電子線路設(shè)計課程實驗報告--光電計數(shù)器

1、<p><b>　　電子技術(shù)課程設(shè)計</b></p><p>　　實 驗 報 告</p><p><b>　　光電計數(shù)器</b></p><p>　　日期：2011年12月20日星期二</p><p><b>　　評語：</b></p><p

2、><b>　　指導教師簽字：</b></p><p><b>　　日期：</b></p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　光電計數(shù)器</b></p><p><b>　　設(shè)計任務(wù)書</b>

3、</p><p><b>　　1實驗目的</b></p><p>　　掌握非電量測量系統(tǒng)的工作原理，學習傳感器知識。掌握 555 時基電路構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、多諧振蕩器的設(shè)計方法。掌握數(shù)字電路計數(shù)、譯碼、顯示系統(tǒng)的工作原理及設(shè)計方法。 </p><p><b>　　2設(shè)計要求</b></p><p>

4、<b>　　2.1基本部分</b></p><p>　　1、發(fā)光器件和光接收器件之間的距離大于1m；</p><p>　　2、有抗干擾技術(shù)，防止背景光或瓶子抖動產(chǎn)生誤計數(shù)；</p><p>　　3、最大計數(shù)值為99； </p><p>　　4、每計數(shù)滿10，用燈閃爍2s指示一下；</p><p>

5、　　5、 數(shù)碼管顯示計數(shù)值；</p><p>　　6、工作電源為220V交流電。 </p><p><b>　　2.2發(fā)揮部分</b></p><p>　　1、可上電自動復位和外部手動人工復位； </p><p>　　2、高位為零時，采用滅零處理； </p><p>　　3、發(fā)光器

6、件和光接收器件之間的距離大于2m； </p><p>　　4、每當計數(shù)值滿10時，燈閃爍的同時喇叭發(fā)出提示音（音頻為500-1000Hz之間）； </p><p>　　5、設(shè)計一個倒計數(shù)器。</p><p>　　二、設(shè)計框圖及電路系統(tǒng)概述 </p><p>　　本方案的計數(shù)部分主要采用的是十進制加減計數(shù)器 74LS190。故可實現(xiàn)擴展功能中的

7、倒計數(shù)功能。電路的基本原理是將紅外接受裝置接入 74LS190 芯片，由瓶子的走向來決定是加法計數(shù)還是減法計數(shù)。紅外傳感器采用直流供電，接收對管判斷是否有物體通過光電門，并且當物體通過光電門時輸出一個高電平，觸發(fā)后面的加法計數(shù)器，使其加一，為簡單起見，計數(shù)器為一組BCD碼輸出，輸出由BCD-七段數(shù)碼管譯碼器譯碼，輸入至數(shù)碼管顯示。使用兩組BCD碼，使計數(shù)范圍加大，實現(xiàn)一百以內(nèi)的計數(shù)。由于要要實現(xiàn)拓展功能，即：每當計數(shù)值達到 10時，燈閃

8、爍的同時喇叭發(fā)出提示音（音頻為 500-1000Hz 之間），于是采用兩片 NE555，一片來產(chǎn)生方波，另一片在計數(shù)到達10之后接收 74LS190 產(chǎn)生的高電平信號，來產(chǎn)生 2s 的單穩(wěn)態(tài)，與方波信號調(diào)制以后控制 LED 閃爍，蜂鳴器發(fā)聲。蜂鳴器發(fā)聲的頻率和 LED 閃爍的頻率理論上應(yīng)該是一樣的，實驗的基本思路如下圖所示： </p><p>　　三、各單元的設(shè)計方案及原理說明</p><p&

9、gt;<b>　　1直流電源</b></p><p>　　在電子電路中，通常需要電壓穩(wěn)定的直流電源供電，小功率穩(wěn)壓電源一般是由電源變壓器、整流、濾波和穩(wěn)壓四部分組成的。 </p><p><b>　　1電源變壓器：</b></p><p>　　電源變壓器的作用是將電壓220V的交流電壓轉(zhuǎn)換成整流濾波電路所需的低電壓。 &l

10、t;/p><p><b>　　2整流電路：</b></p><p>　　整流電路一般由具有單向?qū)щ娦缘亩O管構(gòu)成，經(jīng)常采用單相全波和單相橋式整流電路。如圖所示的整流電路為應(yīng)用廣泛的橋式整流電路。電路中采用了 4 個二極管，組成單相橋式整流電路。整流過程中，4 個二極管輪流導通，無論正半周還是負半周，流過負載的電流方向是一致的，形成全波整流，將變壓器輸出的交流電壓變成了脈動

11、的直流電壓。 </p><p><b>　　3濾波電路：</b></p><p>　　在整流電路的輸出端并聯(lián)電容即可形成濾波電路。加入電容濾波電路后，由于電容是儲能元件，利用其充放電特性，使輸出波形平滑，減少脈動成分，以達到濾波目的。為了使濾波效果更好，可以選擇容量大的電容為濾波電容。因為電容的放電時間常數(shù)越長，放電過程越慢，脈動成分越少，同時使得電壓更高。 <

12、/p><p><b>　　4穩(wěn)壓電路：</b></p><p>　　經(jīng)過濾波后輸出的直流電壓仍然存在較大紋波，而且交流電網(wǎng)電壓容許有±10%的起伏，隨著電網(wǎng)電壓的起伏，輸出電壓也會隨之變動。此外，經(jīng)過濾波后輸出的直流電壓也與負載的大小有關(guān)，當負載加重時，由于輸出電流能力有限，使得輸出的直流電壓下降。因此，當需要穩(wěn)定的直流電源時，在整流、濾波電路后通常需要配有穩(wěn)壓

13、電路。</p><p>　　5紅外發(fā)光器件和光接收器件</p><p>　　這部分由集成紅外傳感器組成，當發(fā)光器件和光接收部分對準后，有物體擋光時，光接收器件輸出高電平。</p><p><b>　　2 輸入部分</b></p><p>　　我們信號的產(chǎn)生裝置直接使用從市場購買的的光電傳感器。該設(shè)備為對射型光電傳感器，發(fā)

14、光器和收光器是分離開的這樣可以實現(xiàn)較遠距離的檢測。使用時把發(fā)光器和接收器分別裝在檢測物通過的路徑兩側(cè)，檢測物通過時阻擋光路，收光器就動作輸出一個開關(guān)控制信號。我們將產(chǎn)生的這個信號作為計數(shù)信號接入計數(shù)電路。</p><p>　　方波發(fā)生器也是由 NE555 構(gòu)成，本質(zhì)上是一個多諧振蕩器。由 NE555 組成的振蕩電路產(chǎn)生任意頻率可調(diào)的方波信號。頻率由電阻及電容的值來控制。具體頻率、周期的計算見后。方波發(fā)生器圖如下：

15、</p><p><b>　　3單穩(wěn)態(tài)部分：</b></p><p>　　用 NE555 組成的單穩(wěn)態(tài)電路產(chǎn)生一個持續(xù)時間為 2S 的高電平脈沖，用于供給LED 燈閃爍及蜂鳴器蜂鳴。電路由計數(shù)電路的第二片 190 在計數(shù)從 99 到 100 時產(chǎn)生的一個下降沿觸發(fā)。單穩(wěn)態(tài)電路如下：</p><p><b>　　4顯示部分：</b

16、></p><p>　　譯碼是編碼的逆過程，譯碼器的功能與編碼器相反，它將具有特定含義的不同二進制代碼辨別出來，翻譯成對應(yīng)的輸出信號。</p><p>　　譯碼器也分成3類，二進制譯碼器如3—8線譯碼器74LS138。二—十進制譯碼器可實現(xiàn)各種代碼之間的轉(zhuǎn)換，例如74LS145。顯示譯碼器，用來驅(qū)動各種數(shù)字顯示器，如共陽極數(shù)碼驅(qū)動器74LS47。</p><p&g

17、t;　　圖4：74LS47譯碼器/驅(qū)動器外引線排列</p><p><b>　　*工作原理</b></p><p>　　74LS47是驅(qū)動共陽極數(shù)碼管的譯碼驅(qū)動器。其外引線排列如圖4所示。為了直接驅(qū)動指示燈，74LS47的輸出是低電平作用的，即輸出為0時，對應(yīng)字段點亮；輸出為1時，對應(yīng)字段熄滅。A、B、C、D接收二進制碼輸入，的輸出分別驅(qū)動7段一碼管的a、b、c、d、

18、e、f和g段。</p><p>　　譯碼管有4個使能端，燈測試輸入、靜態(tài)滅燈輸入，動態(tài)滅零輸入、動態(tài)滅零輸出。</p><p>　　當接低電平是，譯碼器各段輸出低電平，數(shù)碼管7段全亮，因此可利用此段輸入低電平對數(shù)碼管進行測試。是動態(tài)滅零輸入使能端，當=1，=1，=0時，如果輸入數(shù)碼DCBA=0000，譯碼器各段輸出均為高電平，數(shù)碼管不顯示數(shù)字（但輸入其它數(shù)碼，數(shù)碼管仍顯示），并且滅零輸出為

19、0。利用端，可對無意義的零進行消隱。是靜態(tài)滅燈輸入使能端，它與動態(tài)滅零輸出共用一個輸出端，當=0，不論DCBA為何狀態(tài)，譯碼器各段輸出均為高電平，顯示器各段均不亮，利用可對數(shù)碼管進行熄滅或工作控制。是動態(tài)滅零輸出端，當=0、=0，、DCBA=0000時，且=0表示譯碼器處于滅零狀態(tài)。端的設(shè)置主要用于多個譯碼器級聯(lián)時，對無意義的零消隱。功能表如表二所示。</p><p>　　74LS190管腳如圖：</p&g

20、t;<p><b>　　功能表</b></p><p>　　電路由兩片 74LS190 級聯(lián)構(gòu)成，74LS190 是兩位十進制可加減計數(shù)器。74LS190為可預置十進制同步加減計數(shù)器，其功能表見表。其預置是異步的，當置入控制端為低這部分電電平時，不管時鐘端CP狀態(tài)如何，輸出端即預置成與數(shù)據(jù)輸入端相一致的狀態(tài)。其計數(shù)是同步的，靠CP同時加在四個觸發(fā)器上而實現(xiàn)的。當計數(shù)控制端為低電

21、平時，在CP上升沿作用下同時變化，從而消除了異步計數(shù)器中出現(xiàn)的計數(shù)尖峰。當計數(shù)方式控制為低電平時進行加計數(shù)；當為高電平時進行減計數(shù)。只有在CP為高電平時和才可以跳變。其有超前進位功能，當計數(shù)上溢或下溢時，進位/借位輸出端輸出一個寬度等于脈沖周期的高電平脈沖；行波時鐘輸出端輸出一個寬度等于CP低電平部分的低電平脈沖。；利用端可級聯(lián)成N位同步計數(shù)器。當采用并行時鐘控制時，則將接到后一級；當采用并行控制時，則將接到后一級CP。</p&g

22、t;<p>　　當/D 端為高電平時，執(zhí)行倒計數(shù)；當/D 為低電平時，執(zhí)行加計數(shù)。當/D 為低電平時，執(zhí)行加計數(shù)。/D 端也需要接一個紅外接收器，并使/D 端的紅外光與時鐘端的紅外光平行。當物體遮住/D端的紅外光同時離開時鐘端的紅外光時，就會倒計數(shù)；當物體離開時鐘端的紅外光，而未遮住/D 端的紅外光時，就執(zhí)行加計數(shù)。這樣，當物體從不同方向通過時就會加計數(shù)或倒計數(shù)。</p><p><b>

23、;　　5原理說明</b></p><p><b>　　5.1變壓器的選擇</b></p><p>　　為保證電壓器在電網(wǎng)能力低是能處于穩(wěn)壓狀態(tài),要求:</p><p>　　式中是穩(wěn)壓器的最小輸入輸出壓差，典型值為 3V。按一般電源指標的要求，當輸入交流電壓220V 變化±10%時，電源應(yīng)穩(wěn)定。所以穩(wěn)壓電路的最低輸入電壓，設(shè)

24、計的電源電壓，所以最后穩(wěn)壓器要輸入的電壓，即變壓器的輸出電壓。</p><p>　　5.2 二極管閃爍頻率頻率、蜂鳴器發(fā)生頻率的計算：</p><p>　　該電路是為了實現(xiàn)每計數(shù)10，用燈閃爍2S指示一下功能而設(shè)計的。根據(jù)計數(shù)電路介紹，當?shù)臀挥嫈?shù)器由9回轉(zhuǎn)向0時，RCO輸出端將輸出一個下降沿，因此可以用此信號來觸發(fā)滿十報警電路。將該信號進行微分后，得到一個短暫的負向脈沖，用以觸發(fā)由555構(gòu)

25、成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，使其輸出一個兩秒的高電平，用以控制555多諧振蕩器使其工作兩秒，輸出為時兩秒的低頻率方波，使LED燈閃爍2s。</p><p>　　根據(jù)單穩(wěn)態(tài)、方波電路周期的計算，可以得到二極管閃爍頻率以及蜂鳴器發(fā)生的頻率。計算步驟如下：</p><p>　　方波周期： </p><p>　　單穩(wěn)態(tài)輸出高電平時間：</p>&

26、lt;p>　　二極管閃爍頻率：方波的輸出經(jīng)過一個26得到的周期為：</p><p>　　閃爍頻率： </p><p>　　說明在2.2s內(nèi)燈閃爍24次左右。</p><p>　　蜂鳴器發(fā)生頻率滿足實驗500~ 1000Hz的要求。</p><p>　　四、調(diào)試過程及結(jié)果分析</p><p>

27、;　　板子焊接的還算順利，花費時間不算多。但是焊接出來的結(jié)果卻不是讓人滿意的，調(diào)試過程很艱辛。一開始各種錯誤都有，技術(shù)部分雖然很快就搞定了，但是中心環(huán)節(jié)每十個數(shù)燈閃和蜂鳴器響都是問題，畢竟都是按照原來來做的，為了保證周期頻率，特地焊接了幾個滑動變阻器作為調(diào)節(jié)，但依舊難以去實現(xiàn)。</p><p>　　為解決燈不閃的問題，發(fā)現(xiàn)應(yīng)從低位74LS190的進位端接到單穩(wěn)態(tài)的555上，結(jié)果當計數(shù)滿10時，燈會閃一下，但是蜂鳴

28、器依舊不響。</p><p>　　其實這個實驗整體上的思路比較清晰，又遵從他人意見把各個部分單獨仿真，單獨焊接，這樣可以分別檢查錯誤。輸入部分和顯示部分能夠很快完成也歸功于此。</p><p><b>　　元件清單</b></p><p>　　五、設(shè)計安裝及調(diào)試中的體會</p><p><b>　　六、參考文獻