1、电子课程设计报告电子技术基础课 程 设 计题目名称： 姓 名： 学 号： 班 级： 指导教师： 重庆大学电气工程学院2011年6月一、 内容摘要二、设计内容及要求三、红外线转速表的工作原理四、单元电路设计 五、总体设计六、组装调试七、心得体会八、电路用到的器件九、总结十、参考文献红外线转速表一、内容摘要： 我们设计的是四位数数字显示红外线转速表。转速表用红外线发光管，通过光学原理实现对转速的测量，通过计数锁存电路、延时电路、脉冲电路的相互有机组合可以使测速范围达到了从0转/s 到 9999转/s，实现近距离测量；二、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
2、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）组装、调试红外线转速表；（4）画出完整的电路图，写出设计、调试报告；三、红外线转速表的工作原理3.1 红外线转速表采用的红外线探头有直接试和反射式两种。直接式探头、发光管和受光管在被测物体的两边，发光管射出的光线直接照射到受光管上，被测物体运动时阻挡光线，产生计数信号，这种探头经常用做光电计数。反射式探头、发光管和受光管在被测物体的同测，当探头接近物体是，接收到脉冲的红外线信号，用于测量转速比较方便。3.2 测量转速的探头根据测量距离可以采用透镜系
3、统，也可不采用透镜系统。当被测物离开探头距离在15cm以内时，无需采用透镜。探头设计是可采用小功率发光管5GL和光敏受光管3DU5C。组装电路如图2-1所示，两管并排放置，两个管子的中心线夹角很小，使它们在10cm 15cm远处相交。这种探头靠接近物体上漫反射回来的光线工作，对全黑色物体，接收灵敏度很底，对白色物体和镜面反射体接收最灵敏，也能接收到其他颜色物体的反射光，但相应的探头距离要近些。 图2-1 不加透镜，接收漫反射光的探头 测量转速的探头经常用透镜系统，根据光学的折射反射原理，发射管和接收管都固定在探测架上，通过透镜聚焦。在探测架中间用半透膜使发射的红外线折射向转动体，又能使从转动的
4、物体反射回来的红外线通过半透膜射向接收管。半透膜上最好涂一层只能透过某个单色波长的物质，或用单色性很好的滤色玻璃制作，使它只能透过固定波长的红外线（例如0.93m）,这样对于对抗杂散光的干扰更有利。3.3 为了提高反射红外线的能力，通常在转动物体贴上一小片红外线反射纸，反射效果极好。有时用镜面、铝箔、洁白平滑的纸、白油漆等也能提供反射性能。当转动物体转到反射纸恰好对着从发光管发出的红外线时，接收管接收到光信号，从单位时间内收到光信号的次数便可测出转速。3.4 红外线转速表电路原理框图如图2-2所示。为了使红外线转速表不怕可见光干扰，系统可以设置振荡器和波形变换电路，使发射的红外线通过脉冲功率放
5、大和调制，当受光管收到脉冲信号后，电路把调制发光管的脉冲信号和受光管接收到的脉冲信号选通出来，对收到的光电信号，必须“卸调”调制脉冲，即实行解调，从中取得真正需要的转速脉冲输出信号，解调后输出信号送入计数控制门计数。 图2-2 红外线转速表电路原理框图秒脉冲电路可以得到1kHz的秒脉冲信号，通过1秒脉冲电路得到闸门时间（脉宽）为1秒的闸门信号，该1秒的脉宽就是转速表的取样时间，是计数控制门的输入信号。为了在测量过程中，只让显示数字在每次测量结束后自动改变一次数据，要对计数显示“锁存”，所以电路需要一个延时1锁存信号。在计算器每测量依次转速后，使计算器自动清零，故设置延时2电路，以提供延时清零脉
6、冲。计数、锁存、译码显示电路完成光电转速表的转速数据显示。四、单元电路设计 1、 红外发射及接收电路5GL的最大正向电流为:10ma；3DU5C的最大正向电流为：1ma我组选择R1=500, R2=5K;可以保证I110ma;I11ma 2、秒脉冲电路系统所需要的秒脉冲由定时器 555定时器所构成的多谐振荡器提供。其中1脚是电路地GND；8脚是正电源Vcc，工作电压范围为318V；2脚是低触发端TR；3脚是输出端OUT；4脚是主复位端R；5脚是控制电压端Uc；6脚是高触发端TH；7脚放电端DISC。R1、R2和C为定时电阻和电容，C1为电压控制端稳定电容。输出矩形脉冲的周期等于电容的充放电时间
7、之和。用一阶RC电路的三要素法可求出电容的充放电时间。充电时间即高电平脉冲宽度T1=0.7(R1+R2)C。放电时间即低电平脉冲宽度T2=R2C。R1=72.14K R2=30.43K. C=10uF C1=10nF 555外引脚3 秒脉宽电路用D触发器CC4013构成。（2分频）具体方法是：将其CP端接555定时器产生的秒脉冲电路，D端与端相连，Q端即可输出脉冲宽度为1秒的信号。如图所示：4 计数控制电路由与非门CC4011与反向器CC4009构成经过D触发器分频产生的秒脉宽信号是转速表的取样信号，是计数控制门的输入信号如图所示：具体连接图如下：5 延时电路用单稳态触发器CC4098构成。t
8、W=0.45RextCextCC4098单稳态触发器的管脚功能图如图所示.触发器从TR+或TR_端引入(上升沿触发用TR+端,下降沿触发则用TR_端).输入端接“1”时，单稳态触发器按触发工作，接“0”时，Q端输出“0”，输出“1”。Rext和Cext是外接的定时元件，其值决定输出脉冲宽度（暂态时间）。电路本身的传输延迟时间仅由内部单元的延时决定，与Rext和Cext的值无关。CC4098的真值表如表11-6-2所示. 1) 按照设计要求锁存信号脉宽可为 5-10 s, 秒脉宽信号下降沿触发。tW1=0.45Rext1Cext1=9s Rext1 =200K Cext1 =100uF 2) 清
9、零信号脉宽1s, 锁存信号下降沿触发。tW2=0.45Rext2Cext2 =1s Rext2 =460K2 Cext2 =4.7uF/2按照要求连接图如下：6.计数/锁存/7段译码/驱动器CC40110CC40110是CMOS集成电路，内部计数器采用“约翰逊计数器”结构，按二十进制加/减方式工作，锁存器将数据锁存，译码器、驱动器和输出驱动七段显示器，电源范围为3V18V，输出驱动电源可达10mA以上。CC40110逻辑图和引出端功能图如图11-6-4所示。ag为驱动器输出端，和七段显示器连接；R为清零端，R=“1”时，计数器复零；CPu是加法计数时钟，CPd是减法计数时钟；Qco输出进位脉冲
10、，Qbo输出借位脉冲；为触发器使能端， =“0”时计数器工作， =“1”时，计数器处于禁止状态，即不计数；LE为锁存控制端，LE=“1”时，计数器锁存。CC40110各引出端具体功能参见表11-6-1。CC40110可直接驱动LED显示器，不需接口电路/多位使用时，进位端Qco和借位端Qbo都直接与相邻高位的CPu和CPd连接。以进位脉冲或借位脉冲上升沿起触发作用。本设计共需要4块CC40110.最低位计数端接技术控制电路输出端，其余三块计数端与地位进位端相连。锁存、清零端与CC4098产生锁存、清零信号连接。7 显示电路BS201A工作电压在（1.52.5V）范围内最大正向电流为：为了保证数
11、码显示器正常工作，我组在CC40110与BS201A接口间装上了330的电阻。五、总体设计:六、组装调试使用的主要仪器和仪表：数字万用表调试电路方法和技巧：主要采用：分割测试法对各部分进行调试调试中出现的故障、原因及排除方法。七、心得体会两周的课程设计结束了，在这次的课程设计中不仅检验了我所学习的知识，也培养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。在设计过程中，与同学分工设计，和同学们相互探讨，相互学习，相互监督。学会了合作，学会了运筹帷幄，学会了宽容，学会了理解，也学会了做人与处世。课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，着是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少
12、的过程”千里之行始于足下”，通过这次课程设计，我深深体会到这句千古名言的真正含义我今天认真的进行课程设计，学会脚踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础通过这次电路的设计，本人在多方面都有所提高。通过这次电路的设计，综合运用本专业所学课程的理论，尤其是各种软件的综合运用，并且自学了很多方面的知识得到了眼界的开阔，而培养和提高我们的独立工作能力，巩固与扩充了相关课程所学的内容，掌握了电子电路设计的方法和步骤，提高了计算能力，同时各科相关的课程都有了全面的复习，独立思考的能力也有了提高。具体的就概括为以下几点：一、温故而知新。课程设计发端之始，思绪全无，举步维艰，对于理论
13、知识学习不够扎实的我深感“书到用时方恨少”，于是想起圣人之言“温故而知新”，便重拾教材与实验手册，对知识系统而全面进行了梳理，遇到难处先是苦思冥想再向同学请教，终于熟练掌握了基本理论知识，而且领悟诸多平时学习难以理解掌握的较难知识，学会了如何思考的思维方式，找到了设计的灵感。二、思路即出路。当初没有思路，诚如举步维艰，茫茫大地，不见道路。在对理论知识梳理掌握之后，茅塞顿开，柳暗花明，思路如泉涌，高歌“条条大路通罗马”。顿悟，没有思路便无出路，原来思路即出路。三、实践出真知。文革之后，关于真理的大讨论最终结果是“实践是检验真理的唯一标准”，自从耳闻以来，便一直以为马克思主义中国化生成的教条。时至
14、今日，课程设计基本告成，才切身领悟“实践是检验真理的唯一标准”，才明晓实践出真知。因为在教材上只有一种实现某种功能的方法，殊不知通向罗马的路有很多条，实践出真知，这在设计中给我留下了深刻的印象。四、创新求发展。“创新”目前在我国已经提升到国家发展战略地位，足见“创新”的举足轻重。我们要从小处着手，顺应时代发展潮流，在课程设计中不忘在小处创新，未必是创新技术，但凡创新思维亦可，未必成功，只要实现创新思维培育和锻炼即可。五、过而能改，善莫大焉。至善至美，是人类永恒的追求。但是，不从忘却“金无足赤，人无完人”，我们换种思维方式，去恶亦是至善，改错亦为至美。在课程设计过程中，我们不断发现错误，不断改正
15、，不断领悟，不断获取。最终的检测调试环节，本身就是在践行“过而能改，善莫大焉”的知行观。六、学海无涯，学无止境。尽管课程设计是在期末才开始，我们的教材学习完毕，掌握许多知识，但是还有很多地方理解领悟不到位，由于对555电路相关章节未能掌握以致用到秒脉冲产生电路无法自行设计，只得参考其他文献，由于没有相关的单片机的元件库，我们找遍了资料，所以我们彻悟学海无涯只有苦来作舟，学无止境只有书来作伴。在这次设计过程中，体会了学以致用、突出自己劳动成果的喜悦心情，从中发现自己平时学习的不足和薄弱环节，八、电路用到的器件：1 555定时器 1片 2 CC40110 4片 3 数码显示器BS201A（共阴极）
16、 4片 4 CC4013 (双D触发器) 1片 5 CC4098 1片 6 CC4011 1片 7 5GL (发光管) 1只 8 3DU5C （光敏受光管） 1只9 CC4009 1只10 电阻、电容若干九、总结此次，通过设计电路，完成电路各个功能模块，我们加深了红外线测速器的了解，知道了这个红外线测速器具有原理简单、易于理解、简单易做的特点，同时由于它的研究型不是太高端，正好适合我们这样刚刚完成课程的学生，这样就加深了我们对各个课程学科的理解，而且由于各个功能模块的独立性，可以在完成整体电路时把它拆分成很多独立的模块，这样就加速了课题的研究进程。但是，在研究的过程中我们也发现了它的很多缺点，
17、比如，由于此次应用的是光学原理，而光却是很容易受到其他因素的影响，所以导致完成的测速仪可能精度不高，或者不稳定，这些虽然可以用其他的一些技术，材料加以弥补，可是根本的原理不变，这个缺点是难以解决的，只有变化了测速器的构成原理，这个问题才会得以解决。此次研究的课题主要的技术难题及核心集中在了设计电路图和焊接电路板。由于它们的难度系数很大，并且占据的位置很重要，所以他们是整个电路的核心，一些细小的变化都将影响整个电路。但是，一旦完成那个功能模块，整个电路也就即将大告成功。成功的电路模块有着很大的价值，他可以完成对普通的转速的一般测量，提供较为可靠的数据支持。有着一定的市场前景。由于光学测速器本身的
18、限制，精度等指标很难得到大幅度的提升，所以我建议改用其他原理代替光学的反射原理，比如，用发射微波然后接受反射的微波来构成测量的方法，这样可以极大地提升反射回来的微波系数，并且降低了很多干扰因素的影响。我想这样的测速器研制成功的话，将会很更大的市场，完全代替红外线测速器的应用。实验出错的地方，焊接电路图时候，电路板的方向选取上有一定的方向性，电容的方向性，功能模块的单独测试方面，每一个功能模块的出错都将导致整体性能大的出错所以为了能将最后理想的结果弄出来，我们尝尽了各种使电路的测试变得简单的方法。十、参考文献1电子技术基础课程设计 华中理工大学出版社 杨宗善主编 1995.1。2新编实用半导体器件手册电子工业出版社 杨帮文主编 2004.9 3新编CMOS4000系列集成电路实用手册 机械工业出版社 杨帮文主编 2006.10 4数字电子技术基础 科学出版社 唐治德主编 2009.1 5数字电子技术试验 重大出版社 夏鸣风主编2010.2
