉(zhuǎn)速可達(dá)0—40轉(zhuǎn)/秒；</p><p>　　轉(zhuǎn)速測量精度不得低于90度/秒；</p><p>　　輸出轉(zhuǎn)速由數(shù)碼管顯示；</p>&l

9、t;p>　　低速報警（速度低于設(shè)定值時，啟動蜂鳴器報警，速度升高到設(shè)定值以上時，自動關(guān)閉蜂鳴器）。</p><p><b>　　1.2 設(shè)計要求</b></p><p>　　1. 畫出電路原理圖（或仿真電路圖）；</p><p>　　2. 元器件及參數(shù)選擇；</p><p>　　3. 編寫設(shè)計報告 寫出設(shè)計的全過

10、程，附上有關(guān)資料和圖紙，有心得體會。</p><p>　　2. 數(shù)字測速系統(tǒng)電路設(shè)計</p><p>　　數(shù)字測速系統(tǒng)電路從原理上來說可分為幾個部分：最基礎(chǔ)的計數(shù)顯示功能，計數(shù)的清零鎖存，輸入信號的分頻，報警功能電路的實現(xiàn)，清零信號的設(shè)計，以及波形的整形。設(shè)計時必須一步一步來，逐步檢查錯誤，逐步實現(xiàn)功能，最后再進(jìn)行所有部分的組合設(shè)計。</p><p><b&g

11、t;　　2.1系統(tǒng)框圖：</b></p><p><b>　　圖1 系統(tǒng)框圖</b></p><p>　　2.2二位數(shù)碼管計數(shù)顯示電路的設(shè)計</p><p>　　選擇CD4511作為顯示譯碼電路；選擇LED數(shù)碼管作為顯示單元電路。由CD4511把輸進(jìn)來的二進(jìn)制信號翻譯成十進(jìn)制數(shù)字，再由數(shù)碼管顯示出來。這里的LED數(shù)碼管是采用共陰的方

12、法連接的。</p><p>　　計數(shù)器實現(xiàn)了對時間的累計并以8421BCD碼的形式輸送到CD4511芯片，再由4511芯片把BCD碼轉(zhuǎn)變?yōu)槠叨螖?shù)碼送到數(shù)碼管中顯示出來。</p><p>　　由于電機(jī)的轉(zhuǎn)速達(dá)到二位數(shù)，因此必須用二位十進(jìn)制計數(shù)顯示。二位十進(jìn)制計數(shù)器，就要有兩組的計數(shù)—譯碼—顯示電路，低位數(shù)向高位數(shù)進(jìn)位，是從低位QD端引出，接上高位計數(shù)計中的輸入端A，當(dāng)?shù)臀坏挠嫈?shù)溢出時，能夠自

13、動向高位進(jìn)位，這樣能實現(xiàn)的計數(shù)為0—99。</p><p>　　圖2 二位數(shù)碼管顯示電路</p><p>　　2.3 鎖存器電路的設(shè)計</p><p>　　由于電機(jī)的轉(zhuǎn)速比較快，則1秒內(nèi)的脈沖數(shù)比較多，而系統(tǒng)要求數(shù)碼管內(nèi)即時顯示電機(jī)的轉(zhuǎn)動速度，也就是1秒內(nèi)產(chǎn)生的脈沖數(shù)，所以設(shè)計的電路要求能在1秒內(nèi)測速，然后清零，并且保存這1秒內(nèi)所測得的速度。這時就需要用到74LS3

14、73芯片。芯片的原理如下：</p><p>　　當(dāng)三態(tài)允許控制端 OE 為低電平時，O0~O7 為正常邏輯狀態(tài)，可用來驅(qū)動負(fù)載或總 線。當(dāng) OE 為高電平時，O0~O7 呈高阻態(tài)，即不驅(qū)動總線，也不為總線的負(fù)載，但 鎖存器內(nèi)部的邏輯操作不受影響。 當(dāng)鎖存允許端 LE 為高電平時，O 隨數(shù)據(jù) D 而變。當(dāng) LE為低電平時，O被鎖存在已建立的數(shù)據(jù)電平。</p><p>　　D0—D7是輸入端，

15、O0—O7是輸出端，分別連接74LS90計數(shù)器輸入的信號和CD4511的輸入端，如下圖所示：</p><p><b>　　圖3鎖存電路</b></p><p>　　2.4 輸入信號分頻電路的設(shè)計</p><p>　　因為我們的轉(zhuǎn)盤設(shè)計的是四個孔，即當(dāng)轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)了一個圈時，輸出的是4個方波信號，而我們要的是在數(shù)碼管上顯示的實際的轉(zhuǎn)速，所以必須把信號輸

16、入時先進(jìn)行4分頻，這樣就能實現(xiàn)實際輸出的是實際的轉(zhuǎn)速。74ls90是一個計數(shù)器，其2，3端接一個正脈沖時，90清零，重新開始計數(shù)。所以我們把第一個Qc分別接到下一個90的14腳，和自身的2，3端，這樣就實現(xiàn)先把信號進(jìn)行4分頻，在輸入給下一個90系統(tǒng)計數(shù).</p><p>　　圖4 輸入信號分頻電路</p><p>　　2.5清零信號電路的設(shè)計</p><p>　　電

17、路測試速度是1秒測，然后清零保存再1秒測的模式。因此，對各個芯片所給的清零信號和使能工作信號的設(shè)計十分重要。由于系統(tǒng)需要的測速清零周期是2秒（即1秒測1秒清零），所以我們提供一個0.5HZ的時鐘脈沖（設(shè)為CP），通過不同的途徑傳送到芯片的有效端口。首先在第1秒內(nèi)，我們需要計數(shù)器工作，即2.3端清零應(yīng)該提供一個低電平（清零信號為高電平），而CP在第1秒內(nèi)為高電平，這時通過一個非門把CP連接到計數(shù)器的清零端，則提供給了一個低電平，計數(shù)器正常

18、計數(shù)工作，并且此時高電平輸入到74373的使能端（高電平有效），使74373正常工作；在第2秒時，CP變成低電平，這時通過非門給了計數(shù)芯片一個清零信號，計數(shù)器停止計數(shù)，并且給了74373使能端一個低電平，這時74373停止工作并保存上1秒的數(shù)據(jù) ，數(shù)碼顯示管依然顯示速度。</p><p>　　在下面電路圖左側(cè)的RC電路實現(xiàn)的是電路上電時的清零功能。</p><p>　　圖5 清零信號電路1

19、</p><p>　　圖6 清零信號電路2</p><p>　　2.6 報警功能電路的設(shè)計 </p><p>　　本系統(tǒng)要實現(xiàn)的功能是當(dāng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速低于設(shè)定值時，蜂鳴器會自動報警，實現(xiàn)自動報警的功能是利用邏輯門來實現(xiàn)，由于我們要的是低于20轉(zhuǎn)時，蜂鳴器自動報警，當(dāng)?shù)陀?0轉(zhuǎn)時，高位的cd4511的Qb，Qc,Qd輸入端為0，再把這三個信號引進(jìn)三個或門，我們用的npn三

20、極管，屬于高電平導(dǎo)通，所以必須再加一個非門。</p><p><b>　　圖7 報警功能電路</b></p><p>　　2.7 波形整形電路。</p><p>　　從接收管輸出的波形并不是如我們想要的方波信號，所以必須把其他波形的信號變成方波信號后，才能使系統(tǒng)正常計數(shù)，這里我們想到了用一個斯米特觸發(fā)器來實現(xiàn)這部分。觸發(fā)器的功能是，當(dāng)實際輸出

21、的電壓到了一定的值后，經(jīng)過斯米特觸發(fā)器后輸出的電壓就變成高電平，當(dāng)實際輸出的電壓低于一定的值時，經(jīng)過斯米特觸發(fā)器后輸出的電壓就變成了低電平。這樣就能使系統(tǒng)正常工作了。 </p><p><b>　　3.故障處理</b></p><p><b>　　3.1故障處理一</b></p><p>　　焊完計數(shù)譯碼與顯示部分時，給

22、90輸入端輸入方波信號，數(shù)碼管不計數(shù)。</p><p>　　仔細(xì)檢查了背面的線路后，發(fā)現(xiàn)問題是有一條電路不通。</p><p><b>　　3.2 故障處理二</b></p><p>　　晶振的頻率為32.768k，我們這個電路要的是一秒鐘高電平，一秒鐘低電平，即0.5Hz所以經(jīng)過4060的14分頻后，還必須進(jìn)行4分頻，接完電路后，發(fā)現(xiàn)實際輸出

23、的并不是0.5Hz</p><p>　　用示波器觀察其輸出波形后，其波形在一秒鐘后是一個尖峰脈沖。分析原因后，是因為90的Qb端接到了其2，3清零端，因為當(dāng)Qb到高電平時，馬上就把電平傳給2，3清零端，并馬上把90給清零了，所以會出現(xiàn)一個尖峰脈沖。另外還需把90的Qc端接到90的2，3端。這樣就實現(xiàn)了一秒鐘高電平，一秒鐘低電平。</p><p><b>　　3.2 故障處理三&l

24、t;/b></p><p>　　按照電路圖焊完電路后，蜂鳴器不能正常工作。后來發(fā)現(xiàn)是蜂鳴器的接法接錯了。原電路圖如下：</p><p>　　圖8 修改前蜂鳴器電路</p><p>　　修改后的電路圖如下：</p><p>　　圖9 修改后蜂鳴器電路</p><p><b>　　故障處理四</b&

25、gt;</p><p>　　接完發(fā)射接收管后，輕輕一碰發(fā)射管，數(shù)碼管都能顯示到幾十，后來請教老師，原來是接收管輸出的波形并不是方波信號，而我們想要的是方波信號，即必須把輸出的波形進(jìn)行整形才能正常計數(shù)，這時我們想到了用一個斯米特觸發(fā)器，斯米特觸發(fā)器的工作原理是這樣的，當(dāng)實際輸出的電壓到了一定的值后，經(jīng)過斯米特觸發(fā)器整形后，才能變成高電平，當(dāng)實際輸出電平低于一定值時，經(jīng)過斯米特觸發(fā)器后，才能變成低電平，這樣就實現(xiàn)了把

26、其他波形的信號轉(zhuǎn)換成TTL電平。這樣經(jīng)過處理的信號進(jìn)入90后，就能正常計數(shù)了。 </p><p>　　4.實驗數(shù)據(jù)和誤差分析</p><p>　　電機(jī)實際為160轉(zhuǎn)，但是實際上測出的是157，有時測出的是158，159，分析原因：</p><p>　　因為剛上電的時候電流和電機(jī)的轉(zhuǎn)速還沒穩(wěn)定。</p><p>　　5. 課程設(shè)計的收獲、體會和

27、建議</p><p><b>　　5.1收獲及體會</b></p><p>　　在此次課程設(shè)計過程中，我們更進(jìn)一步地了解和掌握74LS系列的部分芯片結(jié)構(gòu)和功能，更深入地掌握其工作原理及具體的使用方法。</p><p>　　在各芯片的運用過程中，要求我們熟悉邏輯電路及各芯片各引腳和對應(yīng)的功能，以便在電路出錯時便能準(zhǔn)確地找出錯誤所在并及時糾正了。&

28、lt;/p><p>　　在電路設(shè)計過程中，不能急于求成，幻想一步到位。其實，欲速則不達(dá)。任何長路都要從跬步做起。所以在設(shè)計過程中，盡量將電路分模塊、分單元來進(jìn)行，在模塊或單元調(diào)試中盡快找出問題和解決問題，最后再將模塊和單元聯(lián)系起來組合成實驗的整體電路圖。這樣可以提高準(zhǔn)確性。</p><p>　　在設(shè)計焊接電路的連接過程中，經(jīng)常會被線的多和亂所迷惑，倒置焊接出錯，出現(xiàn)電路短路和斷路情況。所以需要

29、在焊接之前先對走線做一個整體布局。</p><p>　　另外經(jīng)過這樣一個課程設(shè)計后，我們對數(shù)電又有了更深一層的理解，從電路原理的設(shè)計，到焊電路我們都能獨立完成，并且鍛煉了小組的協(xié)作能力。</p><p><b>　　5.2實驗建議</b></p><p>　　建議課程設(shè)計的時間安排在其他時間段，現(xiàn)在這個階段大家的精力主要是放在復(fù)習(xí)上，放在課程設(shè)

30、計上的精力不多，即使做出來了，質(zhì)量也是有待考究的，所以強(qiáng)烈建議課程設(shè)計安排在其他時間段做，例如假期，另外，建議這樣的設(shè)計課程可適當(dāng)增多幾個。</p><p><b>　　6. 參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　邏輯電路設(shè)計基礎(chǔ) [美] AlanB.Marcovitz 著 電子工業(yè)出版社 TN79 28</p><p>　　數(shù)字邏輯分析

31、與設(shè)計 童永承 主編 科學(xué)出版社 TN79 33</p><p>　　數(shù)字電路與邏輯設(shè)計 劉浩斌 電子工業(yè)出版社 TN79 53</p><p>　　數(shù)字電路設(shè)計與實踐 邵時 楊冰 姜寧編著 華東師范大學(xué)出版社 TN7990</p><p>　　數(shù)字電路設(shè)計與數(shù)字系統(tǒng) 劉培植 等編著 北京郵電大學(xué)出版社 TN79107</p>

32、<p>　　數(shù)字電路原理與設(shè)計實例解析 [美] Myke Predko 著 張曉林 等譯</p><p>　　電子工業(yè)出版社 TN79 118</p><p>　?。簲?shù)字電路CD4511的原理（引腳及功能） </p><p>　　鏈接：http://hi.baidu.com/diydz/blog/item/87fae8a224c8d7abcb

33、efd0f4.html</p><p><b>　　7.附錄</b></p><p>　　附錄A 電路總原理圖</p><p>　　圖10 電路總原理圖</p><p>　　附錄B 實驗用到元器件清單</p><p><b>　　實驗中用到的器材</b></p>