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四位数数字显示红外线转速表.doc
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1、四位数数字显示红外线转速表 作者: 日期:2 个人收集整理 勿做商业用途目录一、 内容摘要 2二、设计内容及要求 2三、红外线转速表的工作原理 2四、单元电路设计 4五、总体设计8六、组装调试8七、心得体会10八、电路用到的器件11九、参考文献12一、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。测速范围为0000 9999转/s,实现近距离测量;
2、(2)转速表用红外线发光管5GL发射的红外线,由接收管3DU5C接收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统,也可不采用透镜系统。当被测物离开探头距离在15
3、cm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
4、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22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
5、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 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、
6、单元电路设计 1 红外发射及接收电路5GL最大工作电流10mA,正向电压UF=1.3V;3DU5C暗电流0.2mA,光电流1mA。于是计算出R1=500,R2=5K.图32 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
7、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外引脚图43 秒脉宽电路 用D触发器CC4013构成。(2分频)功能说明:“3”端口接秒脉冲;“2”端口的输出作为“5”端口的输入,“1”端口作为整体信号输出接与非门。图54 计数控制电路 图6用42输入与非门CC4011和非门4009构成。具体连接如下:5 延时电路 用单稳态触发器CC4098构成。tW=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
8、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11-62所示. 按照设计要求锁存信号脉宽可为 510 s, 秒脉宽信号下降沿触发。tW1=0。45Rext1Cext1=9s Rext1 =200K Cext1 =100uF 2) 清零信号脉宽1s, 锁存信号下降沿触发。tW2=0。45Rext2Cext2 =1s Rext2 =460K2 Cext2 =4。7uF/26 计数/锁存
9、/译码/驱动CC40110 计数/锁存/7段译码/驱动器CC40110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,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.CC401
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