红外线数字转速表的设计 3
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数字电子技术基础课程设计
课程名称：数字电子技术基础课程设计题目：红外线数字转速表
系别：电子信息工程系
专业：电子科学与技术
姓名：王宇锋
学号： 2008210045
日期：2010 年 6 月 20 日
红外线数字转速表
一、设计目的
（1）掌握红外线光电转换器的工作原理；
（2）掌握红外线转速表的设计、组装、调试方法。
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 9 999 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；
（5）选作远距离测量。
三、红外线转速表的工作原理
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。
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 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 0.93μm）,这样对于对抗杂散光的干扰更有利。
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。
测量远距离转动物体，可用中功率和大功率发光二极管（HL 系列发光二极管），还可
采用砷化镓单异质结激光二极管（如 2EJD 系列），这种管子的峰值波长为 0.90μm，输出
功率为 2 10W，额定工作电流为 15A 45A，发射距离超过几十米。
相应的接收管仍可
采用硅光电三极管 3DU5C。
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、器件简介
1.第三代电子表集成电路 5C702
图 11-6-3 是 5C702 的的管脚排列顶视图及连线图。
因为它用 5V 电源，更适合与 TT L 集成电路及 CMOS 集成电路配合使用。
5C702 由晶体振荡器（振荡频率为 32768Hz）、
整形器、16 级二分频器、窄脉冲形成器、输出驱动器及复位电路组成。
Q1 和 Q2 输出脉冲
信号的周期为 2s，Q15 输出脉冲信号的周期为 1s，Q7 输出脉冲信号的频率为 256Hz。
R
为复位端，如果 R 端为高电平时，电路无输出。
改变 T1 和 T2 的连接方式可以改变输出脉冲的宽度，T1 和 T2 相连时，Q1 和 Q2 的输出脉冲宽度为 31.25ms；T1 和 T2 断开时，Q1 和 Q2 的输出脉冲宽度为 7.8ms。
从 5C702 的 Q15 端可直接引出秒信号，连成图 2-3（b），经场效应晶体管 3DO6 作
接口，可引出幅值为 10V 的秒信号，作为数字电子计时器的标准秒脉冲。
图 2-3 5C702 集成电路
2.计数/锁存/7 段译码/驱动器CC40110
CC40110 逻辑图和引出端功能图如图 2-4 所示。
a g 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；
输出借位脉冲；TE 为触发器使能端，TE =“0”时计Qco 输出进位脉冲，Q
bo
数器工作，
TE =“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 2-1。
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 3V 18V，输出驱动电源可达 10mA 以上。
图 2-4 CC40110 逻辑图和引出端功能图
表 2-1 CC40110 真值表
3．单稳态触发器 CC4098
CC4098 单稳态触发器的管脚功能图如图 2-5 所示。
触发脉冲从 TR+ 或 TR- 端引入。
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）。
CC4098 的真值表如表 2-2 所示。
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图 2-5 CC4098 管脚功能图
五、供参考选择的元器件
1 5C702
2 晶振（32768Hz）
3 CC40110
4 数码显示器 BS201A（共阴极）
5 CC4013 (双 D 触发器)
6 CC4098
7 CC4011
8 CC4009 (六反相器)
9 2CW53 (稳压管)
10 3DG6 (三极管)
11 3DG12 (三极管)
12 5GL (发光管)
13 3DU5C （光敏受光管）
14 2CK9 (开关二极管)
15 电阻、电容若干
六、参考文献
表 2-2 CC4098 真值表
1 片
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4 片
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1 只
4 只
2 只
1 只
1 只
2 只
1 片
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。
