光电计数器的设计.doc

课程设计说明书 课程设计名称： 数字电路课程设计 课程设计题目： 光电计数器的设计 学 院 名 称： 信息工程学院 专业： 班级： 学号： 姓名： 评分： 教师： 20 11 年 9 月 5 日 数字电路 课程设计任务书20 11 20 12 学年 第 1 学期第 1 周 2 周 题目光电计数器的设计内容及要求1.利用发光二极管和光敏三极管作为光电计数器的传感器进行计数，用数码管显示计数值，当数码管显示值与设定值相同时报警，此外计数器停止计数，手动清除报警后可重新工作。 2.每计数100，用灯闪烁2S指示一下进度安排 1.布置任务，查阅资料，选择方案，领实验仪器： 2天 2.仿真，画PCB线路板图： 2天 3.领元器件，焊接，制作： 3天 4.调试： 2天 5.验收： 0.5天学生姓名：指导时间：2011年9月1日-2011年9月9日指导地点：任务下达2011 年 9月 1日任务完成2011 年 9 月 9日考核方式1.评阅 2.答辩 3.实际操作 4.其它指导教师系（部）主任 注：1、此表一组一表二份，课程设计小组组长一份；任课教师授课时自带一份备查。2、课程设计结束后与“课程设计小结”、“学生成绩单”一并交院教务存档。摘要光电计数器的设计可以对某项物件进行计数，计数物件速度可慢，可快，在实际生产生活中具有广泛的应用，对通过的物体进行计数，在生产流水线包装数量控制等领域的应用，既能节省劳动力有能高效地完成任务，其次它也是光电技术的基础。在光电计数部分我们考虑到脉冲信号的稳定度、方便检测是否能够产生脉冲信号，因此在电压比较器和NE555之间我们选择了NE555，又要利用遮断式红外控制原理对通过的物件计数，为了感应良好，我们使红外发光管与光电接收管相对安放，同时为避免自然光线干扰引起的误计数，同时因实验室条件有限，在光电计数器工作时尽可能的让房间里没有自然光照射进来。本计数器可实现099的计数显示。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。 关键字：计数脉冲 感应 光电目录前言1第一章 设计内容及要求2第二章 系统设计方案选择 一. 设计方案3 二. 两种方案3 三.方案选择4第三章 系统组成及功能电路工作原理 一. 系统组成5 二. 功能电路7第四章 实验、调试及测试结果与分析10总结13参考文献14附录一15附录二16附录三17 前言 本课程设计主要是对于电子信息类专业的学生两年多来的专业知识学习的一个考验以及应用，也是相关专业的同学们开启理论通向实践之门的金钥匙，具有十分重要的意义，既能锻炼同学们的动手操作能力，又能反映出同学们对于电子设备的熟练程度及对简单典型电路原理应用和了解。 本课程设计为光电计数器的设计。光电技术是一门得到迅猛发展的学科，已经渗透到许多的相关的科学领域，应用非常的广泛，而具有代表性的是半导体激光器的广泛应用，具有高量子效率的负电子亲和势。光电阴极的光电倍增管和第三代微光像增强器件的实用化，超大规模的CCD面阵的固体摄像器件已在工业和民用领域都得到了广泛应用，在热成像光电中的红外焦平面技术的应用等等。本文所讨论的光电计数器是一种比较初级的利用光电感应信号发出的脉冲进行计数的一种简单光电系统。第一章 设计内容及要求一.课程题目 本次课程设计的题目是光电计数器的设计二.基本要求利用发光二极管和光敏三极管作为光电计数器的传感器进行计数，用数码管显示计数值，当数码管显示值与设定值相同时报警，此外计数器停止计数，手动清除报警后可重新工作。 三.提高要求l)发光器件和光接收器之间的距离大于lM(提示：生于距离较远；需要增大发光二极管的电流，这种情况下只能采用脉冲供电方法，此时有物体和无物体其输出频率会产生变化2)有抗干扰技术，防止背景光和瓶子抖动产生计数误差 3)每计数100，用灯闪烁2S指示一下 第二章 系统设计方案与选择一. 设计方案系统设计方案遵循几大块：第一、光信号的采集，光能否被接收会产生不同的信号，将其转换成高低电平；第二、计数器记录高低电平的变化，实现计数功能；第三、计数器计满后，输出信号通过单稳态触发器，产生2秒延时，同时驱动相应的蜂鸣器电路与LED电路。二. 两种方案2.1 方案一 第一种方案采用74KS160实现计数功能，用与门和或门实现反馈或控制功能，最后采用74LS47共阳数码管显示计数值。 简化电路图如下图所示:图2-1 运用74160构成计数电路 三.方案选择 最终决定决定采用方案一的原因：总体来讲方案二与方案一使用的器件差不多，两最后决定用74160芯片来完成实际电路。 第三章 系统组成及工作原理 3.1 系统组成超过设定值报警BCD码七段译码器光检测数码管二十进制计数器BCD码 图3-1 系统组成方块图 3.2 单元电路工作原理3.2.1 信号采集电路部分该电路主要由，光电转换电路，信号滤波比较电路组成。 光电转换电路采用红外发光二极管和光敏三极管作为光电转换传感器，采用典型电路，如图。 图 3-2 信号采集电路 光电转换电路输出信号在无物件遮挡住光线时，输出含有直流交流分量的信号，再有物件遮挡光线时，输出是一电压较低的直流信号。因此通过滤波电路，可以将两种信号转换为不同电压的直流信号，再通过一定阈值的比较器，可以将两种信号转换为数字电路中的高低电平，从而控制后续电路。 3.2.2 计数电路 计数电路主要采用计数器统计信号采集电路输出的脉冲个数，实现对物件计数的功能。为了使电路简单化，减少其它器件的使用，通过查看各种计数器芯片的技术手册，选取74LS160为该电路计数元件。下图所示为计数电路： 图3-5 74160组成计数电路 图3-3 74160管脚图 74LS160 同步置数功能 当（LD的非）为有效电平时，计数功能被禁止，在CP脉冲上升沿作用下D0D3的数据被置入计数器并呈现在Q0Q3端。若接成七进制计数器，控制置数端的信号是N（7）状态，如在D0D3置入0000，则在Q0Q3端呈现的数据就是0110。图3-4 74160 功 能 表 3.2.3 数码显示电路 该电路是实现将计数电路的计数值以直观的数字方式显现出来，只需实现基本要求即可，无特殊要求。图3-6 数码管组成的显示电路 计数电路输出两组BCD码，为了使电路简单，应选用BCD码七段数码管译码驱动器，而七段数码管的选择与之配套。译码器无特殊功能要求。这里选用了常用的74LS47共阳数码管驱动器，配套选取共阳八段数码管，但小数点位不用。74LS47为内部有上拉电阻的BCD七段数码管译码器/驱动器，输出端为低电平有效，可用于驱动缓冲器或共阳数码管。其功能表如表3-7所示： 图3-7 74ls47真值表 3.2.5 报警电路该电路是为了实现每计数100，用灯闪烁2S指示一下功能而设计的。根据计数电路介绍，当计数器由99回转向0时，FLASH输出端将输出一个下降沿，因此可以用此信号来触发报警电路。用以触发由555构成的单稳态触发器，使其输出一个两秒的高电平，用以控制555多谐振荡器使其工作两秒，输出为时两秒的低频率方波，使LED灯闪烁2s。暂稳态的持续时间（即为延时时间）决定于外接元件R、C值的大小：式3.1通过改变R、C的大小，可使延时时间在几个微秒到几十分钟之间变化。当这种单稳态电路作为计时器时，可直接驱动小型继电器，并可以使用复位端（4脚）接地的方法来中止暂态，重新计时。按要求，为使R和C都不至取得过大，选取C（）为10F，R（）为20K。如图3.8 。 图3-8 555组成的单稳态电路 第四章 组装、调试及测试结果与分析一.焊接是特别要注意的几点： 1.共阳数码管的各引脚接到不同的管教分清，要不然会产生乱码。 2.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。 3.注意芯片的耐温能力，避免烧坏元器件，可以采用引热的方法。 4.连线过程不能发生短路，要不然轻则短路，重则少还元器件。二.调试与测试结果1 .调试焊接时，每焊接完一个模块都要进行调试。不要把所有的电路全部焊接完了再进行调试，否则如果出现问题将会很难查出来，而且还会给修改电路带来不必要的麻烦。芯片的管脚要正确读取，接电源的管脚和接地的管脚不搞反了。万能板上的电源线和地线要分清楚，焊接时千万不要搞错了。 芯片的安装要注意芯片管脚和插座管脚要对应。数码管的两个公共端要分别接电阻后再接地。电路焊接完毕后，对照原理图检查是否有漏焊、错焊之处，特别要检查电源引线是否短路。确认无误后，上电调试，先查看感觉各元器件是否正常工作，是否有异味发烫等，如有即及时断电检查；若无，测试电路是否完成相应功能，若不能实现某些功能，首先检查相应功能块电路的核心元件是否工作，如检查震荡电路时，先检查555是否起振，用示波器查看2管脚是否有电容充放电的波形，如有，则能正常起振；若无，检查该振荡器是否焊接正确，元件是否选取正确等。2.结果 经测试，电路正常工作，相关功能完全实现：用手通过一次光电门，记数加一；当计数达到预设的数字时，停止计数，并发出报警，按复位键停止报警，电路重新工作；当断开功能开关计数达一百时，LED灯闪烁2秒。下面两图为测试时的仿真图：图 4-10 示数为46的显示图图3-9 示数为45的显示图 结论 进过自己与搭档的努力制作和调试，我们的光电计数器终于完成。电路板调试成功，满足了设计要求中的基本要求及大部分提高要求，并且计数显示部分的计数位数具有直接扩展性。 从这次课程设计中，学到了很多的专业知识，以及一些宝贵的心得。从找寻参考书这方面来说，别人的答案只能参考，不能照搬。要有独立的见解，善于发现错误，勤于讨论和提问，这样才能改正错误。起初，拿到设计要求的时候，大脑是很空白的，因为这就是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”，此时才知自己专业知识的贫乏。通过不懈的找寻，查资料，以及向老师提问，对于电路的构造和基本设计有了大概的蓝图，从而开始了电路板的焊接制作。经过慢慢的探索和仔细的调试，电路功能得以实现，这让自己很有满足感！通过本次课程设计，也进一步让自己熟悉了万用表、示波器、信号发生器NE555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。最后衷心的感谢指导老师，以及参与讨论的同学们的耐心指导与鼎力相助！通过这次设计，巩固了之前学习的数字电路模拟电路的相关知识，并把这些知识运用到实际中。这次设计是理论和实践的相结合，放大了理论和实践之间的差别，问题带来了设计经验，从而为以后的发展添加了资本。 参考文献1、陈振官 陈宏威等. 光电子电路及制作实例. 北京：国防工业出版社，20062、杨志忠.数字电子技术举出. 北京：高等教育出版社， 20063、蔡雅铮. 计数器及其逻辑设计. 北京