光电控制计数器设计与制作.doc

设 计 报 告学 院电子与信息学院课程名称电子电路课程设计设计题目光电控制计数器设计与制作专 业班 级姓 名学 号指导教师时 间光电控制计数器一、设计要求1、 电路功能：对某项物件进行计数，计数物件速度可慢，可快。计数物体体积约8080cm。2、 工作原理：利用遮断式红外控制原理对通过的物件计数。红外发光管与光电接收管相对安放，每当物件通过一次，红外光被遮挡一次，光电接收管的输出电压发生一次变化，这个变化的电压信号通过放大和处理后，形成计数脉冲，去触发一个十进制计数器，便可实现对物件的计数统计。3、 性能要求：A、计数范围199。B、物件速度频率：1Hz100Hz。C、具备复位、抗干扰等功能。二、光检测脉冲发生器二十进制计数器BCD码BCD码七段译码器LED原理方框图三、方案比较：方案一：电路图如下图所示方案二：如下图所示采用方案一的原因：1、 方案一比方案二简单：方案一的计数显示部分只需三个芯片，采用CD4543驱动LED的配接电路，接线排列有规律、整齐，增强电路板的艺术美感。2、 光电计数部分，将方案一中的发光二极管换成红外线发光二极管，其他部分保持不变，不会有影响，电路可正常工作，并满足设计与制作要求中的利用遮断式红外控制原理对通过的物件计数。3、 方案一脉冲输出由比较器产生，而电压比较器为低功耗、低失调。加上上次实操制作已经使用555制作方波信号发生器，所以想使用比较器，扩展知识面。4、 方案一比方案二更有把握调试成功。四、 工作原理电路图如下图所示,包括电源、光电计数和计数显示三大部分。1、电源部分：220V交流市电经变压器T降压、桥式整流、电容滤波、7809稳压后为整个电路提供+9V稳压工作电压。由于实验室的信号发生器可以输出+9V稳压工作电压，所以略去此部分。2、光电计数部分：当光电三极管VT1接收红外发光二极管VD1射来的红外光线时，其亮电流增大，内阻减小，集电极输出低电平。此低电平加到电压比较器IC2B的反相输入端6脚，同时因IC2B的同相输入端5脚经R3，R4电阻分压后，电压为4.5V，因此6脚电压小于5脚电压，IC2B的7脚输出高电平。此高电平又加到比较器IC2A的反相输入端2脚，使2脚电压高于同相输入端3脚电压，比较器高于IC2A的1脚输出为低电平，该低电平使光电耦合器内藏发光管点亮，对应的光敏管导通，三极管VT2也导通，VT2集电极输出低电平。当有物体通过红外发光二极管VD1和接收管VT1之间时，红外线被挡住，VT1因无光照，其暗电流小于0.3A，集电极输出高电平。因比较器IC2B的6脚电压大于5脚电压，比较器的7脚输出低电平，同样比较器IC2A的2脚电压小于3脚电压，使1脚输出为高电平，光电耦合器截止，三极管VT2也截止，VT2集电极输出高电平。 综上所述，当有物体通过VT1时，便在VT2集电极上输出计数脉冲信号。3、计数显示部分：采用CD4518组成8421码同步十进制计数器，对VT2集电极输出的脉冲信号下降沿进行计数。为满足下降沿计数的要求，需将CD4518的CP端接地，计数脉冲信号接EN输入端。因CD4518内含两个相同的计数器，可将第一级的Q4输入接第二级的EN端，构成两级串行计数，实现099的计数器显示。CD4518的第7，15脚为清零端Cr，通过电阻R12接地为零电平，与电容C4一起实现开机清零作用。译码电路采用两块CD4543分别组成BCD七段译码器，驱动LED数码管显示器。电阻R13R26为限流电阻。五、元件介绍CC4518的功能表输入输出输入输出CPCRENCPCREN01加计数00000减计数100X保持X1XX0CD4518引脚排列 CD4518的逻辑图89Vss2Q31234567101112131415161CP1EN1Q01Q11Q21Q31CRVDD2CR2Q22Q12Q02EN2CP12791015345611121314CTR DIV 10CT=011+CT0123CT0123CT=0CD4543驱动LED的配接电路CD4543BCD7段译码驱动器DABC输入（BCD码）2345ph 6B1 78VssLD1Vcc+12V15（f）14（g）13（e）12（d）11（c）10（b）9（a）R1R71238910647LEDR1R7=1.5k六、元件选择IC1 选用三端固定稳压集成电路，IC2 选用LM393集成电路；IC1和IC2也可以只使用一个LM393集成电路；由于电路板面积的极限，所以采用后者。IC3 选用4518集成电路；IC4和IC5选用4543集成电路。VT1 选用3DU12光电三极管；VT2 选用2SC218三极管，买不到换成S9018。VD1 选用SE303红外发光二极管。电容C1采用电解电容220u，C2采用普通100p电容，C3采用1u的电解电容。光耦合器4N35在调试过程中烧坏，换成P521。电阻全部采用1/8金属膜电阻,阻值如下：R12.4k R2可变电阻R362kR4 62kR51M R6 10kR73.9k R8 10kR930kR10 10kR114kR1230kR13R26 1k14七、制作安装时要求发光管与接收管正对，同时为避免自然光线干扰引起的误计数，应在接收管上套一段黑色圆筒作遮光筒。本计数可实现099的计数显示，若要增加计数位数，可直接对计数显示部分进行扩展。八、调试 安装时要求发光管与接收管正对，同时为避免自然光线干扰引起的误计数，应在接收管上套一段黑色圆筒作遮光筒。本计数器可实现099的计数显示，若要增加计数位数，可直接对计数显示部分进行扩展。电路焊好后，出现的错误是：LED的f段不能亮，而且不能正常计数，输出端不能正常输出脉冲。用万用表测试各条接线的电压，发现6、7、2连在一起被短路，以及8、4的接线是错误的，因此两个比较器都不能比较电压，所以没发输出方波。芯片的接线，书中提供的是错误，因此LED的f段不能正常发亮，LED显示器也不能正常计数以及开机清零。九、心得1、别人的答案只能只能参考，不能照搬。要有独立的见解，善于发现错误，改正错误。2、专业知识的缺乏，成为了整个过程最大的阻力，“书到用时方知少”，应该好好学习，丰富自己的知识。向别人发问，问题应该高级。3、自己探索，使自己的电路调试成功，自己很满足，这是一种幸福！4、进一步熟悉Protel 99SE和EWB软件的使用，使用Word等画图工具画电路图，增强自己的画图能力。5、进一步熟悉万用表、示波器、信号发生器等实验设备的使用，判别元器件的引脚、好坏等能力有所提高。6、感谢老师、同学及电子城的销售人员耐心的指导与帮助！十、自我评价电路板调试成功