一种红外转速表的设计

1、安徽工程大学电子技术课程设计（论文）课程设计题目：一种红外转速表的设计指 导 教 师：徐晓光专 业 班 级：电子信息科学与技术131班学 生 姓 名：xxxx学 号：3130203142起 止 日 期：1课程设计目的：(1) 电子技术课程设计是机电专业学生一个重要实践环节，主要让学生通过自己设计并制作一个实用电子产品（至少完成电路设计，仿真分析），巩固加深并运用在“模拟、数字电子技术”课程中所学的理论知识；(2) 经过查资料、选方案、设计电路、撰写设计报告、答辩等，加强在电子技术方面解决实际问题的能力，基本掌握常用电子线路的一般设计方法、设计步骤和设计工具，提高电子线路的设计、制作、调试和测试

2、能力；(3) 课程设计是为理论联系实际，培养学生思考与动手能力，提高和培养创新能力，通过熟悉并学会选用电子元器件，为后续课程的学习、毕业设计、毕业后从事生产和科研工作打下基础。2 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/分，实现近距离测量；（2）发射的红外线用一定的频率脉冲调制，接收的调制脉冲通过解调电路得到被测转动体的转速脉冲；（3）画出仿真原理图、调试；（4）画出完整的电路图，写出设计、调试报告;3 总体方案框图 图（1） 总体设计概念图红外线数字转速表的设计摘要 红外线数字转速表是一种代替机械转速表、用来测量转动速率的

3、计量仪表。红外线数字转速表采用的红外探头有直射式和反射式两种，发射管有平均发射方式和脉冲发射方式两种。本设计通过红外探测系统进行光电转换将物体的转速信息以电脉冲的形式输出，然后与1秒脉宽电路的输出共同作用，作为计数器的时钟信号驱动计数器的工作；计数器将计数总数经过译码以数字的形式在数码管上显示出来。 关键字 计数器、脉冲、译码电路原理及各单元电路的设计（一） 红外线传感器在红外辐射、红外器件与典型应用*一书中，对红外辐射的本质、基本规律及传输特性进行了全面论述。红外辐射又称为红外线或红外光。红外光世人眼看不见的光，是一种电磁波。红外光是波长比红色光的波长（0.76um）还长的光波。通常，将电磁

4、波波谱中间隔为0.761000um的波谱称为红外光谱区。一般把红外光谱分为四个区域，即近红外（0.763.0um）、中红外（3.06.0um）、中远红外（6.020um和远红外（201000um）区。实际上，目前在工业和民用的红外光探测/遥控中所使用的红外光谱主要集中在0.761.60um（7601600nm）的近红外区。使用红外发光二极管获得近红外光世相当简便的。红外发光二极管是一种由PN结构成的注入电流型器件，在加上合适的正偏电压后，就可以发出一定波长的近红外光。除直流电流驱动方式（平均发射方式）外，发光二极管（英文缩写为LED）还有交流电流驱动和脉冲电流驱动方式等。平均发射方式是指通过启

5、动直流供电电源直接驱动发光二极管发出恒定的红外光。在红外线检测和遥控系统中，与红外发射器配套的是红外光电监测、接收系统。红外光电转换器件是红外接收系统的传感器件，是红外接收前端的光电探测器件。红外光电转换器件包括光电二极管、光敏三极管（也称光电三极管）和少量其他光电器件。本设计中的红外探测传感器，它是由简单直流电流驱动红外发光二极管产生红外光，然后被光电转换探头接收，进而被共射极三极管放大后输出。没有光照射时，光敏二极管处于截止状态，反向电阻很大，反向电流（暗电流）很小。随着光照的增强，光敏二极管处于导通状态，其反向电阻减小，反向电流（光电流）增大，其光电流与照度之间呈线性关系。 图（2）红外

6、探测、转换电路（二） 秒脉冲振荡电路本设计所采用的秒脉冲电路是由555定时器所组成的多谐振荡器产生。在555定时器的外围接上合适的电阻和电容，便可产生振荡周期为1秒的矩形脉冲；而且可以通过调节电位器校正周期误差。在7端口（放电端）连接一个电容作滤波之用，提高了电路的稳定性。最后将秒脉冲从3端口输出。 图（3） 秒脉冲电路（三） 频率和脉宽可独立调整的脉冲信号源该电路由三个二输入端与非门与若干电阻、电容和电位器等组成一个多谐振荡器。和其他用此电路组成的振荡器的不同之处是：该电路由D1、D2和C1、RP1组成一个振荡器，用RP1来调节振荡器的振荡频率；用D2、D3和C2、RP2组成别一个振荡器，用

7、RP2来调整它的振荡脉宽。两个振荡器共用一个与非门D2，但工作互不影响。 电路中，当C2选用560pF时，C1选用三种不同的容量时，其振荡频率与脉宽 见下表： 图（4）频率和脉宽可独立调整的脉冲信号源（四） 计数的锁存、译码和显示电路本电路由四片74LS160计数器和四个数码管以及两个二输入与门和逻辑分析仪所组成。计数控制门（频率和脉宽可独立调整的脉冲信号源）将实时的转速信息（电脉冲信号）作为74LS160计数器的时钟输入信号；74LS160计数器将脉数计数并锁存起来。四片74LS160计数器采用并行方式连接，且采用同步时钟。U7、U8、U9、U10分别对应显示数的个位、十位、百位和千位，个位

8、的ENP和ENT端恒为1，即一直处于计数状态，从00001001连续变化，进位输出RCO接十位的ENP和ENT端，当U1计数到9，即QDQCQBQA=1001 时，进位输出RCO=1，U2在时钟脉冲下降沿作用下开始计入1，此时U1 的QDQCQBQA 回到0000 状态，RCO=0，U2 保持。以此类推，直到U2、U1 片计数到99，即输出（10011001）2 时，应向百位进1，所以应把个位、十位的进位输出端RCO 用与门连起来接到百位使能端。 当千位、百位、十位、各位均为9时，即计数到9999到下一个时钟脉冲上升到来后，均产生一个进位信号，回到0000状态。最后，计数器将各位的计数编码输出

9、，分别作用于四个数码管上，数码管将数字译码并显示出来。逻辑分析仪主要用于时序判断。图（5）计数的锁存、译码和显示电路（五） 总设计电路本设计的红外线数字转速系统主要包括信号检测、信号处理电路、计数器以及数字显示部分。图中U1为红外发射二极管，其作用是发出红外光，其外形与发光二极管LED形似。管压降约为1.4V，工作电流一般小于20mA。为了适应不同的工作电压，回路中常串有限流电阻。图中R1即为限流电阻。U2为红外接收管，本电路中选用红外光敏二极管作为受光器件，用于接收红外发射管发射的红外光。光敏二极管又称光电二极管，与半导体二极管在结构上类似。其管芯是一个具有光敏特征的PN结，具有单向导电性，

10、因此工作时需加上反向电压。当无光照时，有很小的饱和反向漏电流，即暗电流，此时光敏二极管截止；当受到光照时,饱和反向漏电流大大增加，形成光电流,它随入射光强度的变化而变化。因此可以利用光照强弱来改变电路中的电流。当有轮辐从红外接收管之间通过，发射光被遮断一次，红外接收管产生一个脉冲信号。图中的Q1为共射极三极管，它将经过光电转换来的脉冲信号放大；然后信号再经过U14（六施密特触发器）的整形，将光电转换来的高低电平转换成标准的矩形脉冲。图中U13为555定时器，它有8个端口。图中的电路是555定时器与外围器件构成的多谐振荡器。它将555定时器的正相输入端（2端口）与反相输入端（6端口）连接在一起，

11、共同接在振荡电容C1和电阻之间。并将控制电压输入端Vco（5端口）通过电容C2接地，起到滤波的作用，提高了电路的稳定性。4端口为复位输入端，低电平有效，所以一般均接高电平。通过调解电位器和选用合适的电阻和电容组合，最终可得到你想要的秒脉冲，然后经3端口输出脉冲波形。秒脉冲信号经过1秒脉宽电路后，与经过整形后的转速脉冲共同作用，作为各计数器的始终信号输入。图中的74LS160是一个十进制计数器，他的计数范围只能是从 0000-1001（0-9）之后再来时钟就回到0 。ENP（7端口）、ENT（10端口）、LOAD（9端口）和CLR（1端口）要始终为高电平，四个数据输入端A、B、C、D都

12、接地；每个计数器的4个输出QD、QC、QB、QA接四个数码管的4、3、2、1；逻辑分析仪按顺序分别接入每个数码管的输入端。最终，实时地转速信息将在数码管上直观的显示出来。 图（六）红外转速表的总设计电路图总结与心得体会通过将近两个星期的努力与学习，我才将此红外转速表电路设计出来。通过本次课程设计，我才更深刻的认识到了，实践才是检验真理的唯一标准！以前的学习总是停留在理论上，我们从没有真正的在实践中去检验它。但当我们真正想去把实物做出来的时候，发现那可是困难重重啊！它与我们的纯理论还是有很大的差距的。为了完成本设计，我去图书馆查阅了有关红外线知识的书籍，因为这些知识我们的课本中涉及的较少，而本设

13、计中红外线对信息的采集更是核心，所以你必须去学习它，在学习此类知识的同时，也加强了我的自主学习能力；所以来说可谓受益匪浅啊！在做此设计的时候，我也是频繁受挫和备受打击啊。因为自己本来对书本上的知识学的也是一知半解，很多东西也是似懂非懂；加之本设计涉及的知识面还是挺广的，所以在设计过程中总是会有不懂和想不通的地方；此时我就去查阅书本或去查阅资料，或去网上寻求答案。要想把总电路设计出来，你就必须明白它的总体运作框架，了解各单元电路的运作机理，从而才能一步一步设计出来最终的结果。设计一个真正意义上能运作的电路是有一定难度的，因为你必须了解每一的含义，甚至一个元器件参数的选择都是有着不小的难度的；一旦

14、你的选择不恰当或者有错误，可能导致整体不能运作。课程设计是综合性的运用知识点，是应用课程所学到的理论知识和技能，对较简单的工程实际问题进行提出，分析，解决。课程设计是锻炼我们实践能力的一个重要环节，培养了我们查阅技术文献，资料，手册进行工程计算及编写技术件的能力。在本次设计中，我是由心的感到累和锻炼了自己，自己的能力也有了一点提高，苦中也有学到知识的喜悦；但我希望以后能有更多的此类实践设计活动，因为它真的能检验和锻炼我们。在本次课程设计的学习中，我深刻认识到了自己的不足与对知识掌握和运用的不牢固。经过这次设计后，我要深刻检讨和改变学习方法，争取以后在此类实践环节中有所突破，能十分熟练的运用所学

15、知识！参考文献1童诗白,华成英. 模拟电子技术基础.第4版.北京：高等教育出版社，20142阎石. 数字电子技术基础.第5版.北京：高等教育出版社，20143陈永甫. 红外探测与控制电路.北京：人民邮电出版社，20044朗朗. 电路与电子技术试验教程.合肥：合肥工业大学出版社，20145各大网站和网页致谢我能完成此次的论文，首先我要感谢我的指导老师，正因为有了他的悉心教学和向我们孜孜不倦的传播知识我才能完成。从本学开始，在徐老师悉心的教导下，我按时完成每一阶段的学习。最后是论文的撰写，在此过程中，我知道了论文的格式等等，一些论文的要求，极大的提高了自己的文字表述能力。在这次课程设计以及论文中，