電子線路設(shè)計(jì)課程實(shí)驗(yàn)報(bào)告--光電計(jì)數(shù)器

1、<p><b>　　電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)</b></p><p>　　實(shí) 驗(yàn) 報(bào) 告</p><p><b>　　光電計(jì)數(shù)器</b></p><p>　　日期：2011年12月20日星期二</p><p><b>　　評(píng)語：</b></p><p

2、><b>　　指導(dǎo)教師簽字：</b></p><p><b>　　日期：</b></p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　光電計(jì)數(shù)器</b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)任務(wù)書</b>

3、</p><p><b>　　1實(shí)驗(yàn)?zāi)康?lt;/b></p><p>　　掌握非電量測量系統(tǒng)的工作原理，學(xué)習(xí)傳感器知識(shí)。掌握 555 時(shí)基電路構(gòu)成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、多諧振蕩器的設(shè)計(jì)方法。掌握數(shù)字電路計(jì)數(shù)、譯碼、顯示系統(tǒng)的工作原理及設(shè)計(jì)方法。 </p><p><b>　　2設(shè)計(jì)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(dòng)產(chǎn)生誤計(jì)數(shù)；</p><p>　　3、最大計(jì)數(shù)值為99； </p><p>　　4、每計(jì)數(shù)滿10，用燈閃爍2s指示一下；</p><p>

5、　　5、 數(shù)碼管顯示計(jì)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(dòng)復(fù)位和外部手動(dòng)人工復(fù)位； </p><p>　　2、高位為零時(shí)，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(dāng)計(jì)數(shù)值滿10時(shí)，燈閃爍的同時(shí)喇叭發(fā)出提示音（音頻為500-1000Hz之間）； </p><p>　　5、設(shè)計(jì)一個(gè)倒計(jì)數(shù)器。</p><p>　　二、設(shè)計(jì)框圖及電路系統(tǒng)概述 </p><p>　　本方案的計(jì)數(shù)部分主要采用的是十進(jìn)制加減計(jì)數(shù)器 74LS190。故可實(shí)現(xiàn)擴(kuò)展功能中的

7、倒計(jì)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(jì)數(shù)還是減法計(jì)數(shù)。紅外傳感器采用直流供電，接收對(duì)管判斷是否有物體通過光電門，并且當(dāng)物體通過光電門時(shí)輸出一個(gè)高電平，觸發(fā)后面的加法計(jì)數(shù)器，使其加一，為簡單起見，計(jì)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(jì)數(shù)范圍加大，實(shí)現(xiàn)一百以內(nèi)的計(jì)數(shù)。由于要要實(shí)現(xiàn)拓展功能，即：每當(dāng)計(jì)數(shù)值達(dá)到 10時(shí)，燈閃

8、爍的同時(shí)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(jì)數(shù)到達(dá)10之后接收 74LS190 產(chǎn)生的高電平信號(hào)，來產(chǎn)生 2s 的單穩(wěn)態(tài)，與方波信號(hào)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(shí)驗(yàn)的基本思路如下圖所示： </p><p>　　三、各單元的設(shè)計(jì)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(gè)二極管，組成單相橋式整流電路。整流過程中，4 個(gè)二極管輪流導(dǎo)通，無論正半周還是負(fù)半周，流過負(fù)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(dòng)

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(chǔ)能元件，利用其充放電特性，使輸出波形平滑，減少脈動(dòng)成分，以達(dá)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?yàn)殡娙莸姆烹姇r(shí)間常數(shù)越長，放電過程越慢，脈動(dòng)成分越少，同時(shí)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(huì)隨之變動(dòng)。此外，經(jīng)過濾波后輸出的直流電壓也與負(fù)載的大小有關(guān)，當(dāng)負(fù)載加重時(shí)，由于輸出電流能力有限，使得輸出的直流電壓下降。因此，當(dāng)需要穩(wěn)定的直流電源時(shí)，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(dāng)發(fā)光器件和光接收部分對(duì)準(zhǔn)后，有物體擋光時(shí)，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(hào)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(duì)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(shí)現(xiàn)較遠(yuǎn)距離的檢測。使用時(shí)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(shí)阻擋光路，收光器就動(dòng)作輸出一個(gè)開關(guān)控制信號(hào)。我們將產(chǎn)生的這個(gè)信號(hào)作為計(jì)數(shù)信號(hào)接入計(jì)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(gè)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(hào)。頻率由電阻及電容的值來控制。具體頻率、周期的計(jì)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(gè)持續(xù)時(shí)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(jì)數(shù)電路的第二片 190 在計(jì)數(shù)從 99 到 100 時(shí)產(chǎn)生的一個(gè)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(jìn)制代碼辨別出來，翻譯成對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)。</p><p>　　譯碼器也分成3類，二進(jìn)制譯碼器如3—8線譯碼器74LS138。二—十進(jìn)制譯碼器可實(shí)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(dòng)各種數(shù)字顯示器，如共陽極數(shù)碼驅(qū)動(dòng)器74LS47。</p><p&g

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

18、e、f和g段。</p><p>　　譯碼管有4個(gè)使能端，燈測試輸入、靜態(tài)滅燈輸入，動(dòng)態(tài)滅零輸入、動(dòng)態(tài)滅零輸出。</p><p>　　當(dāng)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(duì)數(shù)碼管進(jìn)行測試。是動(dòng)態(tài)滅零輸入使能端，當(dāng)=1，=1，=0時(shí)，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(duì)無意義的零進(jìn)行消隱。是靜態(tài)滅燈輸入使能端，它與動(dòng)態(tài)滅零輸出共用一個(gè)輸出端，當(dāng)=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(duì)數(shù)碼管進(jìn)行熄滅或工作控制。是動(dòng)態(tài)滅零輸出端，當(dāng)=0、=0，、DCBA=0000時(shí)，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(gè)譯碼器級(jí)聯(lián)時(shí)，對(duì)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(jí)聯(lián)構(gòu)成，74LS190 是兩位十進(jìn)制可加減計(jì)數(shù)器。74LS190為可預(yù)置十進(jìn)制同步加減計(jì)數(shù)器，其功能表見表。其預(yù)置是異步的，當(dāng)置入控制端為低這部分電電平時(shí)，不管時(shí)鐘端CP狀態(tài)如何，輸出端即預(yù)置成與數(shù)據(jù)輸入端相一致的狀態(tài)。其計(jì)數(shù)是同步的，靠CP同時(shí)加在四個(gè)觸發(fā)器上而實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)計(jì)數(shù)控制端為低電

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

22、t;<p>　　當(dāng)/D 端為高電平時(shí)，執(zhí)行倒計(jì)數(shù)；當(dāng)/D 為低電平時(shí)，執(zhí)行加計(jì)數(shù)。當(dāng)/D 為低電平時(shí)，執(zhí)行加計(jì)數(shù)。/D 端也需要接一個(gè)紅外接收器，并使/D 端的紅外光與時(shí)鐘端的紅外光平行。當(dāng)物體遮住/D端的紅外光同時(shí)離開時(shí)鐘端的紅外光時(shí)，就會(huì)倒計(jì)數(shù)；當(dāng)物體離開時(shí)鐘端的紅外光，而未遮住/D 端的紅外光時(shí)，就執(zhí)行加計(jì)數(shù)。這樣，當(dāng)物體從不同方向通過時(shí)就會(huì)加計(jì)數(shù)或倒計(jì)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(biāo)的要求，當(dāng)輸入交流電壓220V 變化±10%時(shí)，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(jì)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(jì)算：</p><p>　　該電路是為了實(shí)現(xiàn)每計(jì)數(shù)10，用燈閃爍2S指示一下功能而設(shè)計(jì)的。根據(jù)計(jì)數(shù)電路介紹，當(dāng)?shù)臀挥?jì)數(shù)器由9回轉(zhuǎn)向0時(shí)，RCO輸出端將輸出一個(gè)下降沿，因此可以用此信號(hào)來觸發(fā)滿十報(bào)警電路。將該信號(hào)進(jìn)行微分后，得到一個(gè)短暫的負(fù)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(gè)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(shí)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(jì)算，可以得到二極管閃爍頻率以及蜂鳴器發(fā)生的頻率。計(jì)算步驟如下：</p><p>　　方波周期： </p><p>　　單穩(wěn)態(tài)輸出高電平時(shí)間：</p>&

26、lt;p>　　二極管閃爍頻率：方波的輸出經(jīng)過一個(gè)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(shí)驗(yàn)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(fèi)時(shí)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(cuò)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(gè)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(gè)滑動(dòng)變阻器作為調(diào)節(jié)，但依舊難以去實(shí)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(jìn)位端接到單穩(wěn)態(tài)的555上，結(jié)果當(dāng)計(jì)數(shù)滿10時(shí)，燈會(huì)閃一下，但是蜂鳴

28、器依舊不響。</p><p>　　其實(shí)這個(gè)實(shí)驗(yàn)整體上的思路比較清晰，又遵從他人意見把各個(gè)部分單獨(dú)仿真，單獨(dú)焊接，這樣可以分別檢查錯(cuò)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(jì)安裝及調(diào)試中的體會(huì)</p><p><b>　　六、參考文獻(xiàn)