数电课程设计数字测试系统.docx
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数电课程设计数字测试系统.docx
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数电课程设计数字测试系统
华南农业大学
电子线路综合设计
数字式红外测速仪
09
班级:
电气工程及其自动化5班组别:
5
指导教师:
2011年5月
摘要
实际生活里,经常有各种需要测量转速的场合,例如在发动机、电动机等旋转设备运转和控制中,工作人员都需要对其转速进行测量。
本设计要求通过数码管显示转速可达0~40转/秒的电机,并且精度不能低于900/秒同时在该转速低于设定值的时候通过蜂鸣器产生警报信号。
功能扩展部分要求通过发光二极管提示电机正反转。
为了达到设计要求,我们计划将整个电路分成几个部分,最后将各个部分分别设计后就进行整合就可以得到满足要求的电路。
经过讨论,我们认为我们可以将其分成光电转化部分、放大整形电路部分、计数部分、显示部分、低速警报部分、功能扩展部分。
其中光电转化部分通过霍尔传感器实现,通过其功能使物理信号变成电信号。
放大整形电路部分则是将其电信号放大整形使其变成能通过数字处理的电脉冲信号。
计数部分是将在有效时间内接收到的有效信号进行累加计数,并且在每次计算完毕后完成清零。
显示部分则是将一个计数周期内得到的转速进行锁存,并且显示输出。
低速报警部分就是提前设定数值并通过进行信号对比,从而在低于该设定值产生警报信号。
功能扩展部分则由双刀双掷开关实现。
在设计中应该尽可能减少芯片的使用,同时对一些使用较多的芯片应该采用模块布局以避免线路繁琐问题并使电路更加美观,逻辑功能更加清晰、有条理。
这份课程设计详细讲述了数字测试仪各个模块的功能和实现原理,给出每个模块的电路图。
同时,介绍了设计方案,能够让读者更深入设计流程。
关键词:
数字测速光电转化低速警报
目录
1概述3
1.1设计题目3
1.2设计要求3
1.3原理说明3
2系统总体方案及硬件设计4
2.1功能模块4
2.2功能解析4
2.3硬件说明;7
3软件设计8
3.1设计思想9
3.2设计流程9
4心得体会10
致谢..............................................................11
参考文献12
附录12
1概述
1.1设计题目:
数字式红外测速仪
1.2设计要求
1.测量转速可达0~40转/秒;
2.转速测量精度不得低于900/秒;
3.输出转速由数码管显示;
4.低速报警;(速度低于设定值时,启动蜂鸣器报警,速度升高至设定值以上时,自动关闭蜂鸣器)。
*.功能扩展部分(例如:
控制电机的正反转,可用发光二极管显示)。
1.3原理说明
红外对管接受到马达的转速信号后把物理信号转变成电信号。
由于该信号波形比较多瑕疵而且大小不足以让电路检测,于是我们采用了LM324组成的放大电路将其放大并对其波形进行整形。
该信号再与我们用555做成的时钟脉冲电路发出的信号经过一个与非门后成为了检测电路的初始信号。
接着,这个信号经过由两片74LS90构成的计数部分,再由CD4511译码到数码管进而达到显示效果。
而这个过程中的比较功能由两片74HC85四位数字比较器完成。
但是这个信号首先需要锁存才能达到效果,所以我们在这个过程之前使用了74LS273进行锁存。
而另外两个555芯片构成的单稳态触发器的分别的作用是延迟和通过一个非门产生窄脉冲从而为74LS273的锁存和CD4511的锁存提供触发信号。
其次,我们还使用了一个双刀双掷开关和两个不同颜色的发光而二极管进而完成电机正反转的提示功能。
对于我们的设计,优势在于我们在低速报警方面上提供了一个可选择性大的选择方式,也就是说我们可以随意设置低速报警的数值。
劣势在于我们没有考虑到对电机速度的控制。
另外,在延时部分,我们本来选择RC电路进行延时,但在实际操作中效果欠佳,所以再选择了555构成的单稳态触发器电路。
2系统总体方案及硬件设计
2.1功能模块
该电路主要分为光电转化部分、放大整形电路部分、计数显示部分、时钟脉冲部分、单稳态触发部分、低速警报部分、功能扩展部分,结构图如下:
图0结构图
2.2功能解析
光电转化部分
主要由一组红外对管组成
图1
放大整形电路部分
这部分主要负责对传感信号的放大和整形
图2放大整形电路部分
计数显示部分
这一部分主要起到了对转速的统计计算作用
图3计数显示部分
单稳态触发部分
这部分产生两个延迟信号,其中一个经过非门变成窄脉冲信号,另一个则提供电路中的延迟信号
图4单稳态触发部分
时钟脉冲部分
这一部分为电路芯片的工作提供时钟脉冲信号
图5时钟脉冲部分
低速警报部分
这一部分负责在电机转速过低时产生警报信号。
图6低速警报部分
功能扩展部分
利用二极管和双刀双掷开关达到提示电机正反转的效果
图7
2.3硬件说明;
本设计主要用到的芯片和数目如下图
名称
数目(片)
555芯片
4
74HC85
2
74LS90
2
74LS00
1
74LS04
1
74LS273
1
LM324
1
CD4511
2
表1
3软件设计
3.1设计思想
对于转速的设计主要集中在可以方便使用,使得对于转速的测量更加的更加的直观方便。
因此我们选择了数码显示并且为了简化电路设计的复杂性,尽量使用统一的芯片,减少芯片的使用种类,从而提高系统的安全性。
因此首先在我们已经接触过的芯片和试验中寻找合适的芯片,并对以往试验中的内容和本次设计相比对,从中寻找解决问题的方法。
3.2设计流程
认真阅读设计任务要求,列出需要实现的功能,并结合成模块,列出各个模块框图。
统计每个模块所需使用到的芯片,了解各个芯片管脚的接法和用途。
遵循操作顺序来设计电路。
由输入操作――分析计算――输出,把芯片的管脚一一连接起来。
检查各连线是否有误,再把芯片排列整齐。
最后,把各模块的输出和输入连接起来。
画出电路图,并且写出各个芯片的功能,将芯片连接起来。
为了使设计更具有可行性,我们首先使用了Proteus7Professional把讨论出的模块拼合起来并进行多次的仿真同时也保留几个设计方法以防出错。
通过仿真测试后,我们到了实验室里利用实验箱检查。
检查完毕后为了让设计更加统一焊接,我们又用了AltiumDesigner6进行布线并在布线后测试。
测试完毕后,开始焊接还有其它工作的进行。
总而言之,我们总的设计方式是讨论――画图――仿真――测试――布线――焊接。
4心得体会
通过这几天的数电实习,使发现了自己学习中的很多不足,同时也是我们对于数电的学习和认识上升到了一个不一样的高度。
更加使我们认识到数电这门课如果单纯的用理论化的语言来描述是很枯燥的也是很抽象的,但是如果实际动手操作就会发现自己的不足,因此本周课程设计是在理论的高度之上进行实践操作,当然也只能够有充分的掌握理论知识才能够更好的进行实践。
数字电路作为将现实中的各种不规则信号转化为计算机可以识别的信号的桥梁,对于以后的自动控制课程的学习起到了至关重要的作用。
面对数电的一些列问题,我们需要首先分析其具体的要求,分析主要的功能是实现什么,然后根据所要求实现的功能选择合适的芯片,然后用什么样的方法将芯片连接起来,这些都是在设计中需要考虑的问题。
为了能够更好的设计电路,也由于自己的所学不足,所以我们在网上查找了大量有关电路设计的资料,这也极大的丰富了我的电路知识,开阔了我的视野,这种学习方式,相信也会在以后的学习当中让我们受益匪浅。
电子电路的课程设计即将结束,通过几天的学习让我们明白学习当中遇到的困难只有通过自己的努力才能让自己对所学的知识掌握的牢固。
致谢
本论文是在李继宇老师的悉心指导下完成,从提出方案、修改方案、电路板的制作和系统的调试,李继宇老师都给予了巨大的支持与帮助。
李继宇老师对学生的信任和宽容,使我感受最深。
虽然李继宇老师平时很忙,但仍经常抽出时间来指导和帮助我。
谨在此对李继宇老师表示衷心的感谢。
参考文献
555芯片相关
74HC85相关
74LS273相关
康华光2006电子技术基础数字部分(第五版)[M].北京:
高等教育出版社.160-423
康华光2006电子技术基础模拟部分(第五版)[M].北京:
高等教育出版社.101-244
附录A
附录B
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- 关 键 词:
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