数字式红外测速仪设计报告

成都信息工程学院电子系统设计报告

课程名称：电子系统设计

系部：控制工程学院

专业班级：测控技术与仪器1、2班学生姓名1：

学号1：

学生姓名2：

学号2：

指导教师：王老师、蒋老师、杨老师完成时间：2014年 6 月24 日

数字式红外测速仪设计报告

一. 设计要求

（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. 方案选择及电路的工作原理

方案应该有两个以上。

方案一：用红外发光二极管、光敏三极管作为速度转换装置。用施密特触发器将光敏三极管的电压变换信号进行滤波、整形。用两个CD40110芯片对信号进行计数、锁存、译码、清零。用两个数码管进行显示。用两个555定时器构成的单稳态触发器分别对CD40100的计数、锁存、清零延时。

方案二：用霍尔传感器采集转速信息，用施密特触发器将光敏三极管的电压变换信号进行滤波、整形。用两个CD40110芯片对信号进行计数、锁存、译码、清零。用两个数码管进行显示。用两个555定时器构成的单稳态触发器分别对CD40100的计数、锁存、清零延时。

工作原理：红外发光二极管固定于旋转物体定轴上，在转轴上安装一遮光板，板上打一个小孔，当转轮旋转时，发光二极管、小孔、光敏三极管在一条直线上，即有红外光通过，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转化为一个脉冲，产生一个脉冲说明转一圈。这样只需要测量一分钟内光敏三极管输出脉冲个数，就知道转速了，两者是等价的。

三.单元电路设计计算与元器件的选择

1、光电转换电路

选用红外二极管和光敏三极管作为信号产生装置，采用反射式安装红外二极

管和光明三极管，当红外二极管导通时，光线反射到光敏二极管，光敏二极管两端的电压值上升（为高电平），当红外二极管截止时，光敏三极管两端的电压值不变（为低电平），这个变化的电压信号经过滤波、整形后可以产生方波，可以等价于轮子转速的变化。

2、延时电路

选用555定时器构成的单稳态触发器作为延时元件，为了满足技术端低电平有效的条件，在单稳态触发器的输出端接上一个非门组成的支路。

3、数字显示

选用CD4010作为转换元件，因为CD40110具有计数、清零、锁存、译码的功能，便于使用，可靠性高。选用数码管作为显示元件。

4、未经过延时，光电转换电路产生的方波

四.设计的具体实现

1．系统概述

根据工作原理，当转轮旋转时，发光二极管、小孔、光敏三极管在一条直线上，即有红外光通过，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转化为一个脉冲，产生一个脉冲说明转一圈。这样只需要测量一分钟内光敏三极管输出脉冲个数，就知道转速了，两者是等价的，所以电路可靠性高。

原理图：

红外光光电转换整形主门

显示

计数

译码锁存

2．单元电路设计、仿真与分析

光电转换电路：红外发光二极管固定于旋转物体定轴上，在转轴上安装一遮光板，板上打一个小孔，当转轮旋转时，发光二极管、小孔、光敏三极管在一条直线上，即有红外光通过，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转化为一个脉冲，产生一个脉冲说明转一圈。这样只需要测量一分钟内光敏三极管输出脉冲个数，就知道转速了，两者是等价的。

延时电路：应用555定时器构成的单稳态触发器对芯片CD40110的计数、锁存、清零进行延时，方便数码管的显示。

数字显示电路：运用CD40110进行计数、锁存、清零，然后用数码管进行显示。

器件参数的选择：红外二极管和光敏三极管的限流电阻都为1K。

芯片电的源和地的滤波电阻都为0.1uF。

单稳态触发器控制占空比的电阻和电容分别为510K、

100uF（公式：Tw（脉宽） = 1.1RC）。

为了方便PCB的连接在CD40110的一边的管脚连接了1k

的电阻。

仿真：使用实验板分别对单元电路进行仿真。

3．电路的安装与调试

印制电路图时，电路图出现短路，用焊锡将短路部分联通。

后期调试时，发现第二级的数码管不工作，检查PCB图后，发现是第二级数码管的电压没接上，使用飞线将其连上。还有光电转换电路的光敏三极管的电压变换不大，导致不能出现波形，加上放大器后，使变换信号变得明显。

4. 电路的一些数据

红外三极管导通时光敏三极管两端的管压降 4.9886V，截止时是的管压降

4.9473。

CD40110技术控制端的电压0.97V，锁存控制端的电压0.137V。

数码管的电压1.6812V。

五．心得体会及建议

1、设计过程中遇到的问题及解决方法

感觉这次课程设计中碰到的问题主要是由于对知识的掌握不够牢固，这些都是我们学习过的内容，本来感觉掌握的还是不错的，但是真正的使用的时候才发现不太了解，最后还是得一点一点的查询课本才解决。这次设计让我了解到，知识不温习，使用起来就会生疏，以后，要多温习功课。

2、设计体会

首先我们由衷感谢老师提供给我们这样一个锻炼自己的机会，让我们第一次感受到学来的知识不只是用来完成试卷的。

其次我们在完成课程设计的过程中体会到团队合作的乐趣。一向惯于“独立思考”的我们学会了积极的同团队成员交流，取长补短，共同进步。“独学而无友则孤陋而寡闻”，只有和同学多交流多学习才能不断的提高自身水平。

最后，也是最重要的一点，我们学会了一种快速有效的学习方法。以往的学

习都是老师讲学生记，不懂得地方就靠解答大量习题帮助记忆，学习的主要目的是通过最后的考试。课程设计使我们发现考试真的并不是最重要，最重要的是能运用所学的知识。在整个课程设计过程中，我们突破了传统学习模式，把被动接受转变为主动学习。不再是用学到的知识解题，而是在实际运用时遇到什么学什么，重在把知识应用于实际。

总之，这学期的课程设计，让我们学到了很多，受益匪浅。

3、对设计的建议

这门课能很好的培养大家的学习意识和团队合作精神,是一种很好的体现学生掌握知识程度的方式。

六．附录

元器件明细表

七．参考文献

[1]杨明欣主编模拟电子技术基[M].北京：高等教育出版社，2012.7

[2]何建新、高胜东主编数字逻辑设计基础[M].北京：高等教育出版社，2012.2