數(shù)字測試系統(tǒng)_課程設計

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　轉速測量在國民經(jīng)濟的各個領域，都是必不可少的。而隨著微電子技術的發(fā)展，數(shù)字測速技術的進步，測速性能的提高，越來越多的人使用了數(shù)字測速系統(tǒng)。同時隨著微電子技術的發(fā)展、計算機技術的成熟，出現(xiàn)了以數(shù)字電子器件為核心的數(shù)字測速裝置。這樣的速度測量裝置測量范圍寬、工作方式靈活多變、適應面廣，具有普通數(shù)字測速裝置不可比擬的優(yōu)越性。&

2、lt;/p><p>　　本設計采用了光電傳感效應的原理，通過在轉盤上鉆4個洞形成轉盤,兩旁分別用一個光發(fā)射管和光接受器，實現(xiàn)光電信號的轉換以及高低電平的變化，通過CD40106施密特觸發(fā)器對波形進行整形。用74LS90實現(xiàn)計數(shù)器對編碼脈沖進行計數(shù)，再用74LS194實現(xiàn)寄存器，接著通過CD4511對寄存器的數(shù)據(jù)進行譯碼，最后通過數(shù)碼管演示出來，從而實現(xiàn)轉速測量。</p><p>　　同時我們的

3、數(shù)字測速系統(tǒng)還實現(xiàn)了低數(shù)報警的功能，當轉機慢到每秒40轉時，在CD4511的輸入出沒產生相應的低電平，通過74LS27的或非門把低電平轉變成為高電平，高電平使蜂鳴器發(fā)出響聲。當轉速超過每秒40轉時，蜂鳴器停止報警。</p><p>　　關鍵詞：轉盤 整形 轉速測量 報警</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　

4、　1 設計目的……………………………………………………………………………………4</p><p>　　2 方案選擇……………………………………………………………………………………2</p><p>　　2.1 方案選擇一…………………………………………………………………………3</p><p>　　2.1 方案選擇二………………………………………………………

5、…………………4</p><p>　　3 數(shù)字測速系統(tǒng)電路的設計…………………………………………………………………6</p><p>　　3.1 電路的總方案圖……………………………………………………………………7</p><p>　　3.2 電路實現(xiàn)測速的原理………………………………………………………………8</p><p>　　3.

6、3 單元電路解說………………………………………………………………………9</p><p>　　3.3.1 電源電路……………………………………………………………………10</p><p>　　3.3.2 放大電路以及施密特整形電路……………………………………………11</p><p>　　3.3.3 控制電路…………………………………………………………………

7、…12</p><p>　　3.3.4 報警電路……………………………………………………………………13</p><p>　　3.3.5 波形產生電路………………………………………………………………14</p><p>　　3.3.6 計數(shù)以及寄存電路…………………………………………………………15</p><p>　　3.3.7 譯

8、碼以及顯示電路…………………………………………………………16</p><p>　　3.3.8 擴展電路……………………………………………………………………17</p><p>　　4 電路的仿真、焊接、調試…………………………………………………………………18</p><p>　　4.1 電路的仿真…………………………………………………………………………19

9、</p><p>　　4.2 電路的焊接…………………………………………………………………………20</p><p>　　4.2.1 元件的布局…………………………………………………………………21</p><p>　　4.2.2 電路走線安排………………………………………………………………22</p><p>　　4.3 電路的調試

10、…………………………………………………………………………23</p><p>　　5 實驗數(shù)據(jù)以及誤差分析…………………………………………………………………24</p><p>　　5.1 實驗數(shù)據(jù)采集………………………………………………………………………25</p><p>　　5.2 誤差分析……………………………………………………………………………26&

11、lt;/p><p>　　5.2.1 產生誤差原因………………………………………………………………27</p><p>　　5.2.2 減少誤差的措施……………………………………………………………28</p><p>　　6 課程設計的收獲、體會和建議……………………………………………………………29</p><p>　　致謝……………………

12、………………………………………………………………………30</p><p>　　參考文獻………………………………………………………………………………………34</p><p>　　附錄……………………………………………………………………………………………31</p><p>　　元件清單…………………………………………………………………………………32</p&

13、gt;<p>　　電路總圖…………………………………………………………………………………33</p><p><b>　　1 設計目的</b></p><p>　　(1) 加深對模擬電子技術和數(shù)字電子技術知識的理解，拓寬知識面，鞏固電子工藝實習的成果。學會查找資料，學會如何學習，如何發(fā)現(xiàn)問題，解決問題。</p><p>　　(2)

14、 了解一件電子產品從構思設計到造出成品的大概流程。</p><p>　　(3) 認識了仿真軟件仿真和實際之間的差別。</p><p><b>　　設計任務</b></p><p><b>　　2.1 設計指標</b></p><p>　　(1) 測量轉速可達0-40轉/秒；</p>&

15、lt;p>　　(2) 轉速測量精度不得低于90°/秒；</p><p>　　(3) 輸出轉速由數(shù)碼管顯示；</p><p>　　(4) 低速報警；（速度低于設定值時，啟動蜂鳴器報警，速度升高至設定值以上時，自動關閉蜂鳴器）。</p><p><b>　　2.2 設計要求</b></p><p>　　(1)

16、 查找資料，進行小組討論，確定最終的設計方案；</p><p>　　(2) 根據(jù)選定方案實現(xiàn)設計要求的基本電路和擴展電路，畫出各電路的邏輯電路原理圖，畫出各器件的功能表和引腳圖；</p><p>　　(3) 根據(jù)經(jīng)濟原則選擇元器件及參數(shù)；</p><p>　　(4) 小組進行電路焊接、調試、測試電路性能，撰寫整理設計說明書</p><p>　

17、　3．數(shù)字測速工作原理和系統(tǒng)的組成</p><p><b>　　3.1 工作原理</b></p><p>　　采用光電傳感效應原理，通過光電管把不同的光信號轉換成不同的電信號，由于帶有間隙的轉盤的轉動，使得發(fā)射管發(fā)射到接收管的光線在不被遮擋與遮擋兩個狀態(tài)之間交替，從而控制接收管的通斷，再由接收電路產生可區(qū)別的電信號，即是把信號區(qū)分為高低電平，并把接收電路接收到的信號輸

18、入斯密特電路以起到整形作用。同時用74LS90實現(xiàn)計數(shù)器對編碼脈沖進行計數(shù)，74LS90的清零信號由晶振分頻后的信號控制，當晶振為74LS90提供高電平時74LS90清零。再用74LS194作為寄存器，同時晶振也作為74LS194的時鐘脈沖而控制二進制數(shù)的輸入。接著，74LS194輸出的二進制數(shù)輸入到CD4511中，實現(xiàn)對寄存器的數(shù)據(jù)進行譯碼。最后，通過數(shù)碼管演示出來，從而實現(xiàn)轉速測量</p><p>　　3.2

19、基本邏輯功能框圖</p><p>　　4 數(shù)字測速系統(tǒng)的設計</p><p>　　4.1 光電傳感器電路的設計</p><p>　　4.1.1 光電傳感器簡介</p><p>　　光電傳感器是由發(fā)射管，接收管組成。發(fā)送器對準目標發(fā)射光束，發(fā)射的光束一般來源于半導體光源，發(fā)光二極管（LED）和激光二極管。光束不間斷地發(fā)射，或者改變脈沖寬度。接收

20、器有光電二極管或光電三極管組成。在接收器的前面，裝有光學元件如透鏡和光圈等。在其后面是檢測電路，它能濾出有效信號和應用該信號。當接受管接收到光信號時，通過其本身的電流值會發(fā)生改變，由于電流的改變會產生包括高電平和低電平的脈沖信號。</p><p>　　4.1.2 電路原理圖</p><p>　　圖1 光電傳感器電路圖</p><p>　　4.2 時基電路設計<

21、/p><p>　　4.2.1晶體振蕩器電路</p><p>　　晶體振蕩器電路提供一個頻率穩(wěn)定準確的32768Hz的言談舉止信號，可保證時鐘信號走時準確及穩(wěn)定。一般輸出為方波的數(shù)字式晶體振蕩器電路通常有兩類，一類是用TTL門電路構成；另一類是通過CMOS非門構成的電路，本次設計采用了后一種。如下圖2所示，由CMOS非門U1與晶體、電容和電阻構成晶體振蕩器電路，U2實現(xiàn)整形功能，將振蕩器輸出的近

22、似于正弦波的波形轉換為較理想的方波。輸出反饋電阻R1為非門提供偏置，使電路工作于放大區(qū)域，即非門的功能近似于一個高增益的反相放大器。電容C1、C2與晶體構成一個諧振型網(wǎng)絡，完成對振蕩頻率的控制功能，同時提供了一個180度相移，從而和非門構成一個正反饋網(wǎng)絡，實現(xiàn)了振蕩器的功能。由于晶體具有較高的頻率穩(wěn)定性及準確性，從而保證了輸出頻率的穩(wěn)定和準確。</p><p>　　4.2.2電路原理圖</p>&l

23、t;p><b>　　圖2 時基電路</b></p><p>　　4.3計數(shù)電路的設計</p><p>　　4.3.1計數(shù)電路原理</p><p>　　計數(shù)電路是利用74LS90計數(shù)器進行脈沖計數(shù)的。晶振電路輸出的信號作為時鐘脈沖輸入到74LS90十進制計數(shù)器之中，由晶振電路輸入到74LS90的脈沖使得74LS90計數(shù)，并在74LS90的輸

24、出端輸出相應的8421編碼的二進制數(shù)。每個周期計數(shù)大小傳到寄存器再輸出到數(shù)碼管顯示。本設計是開四個孔，采用三位顯示，所以在計數(shù)端的小數(shù)位我們是采用了四進制，在個位和十位采用了十進制。引腳接法說明：5腳VCC接5伏電源，10腳接地，1CKB腳接12腳輸出構成8421BCD碼計數(shù)。6，7腳置9端接地。個位和十位2，3清零端接時鐘信號進行周期清零，小數(shù)位2，3清零端接到端，當計數(shù)到3時清零。</p><p>　　4.3

25、.2 計數(shù)電路連接圖</p><p><b>　　圖3 計數(shù)電路</b></p><p><b>　　4.4寄存電路設計</b></p><p>　　4.4.1寄存電路原理</p><p>　　74194具有數(shù)據(jù)保持，并行輸入和并行輸出的功能，其引腳分別和74LS90的相連，引腳1，9，10分別接高

26、電平。時鐘輸入端口11接由晶振分頻后得到的時鐘信號。</p><p>　　4.4.2寄存電路連接</p><p><b>　　圖4 寄存電路</b></p><p>　　4.5譯碼顯示電路的設計</p><p>　　4.5.1譯碼顯示電路的原理</p><p>　　譯碼顯示電路是輸出的8421BC

27、D碼譯成數(shù)碼管顯示所需要的高低電平，我們采用共陰極七段數(shù)碼管。74LS194輸出的二進制數(shù)輸入到CD4511中，CD4511把輸入的8421編碼的二進制數(shù)譯成七段輸出a、b、c、d、e、f、g，用以驅動數(shù)碼管，以顯示轉盤的轉速。</p><p>　　4.5.2 電路管腳連接圖</p><p><b>　　圖5 顯示電路</b></p><p>

28、　　電路的裝配與調試過程</p><p><b>　　5.1 電路焊接</b></p><p>　　焊接時主要布線和焊點要合理分布，盡量做到美觀。在實際焊接過程中，要保證焊接筆不要碰到已經(jīng)焊好的線，否則焊好的線很容易脫落。每焊接完一部分電路，就立即進行調試，測試無誤后方可進行下一階段的焊接。</p><p>　　在焊接過程中有走線的位置焊接較密

29、，容易出現(xiàn)短路現(xiàn)象，本小組在焊接過程中有兩條走線被一段很小的錫絲連接造成短路，由于錫絲很小很難被發(fā)現(xiàn)，在檢查了后才找出原因，因此在焊接過程中要時刻注意不要造成短路，兩焊點間要注意留有空隙。</p><p>　　在幾百條焊線中由于疏忽有兩個焊點沒有連接起來，造成電路不能正常工作，給實習帶來了麻煩，幸好在檢查過程中發(fā)現(xiàn)了這個點，才使電路焊接圓滿完成。</p><p>　　在焊接過程中一定要仔細

30、、認真，有一點小差錯都可能使電路不能正常工作，在焊接后也要仔細檢查確保沒有短路等不安全因素再接通電路。</p><p><b>　　元件的布局</b></p><p>　　元器件布局的原則是美觀，我們遵循的布局原則有一下幾點：</p><p>　　(1)在保證電性能合理的原則下，元器件應相互平行或垂直排列，在整個板面上應分勻、疏密一致。<

31、/p><p>　　(2)元器件不要布滿整個板面，注意板邊四周要留有一定余量。余量的大小要根據(jù)印的面積和固定方式來確定，位于印制電路板邊上的元器件 ，距離印制板的邊緣至少應該2 mm。電子儀器內的印制板四周，一般每邊都留有5～10 mm空間。</p><p>　　(3)元器件的布設不能上下交叉。相鄰的兩個元器件之間要保持一定的間距。間距不小，避兔相互碰接。如果相鄰元器件的電位差較高，則應 當保持

32、安全距離，如圖4所安全間隙一般不應小于0.5 mm。一般環(huán)境中的間隙安全電壓是200 V／mm。</p><p>　　(4)通常情況下，不論單面板還是雙面板，所有元器件應該布設在印制板的一面，并且每個元器件的引出腳要單獨占用一個焊盤。</p><p>　　(5)元器件的安裝高度要盡量低，一般元件體和引線離開板面不要超過5 mm，如圖5所示，過高則承受振動和沖擊的穩(wěn)定性變差，容易倒伏或 與相

33、鄰元器件碰接。</p><p>　　(6)根據(jù)印制板在整機中的安裝位置及狀態(tài)，確定元件的軸線方向。規(guī)則排列的元器件，應該使體積較大的元件的軸線方向在整機中處于豎立 狀態(tài)，可提高元器件在板上固定的穩(wěn)定性。</p><p>　　(7)元件兩端焊盤的跨距應該稍大于元件體的軸向尺寸，如圖6所示。引線不要齊根彎折，彎腳時應該留出一定的距離(至少2 mm)，以免損壞元件。(8)相鄰電感元件放置的位置應

34、相互垂直，在高頻電路中決不能平行(兩耦合電感除外)，以防電磁耦合，影響電路的正常工作。</p><p>　?。?）有極性的器件在以同一板上的極性標示方向盡量保持一致。</p><p><b>　　5.3 電路的調試</b></p><p>　　電路的調試分為局部調試和總體調試。首先是對電路局部的調試，我們每焊接完一個單元電路都要對電路進行功能調

35、試。調試的內容有：接線的導通情況、個接點電壓大小、利用二極管對信號進行觀察、功能實現(xiàn)情況等。當總體電路焊接出來以后就要進行總體調試了，這就對電路是否實現(xiàn)實現(xiàn)原定的功能進行調試了，這一步是通過電路顯示數(shù)據(jù)來分析解決的。</p><p>　　6 實驗數(shù)據(jù)及誤差分析</p><p>　　(1)轉盤上多開幾個孔。</p><p>　　(2)晶振產生準確的時鐘信號</p

36、><p><b>　　表1 數(shù)據(jù)測量</b></p><p><b>　　7 結論</b></p><p>　　1.我們小組的數(shù)字測速系統(tǒng)可以通過電機控制電路，光電傳感電路，時基電路，計數(shù)電路，寄存電路，譯碼顯示電路，報警電路實現(xiàn)了精確測速，低速報警功能。</p><p>　　2．通過這次課程設計，我們

37、對制作一個電子產品的流程有了深刻的認識，在課本上學到的理論也得到了充分的展示。</p><p>　　8 課程設計的收獲、體會</p><p>　　1.收獲：通過這次課程設計，我們之前學到的理論知識得到到了充分的展示，同時也加深了對之前理論知識的認識。此外，我們的自學能力也得到了很大的提高，因為我們需要不斷的尋找資料學習，例如仿真軟件proteus，我們之前都沒有接觸過，都是邊學邊用。同時我

38、們也培養(yǎng)了耐心，細心，嚴謹?shù)淖黠L，學會了團隊合作，共同完成任務，為以后的學習工作打下堅實的基礎。</p><p>　　2．體會：在實習過程中遇到了許多困難，例如：在最后把焊接好的電路來測速的時候發(fā)現(xiàn)三個數(shù)碼管不管什么時候都顯示為8。大家就開始一點點檢查電路，確定了信號采集和時鐘電路等沒有問題，把焦點集中在了計數(shù)譯碼那一塊了，經(jīng)過仔細檢查發(fā)現(xiàn)有兩個焊點沒有連接起來，發(fā)現(xiàn)這個問題后大家欣喜若狂，但焊好之后發(fā)現(xiàn)問題還沒

39、有解決，還有一塊數(shù)碼管還是顯示8.經(jīng)過高低電平測試發(fā)現(xiàn)那數(shù)碼管對應的4511輸入信號是0000，按理說應該顯示的是0去顯示的是8.確定了4511等元件正常后發(fā)現(xiàn)數(shù)碼管G點的線與旁邊的線發(fā)生短路，使數(shù)碼管不正常，在解決問題后電路終于正常工作。</p><p>　　在焊接過程中一定要仔細、認真，有一點小差錯都可能使電路不能正常工作，在焊接后也要仔細檢查確保沒有短路等不安全因素再接通電路。</p><

40、;p><b>　　致 謝</b></p><p>　　這次課程設計能夠順利完成，離不開大家的幫助。</p><p>　　首先要感謝教我們數(shù)字電子技術的許利霞老師，正是她平時高超的授課方式，使我們能夠對數(shù)字電子技術有深入的了解，這些知識對這次課程設計起來關鍵性的作用。</p><p>　　其次感謝本次課程設計的指導老師xxx老師，從動

41、員大會到方案的選擇，到最后作品的完成給予了我們很大的指導。特別是在作品焊接完成調試過程中出現(xiàn)了很多的問，彭老師給予了我們很多的建議，讓我們能夠順利的完成這次課程設計。同時還要感謝張霞老師，在課程設計過程中，張霞老師也給予了我們很多有益的建議。</p><p><b>　　參 考 文 獻</b></p><p>　　康華光.電子技術基礎模擬部分（第五版）.高等教育出版社

42、，2002年</p><p>　　康華光.電子技術基礎數(shù)字部分（第五版）.高等教育出版社，2002年</p><p>　　中國電子網(wǎng) </p><p>　　電子技術實驗，華南農業(yè)大學工程學院電工電子教研室，2009。9</p><p><b>　　Abstract：</b></p><p>

43、;　　Speed measurement in all fields of national economy, are essential. With the development of microelectronics technology, digital speed and technology, speed performance, more and more people use digital speed systems.

44、 At the same time as the development of microelectronics, computer technology matures, there have been the core of digital electronic devices for the digital speed measurement equipment. This velocity measurement, wide m

45、easuring range, work flexible, wide adaptation, with ordinary d</p><p>　　This design uses the principle of photoelectric sensing effect, by drilling four holes in the turntable on the turntable formed on bot

46、h sides were light tubes and with a light receiver, optical signal to achieve the conversion and change of high and low, through CD40106 Schmitt trigger on the waveform shaping. Achieved with the 74LS90 counter of the en

47、coder pulse count, then 74LS194 achieve register, and then through the CD4511 data on the register decoding, and finally out through the presentat</p><p>　　The number of gun system, we also achieved a low nu

48、mber of alarm functions, when the transfer switch to slow to 40 per second when the input in the CD4511 have corresponding low haunted by 74LS27 or non-doors to low transformation into high, high to make the buzzer sound

49、. When the speed exceeds 40 rpm per second, stop the alarm buzzer. </p><p>　　Keywords: turntable shaping speedmeasurement alarm</p><p><b>　　附錄</b></p><p><b>　　附

50、錄1元器件清單</b></p><p><b>　　表2 元器件清單表</b></p><p><b>　　附錄2 電路總圖</b></p><p><b>　　附錄3 芯片引腳圖</b></p><p>　　74LS90