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四位数数字显示红外线转速表 作者： 日期：2 个人收集整理 勿做商业用途目录一、 内容摘要 2二、设计内容及要求 2三、红外线转速表的工作原理 2四、单元电路设计 4五、总体设计8六、组装调试8七、心得体会10八、电路用到的器件11九、参考文献12一、内容摘要我们设计的是四位数数字显示红外线转速表.转速表用红外线发光管，通过光学原理实现对转速的测量，通过计数锁存电路、延时电路、脉冲电路的相互有机组合可以使测速范围达到了从0转/s 到 9999转/s，实现近距离测量；二、设计内容及要求（1）设计四位数数字显示红外线转速表。转速表用红外线发光管。测速范围为0000 9999转/s,实现近距离测量;(2)转速表用红外线发光管5GL发射的红外线,由接收管3DU5C接收被测转动体的转速脉冲；(3）组装、调试红外线转速表；（4)画出完整的电路图，写出设计、调试报告。 三、红外线转速表的工作原理3。1 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。3。2 测量转速的探头根据测量距离可以采用透镜系统，也可不采用透镜系统。当被测物离开探头距离在15cm以内时，无需采用透镜。探头设计是可采用小功率发光管5GL和光敏受光管3DU5C。组装电路如图2-1所示，两管并排放置,两个管子的中心线夹角很小，使它们在10cm 15cm远处相交。这种探头靠接近物体上漫反射回来的光线工作，对全黑色物体，接收灵敏度很底，对白色物体和镜面反射体接收最灵敏，也能接收到其他颜色物体的反射光，但相应的探头距离要近些。 图1 不加透镜，接收漫反射光的探头 测量转速的探头经常用透镜系统，根据光学的折射反射原理，发射管和接收管都固定在探测架上,通过透镜聚焦。在探测架中间用半透膜使发射的红外线折射向转动体,又能使从转动的物体反射回来的红外线通过半透膜射向接收管.半透膜上最好涂一层只能透过某个单色波长的物质，或用单色性很好的滤色玻璃制作，使它只能透过固定波长的红外线(例如0.93m），这样对于对抗杂散光的干扰更有利。3。3 为了提高反射红外线的能力，通常在转动物体贴上一小片红外线反射纸，反射效果极好.有时用镜面、铝箔、洁白平滑的纸、白油漆等也能提供反射性能.当转动物体转到反射纸恰好对着从发光管发出的红外线时,接收管接收到光信号，从单位时间内收到光信号的次数便可测出转速.3.4 红外线转速表电路原理框图如图22所示。为了使红外线转速表不怕可见光干扰，系统可以设置振荡器和波形变换电路,使发射的红外线通过脉冲功率放大和调制，当受光管收到脉冲信号后，电路把调制发光管的脉冲信号和受光管接收到的脉冲信号选通出来,对收到的光电信号,必须“卸调”调制脉冲,即实行解调，从中取得真正需要的转速脉冲输出信号,解调后输出信号送入计数控制门计数。 图2 红外线转速表电路原理框图秒脉冲电路可以得到1kHz的秒脉冲信号，通过1秒脉冲电路得到闸门时间（脉宽)为1秒的闸门信号，该1秒的脉宽就是转速表的取样时间，是计数控制门的输入信号.为了在测量过程中,只让显示数字在每次测量结束后自动改变一次数据，要对计数显示“锁存，所以电路需要一个延时1锁存信号。在计算器每测量依次转速后，使计算器自动清零,故设置延时2电路，以提供延时清零脉冲。计数、锁存、译码显示电路完成光电转速表的转速数据显示。四、单元电路设计 1 红外发射及接收电路5GL最大工作电流10mA,正向电压UF=1.3V;3DU5C暗电流0.2mA,光电流1mA。于是计算出R1=500，R2=5K.图32 秒脉冲电路系统所需要的秒脉冲由定时器 555定时器所构成的多谐振荡器提供。其中1脚是电路地GND；8脚是正电源Vcc，工作电压范围为318V；2脚是低触发端TR；3脚是输出端OUT;4脚是主复位端R；5脚是控制电压端Uc;6脚是高触发端TH;7脚放电端DISC。R1、R2和C为定时电阻和电容，C1为电压控制端稳定电容。输出矩形脉冲的周期等于电容的充放电时间之和.用一阶RC电路的三要素法可求出电容的充放电时间。充电时间即高电平脉冲宽度T1=0。7(R1+R2）C。放电时间即低电平脉冲宽度T2=R2C。R1=72。14K R2=30。43K。 C=10uF C1=10nF 555外引脚图43 秒脉宽电路 用D触发器CC4013构成。（2分频）功能说明：“3”端口接秒脉冲；“2”端口的输出作为“5”端口的输入,“1”端口作为整体信号输出接与非门。图54 计数控制电路 图6用42输入与非门CC4011和非门4009构成。具体连接如下：5 延时电路 用单稳态触发器CC4098构成。tW=0。45RextCextCC4098单稳态触发器的管脚功能图如图所示。触发器从TR+或TR_端引入（上升沿触发用TR+端，下降沿触发则用TR_端)。输入端接“1”时，单稳态触发器按触发工作，接“0时,Q端输出“0”，输出“1”。Rext和Cext是外接的定时元件,其值决定输出脉冲宽度(暂态时间）.电路本身的传输延迟时间仅由内部单元的延时决定，与Rext和Cext的值无关。CC4098的真值表如表11-62所示. 按照设计要求锁存信号脉宽可为 510 s， 秒脉宽信号下降沿触发。tW1=0。45Rext1Cext1=9s Rext1 =200K Cext1 =100uF 2) 清零信号脉宽1s, 锁存信号下降沿触发。tW2=0。45Rext2Cext2 =1s Rext2 =460K2 Cext2 =4。7uF/26 计数/锁存/译码/驱动CC40110 计数/锁存/7段译码/驱动器CC40110是CMOS集成电路,内部计数器采用“约翰逊计数器”结构，按二-十进制加/减方式工作,锁存器将数据锁存，译码器、驱动器和输出驱动七段显示器，电源范围为3V18V,输出驱动电源可达10mA以上。CC40110逻辑图和引出端功能图如图所示.ag为驱动器输出端，和七段显示器连接;R为清零端，R=“1”时，计数器复零；CPu是加法计数时钟，CPd是减法计数时钟；Qco输出进位脉冲,Qbo输出借位脉冲；为触发器使能端， =“0”时计数器工作， =“1时，计数器处于禁止状态，即不计数；LE为锁存控制端，LE=“1时,计数器锁存.CC40110各引出端具体功能参见下图。“5端口接清零；“6”端口接锁存；“9”接计数脉冲；“10”是进位输出. 7 显示电路 BS201A：最大工作电流Im=10mA，正向电压Uf=2V，五、总体图13六、组装调试1调试用的仪器（1）数字万用表或指针式万用表 它可以很方便地测量交、直流电压，交、直流电流，电阻及晶体管值等。（2)示波器 用示波器可以测量直流电位，正弦波、三角波和脉冲等波形的各种参数。用双踪示波器还可同时观察两个波形的相位关系,这在数字系统中是比较重要的。调试中所用示波器频带一定要大于被测信号的频率。（3）信号发生器 因为经常要在加信号的情况下进行测试，则在调试和故障诊断时最好备有信号发生器.它是一种多功能的宽频带函数发生器，可产生正弦波、三角波、方波及对称性可调的三角波和方波.必要时自己可用元器件制作简单的信号源。 以上三种仪器是调试和故障诊断时必不可少的，三种仪器配合使用,可以提高调试及故障诊断的速度,根据被测电路的需要还可选择其他仪器，比如逻辑分析仪、频率计等。从电路焊接组装中得出经验，一般分模块进行焊接，焊接好后调试该模块，遇到问题可以及时解决；各模块焊接好后，验证输出输入正确后,才将各模块之间连接起来进行整体的调试。2故障分析与排除常用检查方法1、通过视觉、听觉、触觉来查找故障部位，这是一种简便有效的方法。（1）检查接线,在面包板上接插电路，接错线引起的故障占很大比例，有时还会损坏器件。如发现电路有故障时，应对照安装接线图检查电路的接线有无漏线、断线和错线，特别要注意检查电源线和地线的接线是否正确。为了避免和减少接线错误，应在课前画出正确的安装接线图.（2)听通电后有否打火声等异常声响；闻有无焦糊异味出现；摸晶体管管壳是否冰凉或烫手，集成电路是否温升过高。听、摸、闻到异常时应立即断电。电解电容器极性接反时可能造成爆裂,漏电大时，介质损耗将增大，也会使温度上升，甚至使电容器胀裂。2、电阻法用万用表测量电路电阻和元件电阻来发现和寻找故障部位及元件，注意应在断电条件下进行。（1）通断法用于检查电路中连线是否断路，元器件引脚是否虚连。要注意检查是否有不允许悬空的输入端未接入电路，尤其是CMOS电路的任何输入端不能悬空。一般采用万用表电阻挡R1或R10挡进行测量.(2）测电阻值法用于检查电路中电阻元件的阻值是否正确;检查电容器是否断线、击穿和漏电；检查半导体器件是否击穿、开断及各PN结的正反向电阻是否正常等。检查二极管和三极管时，一般用万用表的R100或R1K挡进行测量。在检查大容量电容器（如电解电容器）时,应先用导线将电解电容的两端短路，泄放掉电容器中的存储电荷后，再检查电容有没有被击穿或漏电是否严重,否则，可能会损坏万用表。在测量电阻值时，如果是在线测试，还应考虑到被测元器件与电路中其它元器件的等效并联关系，需要准确测量时，元器件的一端必须与电路断开.3、电压法 用电压表直流挡检查电源、各静态工作点电压、集成电路引脚的对地电位是否正确。也可用交流电压挡检查有关交流电压值。测量电压时，应当注意电压表内阻及电容对被测电路的影响。4、示波法 通常是在电路输入信号的前提下进行检查。这是一种动态测试法.用示波器观察电路有关各点的信号波形，以及信号各级的耦合、传输是否正常来判断故障所在部位，是在电路静态工作点处于正常的条件下进行的检查。5、电流法 用万用表测量晶体管和集成电路的工作电流、各部分电路的分支电流及电路的总负载电流，以判断电路及元件正常工作与否。这种方法在面包板上不多用.6、元器件替代法 对怀疑有故障的元器件，可用一个完好的元器件替代，置换后若电路工作正常,则说明原有元器件或插件板存在故障,可作进一步检查测定之.这种方法力争判断准确.对连接线层次较多、功率大的元器件及成本较高的部件不宜采用此法.七、心得体会紧张而又辛苦的两周课程设计结束了，当我快要完成老师下达给我们的任务的时候，我仿佛经过了一次翻山越岭，登上了高山之巅，顿感心旷神怡，眼前豁然开朗。电子课程设计是该课程是对我们进行的一次较全面的设计训练，也是电子课程全部结束后的一次综合性、实践性的学习环节。“千里之行，始于足下。通过这次课程设计，我深深地体会到了这句千古名言的真正含义.我今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地的迈开这一步，就是为了明天能稳健的在社会大潮中奔跑打下坚实的基础。说实话，课程设计真的很累。然而,当我一着手清理自己的设计成果是，仔细回味这一周来的心路历程，一种少有的成功的喜悦即刻使我倦意顿消.虽然这是我刚学会走完的这一步,是我人生中的一点小小的胜利,然而它令我感到自己自己成熟了许多。通过课程设计,使我深深地体会到，干任何事都必须耐心、细致。课程设计过程中,许多计算有事不免令我感到有些心烦意乱，记得又一次取数取错了，到最后才知道不行，只好毫不犹豫的重来。但以想起老师平时对我们的耐心教导，想到以后自己应当承担的社会责任，一定要养成一种高度负责、一丝不苟的良好习惯。这次课程设计使我在工作风度上得到了一次难得的磨练,短短的两周的课程设计,使我更加扎实的掌握了有关知识，在设计过程中虽然遇到了一些问题，但经过一次又一次的思考，一遍又一遍的检查终于找出了原因所在，也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足.实践出真知,通过亲自动手制作，使我们掌握的知识不再是纸上谈兵.最后，我要衷心地感谢老师。不管是上课还是课余时间，或者是双休时间,问您的问题,您都会耐心的给予解答。是您的敬业精神感动了我，是您的谆谆教导启发了我，是您的殷切期望鼓舞了我.通过设计电路，完成电路各个功能模块,我们加深了红外线测速器的了解，知道了这个红外线测速器具有原理简单、易于理解、简单易做的特点,同时由于它的研究型不是太高端，正好适合我们这样刚刚完成课程的学生，这样就加深了我们对各个课程学科的理解，而且由于各个功能模块的独立性，可以在完成整体电路时把它拆分成很多独立的模块,这样就加速了课题的研究进程。但是，在研究的过程中我们也发现了它的很多缺点,比如，由于此次应用的是光学原理，而光却是很容易受到其他因素的影响，所以导致完成的测速仪可能精度不高，或者不稳定，这些虽然可以用其他的一些技术，材料加以弥补，可是根本的原理不变，这个缺点是难以解决的,只有变化了测速器的构成原理，这个问题才会得以解决。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的,难免会遇到过各种各样的问题,同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。与队友的合作更是一件快乐的事情，只有彼此都付出,彼此都努力维护才能将作品做的更加完美。而团队合作也是当今社会最提倡的.此次课程设计，学到了很多课内学不到的东西,比如独立思考解决问题，出现差错的随机应变，和与人合作共同提高，都受益非浅，今后的制作应该更轻松,自己也都能扛的起并高质量的完成项目。这次课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多专业知识问题，最后在老师的辛勤指导下，终于游逆而解。同时,在老师的身上我们学也到很多实用的知识,在次我们表示感谢！同时,对给过我帮助的所有同学和各位指导老师再次表示忠心的感谢！八、电路用到的器件：1 555定时器 1片 2 CC40110 4片 3 数码显示器BS201A（共阴极) 4片 4 CC4013 （双D触发器） 1片 5 CC4098 1片 6 CC4011 1片 7 5GL （发光管） 1只 8 3DU5C （光敏受光管） 1只9 CC4009 1只10 电阻、电容若干九、参考文献1电子技术基础课程设计 华中理工大学出版社 杨宗善主编 1995。1。2新编实用半导体器件手册电子工业出版社 杨帮文主编 2004.9 3新编CMOS4000系列集成电路实用手册 机械工业出版社 杨帮文主编 2006.10 4数字电子技术基础 科学出版社 唐治德主编 2009。1 5数字电子技术试验 重大出版社 夏鸣风主编2010.214