課程設(shè)計(jì)---數(shù)字測(cè)速系統(tǒng)設(shè)計(jì)

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

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

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

4、………………8</p><p>　　2.7整形電路設(shè)計(jì)…………………………………………………………………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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和誤差分析……………………………………………………………13</p><p>

6、;　　5. 課程設(shè)計(jì)的收獲、體會(huì)和建議…………………………………………………13</p><p>　　5.1收獲及體會(huì)……………………………………………………………………13</p><p>　　5.2實(shí)驗(yàn)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(jì)任務(wù)及要求</

8、b></p><p><b>　　1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)</b></p><p>　　設(shè)計(jì)并制作測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)速的數(shù)字測(cè)速系統(tǒng)</p><p>　　測(cè)量轉(zhuǎn)速可達(dá)0—40轉(zhuǎn)/秒；</p><p>　　轉(zhuǎn)速測(cè)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(bào)警（速度低于設(shè)定值時(shí)，啟動(dòng)蜂鳴器報(bào)警，速度升高到設(shè)定值以上時(shí)，自動(dòng)關(guān)閉蜂鳴器）。</p><p><b>　　1.2 設(shè)計(jì)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(jì)報(bào)告 寫出設(shè)計(jì)的全過

10、程，附上有關(guān)資料和圖紙，有心得體會(huì)。</p><p>　　2. 數(shù)字測(cè)速系統(tǒng)電路設(shè)計(jì)</p><p>　　數(shù)字測(cè)速系統(tǒng)電路從原理上來說可分為幾個(gè)部分：最基礎(chǔ)的計(jì)數(shù)顯示功能，計(jì)數(shù)的清零鎖存，輸入信號(hào)的分頻，報(bào)警功能電路的實(shí)現(xiàn)，清零信號(hào)的設(shè)計(jì)，以及波形的整形。設(shè)計(jì)時(shí)必須一步一步來，逐步檢查錯(cuò)誤，逐步實(shí)現(xiàn)功能，最后再進(jìn)行所有部分的組合設(shè)計(jì)。</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(jì)數(shù)顯示電路的設(shè)計(jì)</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(hào)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(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)了對(duì)時(shí)間的累計(jì)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(jì)數(shù)顯示。二位十進(jìn)制計(jì)數(shù)器，就要有兩組的計(jì)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(jì)數(shù)計(jì)中的輸入端A，當(dāng)?shù)臀坏挠?jì)數(shù)溢出時(shí)，能夠自

13、動(dòng)向高位進(jìn)位，這樣能實(shí)現(xiàn)的計(jì)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(jì)</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(shí)顯示電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)速度，也就是1秒內(nèi)產(chǎn)生的脈沖數(shù)，所以設(shè)計(jì)的電路要求能在1秒內(nèi)測(cè)速，然后清零，并且保存這1秒內(nèi)所測(cè)得的速度。這時(shí)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(shí)，O0~O7 為正常邏輯狀態(tài)，可用來驅(qū)動(dòng)負(fù)載或總 線。當(dāng) OE 為高電平時(shí)，O0~O7 呈高阻態(tài)，即不驅(qū)動(dòng)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(shí)，O 隨數(shù)據(jù) D 而變。當(dāng) LE為低電平時(shí)，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(jì)數(shù)器輸入的信號(hào)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(hào)分頻電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　因?yàn)槲覀兊霓D(zhuǎn)盤設(shè)計(jì)的是四個(gè)孔，即當(dāng)轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)了一個(gè)圈時(shí)，輸出的是4個(gè)方波信號(hào)，而我們要的是在數(shù)碼管上顯示的實(shí)際的轉(zhuǎn)速，所以必須把信號(hào)輸

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

17、路測(cè)試速度是1秒測(cè)，然后清零保存再1秒測(cè)的模式。因此，對(duì)各個(gè)芯片所給的清零信號(hào)和使能工作信號(hào)的設(shè)計(jì)十分重要。由于系統(tǒng)需要的測(cè)速清零周期是2秒（即1秒測(cè)1秒清零），所以我們提供一個(gè)0.5HZ的時(shí)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(jì)數(shù)器工作，即2.3端清零應(yīng)該提供一個(gè)低電平（清零信號(hào)為高電平），而CP在第1秒內(nèi)為高電平，這時(shí)通過一個(gè)非門把CP連接到計(jì)數(shù)器的清零端，則提供給了一個(gè)低電平，計(jì)數(shù)器正常

18、計(jì)數(shù)工作，并且此時(shí)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(shí)，CP變成低電平，這時(shí)通過非門給了計(jì)數(shù)芯片一個(gè)清零信號(hào)，計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)，并且給了74373使能端一個(gè)低電平，這時(shí)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(shí)現(xiàn)的是電路上電時(shí)的清零功能。</p><p>　　圖5 清零信號(hào)電路1

19、</p><p>　　圖6 清零信號(hào)電路2</p><p>　　2.6 報(bào)警功能電路的設(shè)計(jì) </p><p>　　本系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的功能是當(dāng)電機(jī)的轉(zhuǎn)速低于設(shè)定值時(shí)，蜂鳴器會(huì)自動(dòng)報(bào)警，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)報(bào)警的功能是利用邏輯門來實(shí)現(xiàn)，由于我們要的是低于20轉(zhuǎn)時(shí)，蜂鳴器自動(dòng)報(bào)警，當(dāng)?shù)陀?0轉(zhuǎn)時(shí)，高位的cd4511的Qb，Qc,Qd輸入端為0，再把這三個(gè)信號(hào)引進(jìn)三個(gè)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(gè)非門。</p><p><b>　　圖7 報(bào)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(hào)，所以必須把其他波形的信號(hào)變成方波信號(hào)后，才能使系統(tǒng)正常計(jì)數(shù)，這里我們想到了用一個(gè)斯米特觸發(fā)器來實(shí)現(xiàn)這部分。觸發(fā)器的功能是，當(dāng)實(shí)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(shí)際輸出的電壓低于一定的值時(shí)，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(jì)數(shù)譯碼與顯示部分時(shí)，給

22、90輸入端輸入方波信號(hào)，數(shù)碼管不計(jì)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(gè)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(shí)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(gè)尖峰脈沖。分析原因后，是因?yàn)?0的Qb端接到了其2，3清零端，因?yàn)楫?dāng)Qb到高電平時(shí)，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(huì)出現(xiàn)一個(gè)尖峰脈沖。另外還需把90的Qc端接到90的2，3端。這樣就實(shí)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(cuò)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(qǐng)教老師，原來是接收管輸出的波形并不是方波信號(hào)，而我們想要的是方波信號(hào)，即必須把輸出的波形進(jìn)行整形才能正常計(jì)數(shù)，這時(shí)我們想到了用一個(gè)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(shí)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(shí)際輸出電平低于一定值時(shí)，經(jīng)過斯米特觸發(fā)器后，才能變成低電平，這樣就實(shí)現(xiàn)了把

26、其他波形的信號(hào)轉(zhuǎn)換成TTL電平。這樣經(jīng)過處理的信號(hào)進(jìn)入90后，就能正常計(jì)數(shù)了。 </p><p>　　4.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和誤差分析</p><p>　　電機(jī)實(shí)際為160轉(zhuǎn)，但是實(shí)際上測(cè)出的是157，有時(shí)測(cè)出的是158，159，分析原因：</p><p>　　因?yàn)閯偵想姷臅r(shí)候電流和電機(jī)的轉(zhuǎn)速還沒穩(wěn)定。</p><p>　　5. 課程設(shè)計(jì)的收獲、體會(huì)和

27、建議</p><p><b>　　5.1收獲及體會(huì)</b></p><p>　　在此次課程設(shè)計(jì)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(yùn)用過程中，要求我們熟悉邏輯電路及各芯片各引腳和對(duì)應(yīng)的功能，以便在電路出錯(cuò)時(shí)便能準(zhǔn)確地找出錯(cuò)誤所在并及時(shí)糾正了。&

28、lt;/p><p>　　在電路設(shè)計(jì)過程中，不能急于求成，幻想一步到位。其實(shí)，欲速則不達(dá)。任何長(zhǎng)路都要從跬步做起。所以在設(shè)計(jì)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(shí)驗(yàn)的整體電路圖。這樣可以提高準(zhǔn)確性。</p><p>　　在設(shè)計(jì)焊接電路的連接過程中，經(jīng)常會(huì)被線的多和亂所迷惑，倒置焊接出錯(cuò)，出現(xiàn)電路短路和斷路情況。所以需要

29、在焊接之前先對(duì)走線做一個(gè)整體布局。</p><p>　　另外經(jīng)過這樣一個(gè)課程設(shè)計(jì)后，我們對(duì)數(shù)電又有了更深一層的理解，從電路原理的設(shè)計(jì)，到焊電路我們都能獨(dú)立完成，并且鍛煉了小組的協(xié)作能力。</p><p><b>　　5.2實(shí)驗(yàn)建議</b></p><p>　　建議課程設(shè)計(jì)的時(shí)間安排在其他時(shí)間段，現(xiàn)在這個(gè)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(jì)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(jì)安排在其他時(shí)間段做，例如假期，另外，建議這樣的設(shè)計(jì)課程可適當(dāng)增多幾個(gè)。</p><p><b>　　6. 參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　邏輯電路設(shè)計(jì)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(jì) 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(jì) 劉浩斌 電子工業(yè)出版社 TN79 53</p><p>　　數(shù)字電路設(shè)計(jì)與實(shí)踐 邵時(shí) 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(jì)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(jì)實(shí)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(shí)驗(yàn)用到元器件清單</p><p><b>　　實(shí)驗(yàn)中用到的器材</b></p>