数字式红外测速仪一、设计技术指标与要求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。二、设计目的和要求1、设计目的本课程设计是在前导性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。培养学生利用模拟、数字电路知识， 解决电子线路中常见实际问题的能力， 使学生积累实际电子制作经 验，目的在于巩固基础、注重设计、培养技能、追求创新、走向实 用。2、设计要求1. 以电子技术基础的基本理论为指导， 将设计实验分为基础型和 系统型两个层次， 基础型指基本单元电路设计与调试， 系统型指若干 个模拟、数字基本单元电路组成并完成特定功能的电子电路的设计、 调试；2. 熟悉常用电子仪器操作使用和测试方法；3. 学习计算机软件辅助电路设计方法，能熟练应用电子线路 CAD进行电路设计和印刷电路板的设计制作；4. 学习电子系统电路的安装调试技术；5. 拓展电子电路的应用领域， 能设计、制作出满足一定性能指标 或特定功能的电子电路设计任务。三、实验原理构思1、转速概念转速是旋转物体的转数与时间之比的物理量 ,是描述各种旋转机械 运转技术性能的一个重要参量。转速和频率有共同的量纲,都是单位时间内某一量值 （脉冲个数、转数 ） 出现的次数 ,从理论上讲 ,转速值可 以直接和频率值进行比对。测时计数是转速计量的基本方法。测定一定单位时间内旋转物体转过的圈数即频率， 可等价为所测旋 转物体此时的转速。2、光电式红外测速仪 经查阅资料知道目前在光电式转速表方面使用的检测装置有两 种:a. 采用转速标准装置 ,将定向反射纸贴于装置的测速盘上 ,由转速标 准装置通过测速盘输出标准转速 ,进行检测。 采用脉冲光源测b. 速装置来检测光电式转速表。这类检测设备通常由频率信号发生 器、 频率计数计及一个发光二极管组成。 两种检测装置的工作原理 有质的差别。脉冲光源测速装置能否做为标准 ,在转速界争议较大。本课程设计即可采用红外发光二极管和光敏三极管作为速度转换装置来测取旋转物体转速。可将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，在遮光板上可打一 个小孔，在转轮旋转时，当发光二极管、小孔、光敏三极管在一条轴 线上时小洞才有红外光通过，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后转化为一个脉冲，产生一个脉冲则说明转一 圈。这样只需要测量一分钟内光敏三极管输出脉冲个数， 就可以知道 车轮的转速了。四、设计方案构思1方案一被测旋转物体 光电转换装置 计数器 译码转换LED显示图-1方案一流程图2方案二被测旋转物体光电转换装置 计数器图-2方案二流程图60s时钟电路 译码转换LED显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。五、设计原理及步骤1、数字式红外测速仪原理框图被测旋转物体 光电转换装置 计数器#LED显示60s时钟电路 译码转换图-3数字式红外测速仪原理框图2、光电转换模拟电路* a * - JtGND r 9I! F F图-4光电转换电路模拟图当合上开关时，红外发光二极管导通并发射红外线， 当遮光板上小洞 正好与发光二极管和光敏三极管在一条线上时，光敏三极管接收红外 线，并产生一高电平脉冲信号，输出给计数器。3、三极管产生的高电平信号波形图，如下图图-5 三极管产生的高电平信号波形图实际使用时需用施密特触发器对三极管产生的高电平信号整形，同时输出一高低电平信号。U3SCHMITT_TRIGGER图-6施密特触发器4、输出脉冲模拟计数可用控制开关来手动模拟小洞转过一圈时输出一脉冲并计数情景, 如下图 上面显示管示数为2,下面显示管示数为3。vcc七GIWVCCJ13 O.*器“涉CCD_HEX5VU111 OkjQ PHOTO_TRAJMSi STOR_R ftTED112OCD_HEXUSA图-7 输出脉冲模拟计数工作原理简述：原先显示译码器示数为2,合上开关A时输出一脉冲 信号给计数器，断开时则显示译码器示数为 3,即为一次脉冲一次计 数。如果用手动来合上断开开关并计时，而且需要计数一分钟在操作中很 难实现，因此出现问题。5、脉冲计数问题解决可用555定时器产生1HZ即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实现2位计数，当计数到60,停 止计数，实现一分钟定时功能。6、1s脉冲发生器电路-555定时器该555定时器产生1S时钟脉冲,用于下面计数器计数。#12VVs：:R1CfVCC-P3T 371-TBI匸-VIRTUAL555 Timer#图-81s脉冲发生器电路-555定时器#7、六十进制计数器定时计数电路Z10hF：11-匚 a 1ssr -DIS ，:J,T：tTFT-召曲1. a 1-thlD - 3he+555 VIRTUAL -Tirri er :二L：-T-b WAC 10HFCfr 74LS160DU274ILS20D-#图-960s定时计数电路用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。#8译码显示电路uK:d hexco HEX74LS1&0DJUlixrre9A74LS160DU1A匸:74LS160OU21A74L8fl4Q74LSD4DU24U22A74LS04D74AS3QN#图-10 三位译码显示电路图采用了 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 （10990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。#六、数字式红外测速仪总电路图工畐SVWT0京1龙ogwlsm332SIOCJAAToeA着nJtE#图-11数字式红外测速仪总电路图#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。七、所用器件红外发光二极管、光敏三极管各一片，1K 电阻、开关、与非、非门、与非门若干，555 定时器一片，74LS160D 计数器五片， 施密特触发器一片，DCD -HEX 型数码显示管五片，电源若干。八、设计总结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； 红外管的灵敏度高， 从而减少了测试结果的 误差；它是一种非接触型的测试器，使用安全，方便。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，因为红外线照射光敏三级管在软件里并未看到明显的效果， 但 是可以模拟一下，就是用一个开关不断的断合来模拟下降沿脉冲信 号，或者通过一个下降沿的函数信号发生器来模拟使计数器工作。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。九、设计心得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。这次试验能成功首先要感谢老师平时的教导和这几天的指导， 也是 这次课程设计加强了自己的动手能力，也对后续课程学习有很大帮 助。这次课程设计我学到了很多。参考文献1、数字电子技术基础第五版， 高等教育出版社，阎石 2、模拟电子技术基础第四版，高等教育出版社，童诗白、华成英3、虚拟电子实验室 -Mulitisim 7 ， 人民邮电出版社，路而红4、模电数电基础实验及 Multisim 7 仿真，浙江大学出版社，黄培 根、朱维婷等yhbhncj#14