電子課程設(shè)計報告----紅外線轉(zhuǎn)速表

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

2、>　　指導(dǎo)教師： </p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　內(nèi)容摘要</b></p><p><b>　　二、設(shè)計內(nèi)容及要求</b></p><p>　　三、紅外線轉(zhuǎn)速表的工作原理</p><p>

3、;<b>　　四、單元電路設(shè)計 </b></p><p><b>　　五、總體設(shè)計</b></p><p><b>　　六、組裝調(diào)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(jié)</b></p><p><b>　　十、參考文獻</b></p><p><b>　　紅外線轉(zhuǎn)速表</b></p><p><b>　　一、內(nèi)容摘要：</b></p><p>　　

5、我們設(shè)計的是四位數(shù)數(shù)字顯示紅外線轉(zhuǎn)速表。轉(zhuǎn)速表用紅外線發(fā)光管，通過光學(xué)原理實現(xiàn)對轉(zhuǎn)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(zhuǎn)/s 到 9999轉(zhuǎn)/s，實現(xiàn)近距離測量；</p><p>　　二、設(shè)計內(nèi)容及要求：</p><p>　　（1）設(shè)計四位數(shù)數(shù)字顯示紅外線轉(zhuǎn)速表。轉(zhuǎn)速表用紅外線發(fā)光管。測速范圍為0000 9999轉(zhuǎn)/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(diào)制，接收的調(diào)制脈沖通過解調(diào)電路得到被測轉(zhuǎn)動體的轉(zhuǎn)速脈沖；</p><p>　　（3）組裝、調(diào)試紅外線轉(zhuǎn)速表；</p><p>　?。?）畫出完整的電路圖，寫出設(shè)計、調(diào)試報告；</p><p>　　三、紅外線轉(zhuǎn)速表的工作原理</p><p>　　3.1 紅外線轉(zhuǎn)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(zhuǎn)速比較方便。</p><p>　　3.2 測量轉(zhuǎn)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(nèi)

8、時，無需采用透鏡。探頭設(shè)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(yīng)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(zhuǎn)速的探頭經(jīng)常用透鏡系統(tǒng)，根據(jù)光學(xué)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(zhuǎn)動體，又能使從轉(zhuǎn)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(zhì)，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(zhuǎn)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(zhuǎn)動物體轉(zhuǎn)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(nèi)收到光信號的次數(shù)便可測出轉(zhuǎn)速。</p><p>　　3.4 紅外線轉(zhuǎn)速表電路原

11、理框圖如圖2-2所示。為了使紅外線轉(zhuǎn)速表不怕可見光干擾，系統(tǒng)可以設(shè)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(diào)制，當受光管收到脈沖信號后，電路把調(diào)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(diào)”調(diào)制脈沖，即實行解調(diào)，從中取得真正需要的轉(zhuǎn)速脈沖輸出信號，解調(diào)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(zhuǎn)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(zhuǎn)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(jié)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(zhuǎn)速后，使計算器自動清零，故設(shè)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(zhuǎn)速表的轉(zhuǎn)速數(shù)據(jù)顯示。</p><p><b>　　四、單元電路設(shè)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(gòu)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(fù)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(gòu)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(gòu)成</p><p>　　經(jīng)過D觸發(fā)器分頻產(chǎn)生的秒脈寬信號是轉(zhuǎn)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(gòu)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(nèi)部單元的延時決定，與Rext和Cext的值無關(guān)。CC4098的真值表

20、如表11-6-2所示.        </p><p>　　按照設(shè)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(qū)動器CC40110CC40110是CMOS集成電路，內(nèi)部計數(shù)器采用“約翰遜計數(shù)器”結(jié)構(gòu)，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(qū)動器和輸出驅(qū)動七段顯示器，電源范圍為3V~18V，輸出驅(qū)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(qū)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(fù)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(qū)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(shè)計共需要4塊CC40110.最低位計數(shù)端接技術(shù)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(nèi)</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(shè)計:</b></p><p><b>　　六、組裝調(diào)試</b></p><p>　　使用的主要儀器和儀表：數(shù)字萬用表</p><p>　　調(diào)試電路方法和技巧：主要采用：分割測試法對各部分進行調(diào)試</p><p>　　調(diào)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(shè)計結(jié)束了，在這次的課程設(shè)計中不僅檢驗了我所學(xué)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(shè)計過程中，與同學(xué)分工設(shè)計，和同學(xué)們相互探討，相互學(xué)習，相互監(jiān)督。學(xué)會了合作，學(xué)會了運籌帷幄，學(xué)會了寬容，學(xué)會了理解，也學(xué)會了做人與處世。</p><p&g

27、t;　　課程設(shè)計是我們專業(yè)課程知識綜合應(yīng)用的實踐訓(xùn)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(shè)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(shè)計，學(xué)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(chǔ)．</p><p>　　通過這次電路的設(shè)計，本人在多方面都有所提高。通過這次電路的設(shè)計，綜合運用本專業(yè)所學(xué)課程的理論，尤其是各種軟件的綜合

28、運用，并且自學(xué)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(guān)課程所學(xué)的內(nèi)容，掌握了電子電路設(shè)計的方法和步驟，，提高了計算能力，，同時各科相關(guān)的課程都有了全面的復(fù)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(shè)計發(fā)端之始，思緒全無，舉步維艱，對于理論知識學(xué)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(xué)請教，終于熟練掌握了基本理論知識，而且領(lǐng)悟諸多平時學(xué)習難以理解掌握的較難知識，學(xué)會了如何思考的思維方式，找到了設(shè)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(guān)于真理的大討論最終結(jié)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(shè)計基本告成，才切身領(lǐng)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(shè)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(yīng)時代發(fā)展潮流，在課程設(shè)計中不忘在小處創(chuàng)新，未必是創(chuàng)新技術(shù)，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(shè)計過程中，我們不斷發(fā)現(xiàn)錯誤，不斷改正，不斷領(lǐng)悟，不斷獲

32、取。最終的檢測調(diào)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(xué)海無涯，學(xué)無止境。盡管課程設(shè)計是在期末才開始，我們的教材學(xué)習完畢，掌握許多知識，但是還有很多地方理解領(lǐng)悟不到位，由于對555電路相關(guān)章節(jié)未能掌握以致用到秒脈沖產(chǎn)生電路無法自行設(shè)計，只得參考其他文獻，由于沒有相關(guān)的單片機的元件庫，我們找遍了資料，所以我們徹悟?qū)W海無涯只有苦來作舟，學(xué)無止境只有書來作伴。</p>

33、;<p>　　在這次設(shè)計過程中，體會了學(xué)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(xué)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(jié)</b></p><p>　　此次，通過設(shè)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(xué)生，這樣就加深了我們對各個課程學(xué)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(yīng)用的是光學(xué)原理，而光卻是很容易受到其他因素的影響，所以導(dǎo)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(shù)，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(gòu)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(shù)難題及核心集中在了設(shè)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(zhuǎn)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(xué)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(xué)的反射原理，比如，用發(fā)射微波然后接受反射的微波來構(gòu)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(yīng)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(dǎo)致整體性能

40、大的出錯所以為了能將最后理想的結(jié)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(shù)基礎(chǔ)課程設(shè)計》 華中理工大學(xué)出版社 楊宗善主編 1995.1。</p><p>　　2《新編實用半導(dǎo)體器件手冊》電子工業(yè)出版社 楊幫文主編 2004.9 <