電子課程設計-雙通道計數器

1、<p><b>　　廈門大學</b></p><p><b>　　電子課程設計報告</b></p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　一、設計目的與意義3</p><p><b>　　二、設計要求3</b></p

2、><p>　　三、自行設計方案3</p><p>　　1)光電發(fā)射接收電路5</p><p><b>　　2)放大電路5</b></p><p>　　3)計數/譯碼電路6</p><p><b>　　4)顯示電路7</b></p><p>

3、;　　四、標準設計方案7</p><p>　　1）原理方框圖7</p><p>　　2）各單元電路原理介紹9</p><p>　　a)光電發(fā)射接收電路9</p><p>　　b)信號處理電路9</p><p>　　c)信號互鎖電路10</p><p>　　d)計數/譯碼/

4、顯示電路10</p><p>　　e)輔助電源電路12</p><p>　　五、元器件清單12</p><p>　　六、PCB布線圖12</p><p>　　七、硬件制作與調試14</p><p>　　八、結論與心得14</p><p>　　九、成果圖展示15</p>

5、<p><b>　　一、設計目的與意義</b></p><p>　　1）通過這次設計，經過親身操作之后，初步熟悉并學會了電路設計軟件Altium Designer的使用，了解了這一款軟件對于電路板設計的重要作用，這對于日后的學習及應用有很大的幫助；</p><p>　　2）掌握電路設計的方法和技巧。將學習到的理論知識運用到實際當中去，做到能夠活學活用，深

6、入的了解電子元器件的使用方法，了解各種元器件的基本用途和方法，能夠靈活敏捷的判斷電路中出現的故障，學會獨立設計電路，積累更多的設計經驗，加強焊接能力和技巧，完成基本的要求；</p><p>　　3）本次課程設計的產品——雙通道計數器，除了可以應用于流水線上產品數量的測量，還可以廣泛應用于測量停車場、賓館、飯店、商場、超市、博物館、展覽觀、車站、碼頭、銀行等場所的人員或物品的數量及流通數量。</p>

7、<p><b>　　二、設計要求</b></p><p>　　設計并制作用于識別、計算通過管道的物品數目的光電識別計數器。</p><p>　　1）識別物品通過管道的方向：進、出；</p><p>　　2）對進出管道的物品進行計件，物品進入管道，識別器計數總數目增加，物品離開管道，識別器計數總數目減少；</p><

8、p>　　3）至少一位數碼管顯示。</p><p><b>　　三、自行設計方案</b></p><p>　　如圖1所示，電路包括入口和出口的光電發(fā)射接收電路、信號放大電路和兩位計數/譯碼/顯示電路。應用到了電阻、發(fā)光二極管、光敏電阻、運算放大器、十進制加減計數器CD40110及數碼管等元器件。</p><p>　　圖1 自行設計方案電路原

9、理圖</p><p><b>　　光電發(fā)射接收電路</b></p><p>　　如圖2所示，LED正向壓降1.66V，工作電流5mA，所以選擇阻值為665Ω的電阻R1、R2為保護電阻。</p><p><b>　　圖2 光電發(fā)射電路</b></p><p>　　如圖3所示，利用光敏電阻特性，使電橋電

10、路輸出電壓變化，產生脈沖。</p><p>　　Ra為蓋黑膠布的光敏電阻Ф3系列GL3516，亮電阻為10KΩ，暗電阻為600KΩ，提供溫度補償，電阻固定為600KΩ。</p><p>　　Rb為600KΩ，Rc為10KΩ。</p><p>　　Rd為光敏電阻Ф3系列GL3516，亮電阻為10KΩ，暗電阻為600KΩ。</p><p><

11、;b>　　圖3 光電接收電路</b></p><p><b>　　放大電路</b></p><p>　　如圖4所示，放大電路利用運算放大器，使脈沖電壓放大2倍，使信號更容易被識別。</p><p>　　R5為1 KΩ，R7為2 KΩ，R8為1 KΩ。放大倍數為(R7/ R5=)2倍。</p><p>&

12、lt;b>　　圖4 放大電路</b></p><p><b>　　計數/譯碼電路</b></p><p>　　如圖5所示，電路中的計數\譯碼功能由CD40110芯片完成，兩個芯片相連可實現進、借位功能。</p><p>　　圖5 計數\譯碼電路</p><p>　　CD40110十進制可逆加減計數器/鎖

13、存器/譯碼器/驅動器，是一個功能很強大的芯片，將計數/譯碼功能都集成到了一起，能很好的實現這些功能。</p><p><b>　　顯示電路</b></p><p>　　如圖6所示，由CD40110芯片譯碼后，數碼管可以將結果顯示出來。</p><p><b>　　圖6 顯示電路</b></p><p&g

14、t;<b>　　四、標準設計方案</b></p><p>　　如圖7所示，電路包括光電發(fā)射接收電路、反相短路、信號互鎖電路、計數/譯碼/顯示電路和輔助電源電路五部分。其中Ra、Rb、Rc、Rd、Re為零歐電阻，可當做導線，作用是在焊接電路時替代飛線。</p><p><b>　　原理方框圖</b></p><p>　　如圖

15、8所示，電路各部分工作原理及作用如下。</p><p><b>　　圖8 原理方框圖</b></p><p>　　圖7 標準設計方案電路</p><p><b>　　各單元電路原理介紹</b></p><p><b>　　光電發(fā)射接收電路</b></p><

16、;p>　　如圖9所示，該部分電路采用ST168作為核心器件，當有工件經過ST168時，便會產生脈沖。</p><p>　　沒有物體經過時，ST168內部為通路，輸出為高電平。有物體經過時，輸出為低電平。</p><p>　　ST168外形如圖10所示。內部為高發(fā)射功率紅外光電二極管和高靈敏度光電晶體管，如圖11所示。</p><p>　　圖9 光電發(fā)射接收電

17、路 圖10 ST168外形圖</p><p>　　圖11底面示圖 內部原理示意</p><p><b>　　信號處理電路</b></p><p>　　如圖12所示，因為由4069芯片對信號進行反相，以便有物體經過ST168時，輸入到74LS74的是高電平。</p><p>　　如圖13所示，

18、4069為6個反相器，引腳功能如圖。</p><p>　　圖12 信號處理電路</p><p>　　圖13 4069引腳功能圖</p><p><b>　　信號互鎖電路</b></p><p>　　如圖14所示，74LS74是上升沿觸發(fā)，此芯片將由4069芯片反相后輸出的后一個信號始終封鎖在高電平。</p>

19、<p>　　如圖15所示，74LS74是雙D觸發(fā)器，引腳如圖。</p><p>　　計數/譯碼/顯示電路</p><p>　　如圖16所示，信號互鎖電路輸出的信號，經過40110芯片加減計數和譯碼后，驅動數碼管顯示。</p><p>　　圖14 信號互鎖電路</p><p>　　圖15 74LS74引腳圖</p>

20、<p>　　圖16 計數/譯碼/顯示電路</p><p><b>　　輔助電源電路</b></p><p>　　如圖17所示，利用7805芯片將9V電源轉為5V，芯片前后有兩組電容起濾波作用。</p><p>　　圖17 輔助電源電路</p><p><b>　　五、元器件清單</b>

21、;</p><p>　　如表1所示，共用到元器件23個。</p><p><b>　　表1 元器件清單</b></p><p><b>　　六、PCB布線圖</b></p><p>　　如圖18所示，用電路設計軟件Altium Designer設計原理圖并生成PCB文件后，對元器件位置及線路走向進行

22、布置，最終結果如下。</p><p>　　圖18 PCB布線圖</p><p><b>　　七、硬件制作與調試</b></p><p>　　首先在電源輸入端輸入9V電壓，然后用遮擋物依次擋住兩個反射式紅外光電傳感器，讓其產生一個高電平，反相電路輸出低電平脈沖，電路開始計數。</p><p>　　在調試中，遇到了以下問題：

23、</p><p>　　1）接通電源后，數字顯示管顯示，LED燈不亮；</p><p>　　2）工件計數器無法實現計數功能；</p><p>　　3）工件計數器只能完成減法計數，無法完成加法計數。</p><p><b>　　解決方案：</b></p><p><b>　　1）換LED燈；

24、</b></p><p>　　2）檢查電路，查看是否所有線路都連接完全，是否有引腳沒有接通；</p><p>　　3）檢查是否焊接不好，線路中有斷路情況。</p><p><b>　　八、結論與心得</b></p><p>　　這一次的電子課程設計主要分成兩大部分：電路設計部分和電路板制作部分。</p&

25、gt;<p>　　在第一部分設計電路中，我們在得知課題是雙通道計數器后，按照課程設計要求，分光電發(fā)射接收、信號處理、計數顯示三部分設計電路，在搜索可用元器件過程中，我們了解到了許多課本里沒有但很常見的元器件，這拓寬了我們的視野。在此之后，我們重新溫習了學習過的數電知識，將知道的知識應用到實際設計中，這不僅讓我們鞏固了之前的知識，也開發(fā)了我們自己的設計思維。但不足之處是我發(fā)現自己并不能很好的運用學過的知識，跟實際聯系不夠，設

26、計這樣一個簡單電路讓我感到很吃力。</p><p>　　在第二部分電路板制作時，由于學校統(tǒng)一發(fā)給我們一套電子器件，并給我們統(tǒng)一的電路圖，因此，在這一部分，我們主要是進行焊接電路的實踐。在PCB布線過程中，我們熟悉并掌握了Altium Designer的DXP部分的使用，了解了一些實際制作電路板時會存在的問題，比如：在元器件布局的時候，應把在一個電路內的元器件放在一起，盡量按照電路功能布局；在布線過程中，不能交叉導

27、線，所以會遇到有連線沒法布置的情況，這時候就需要飛線，飛線可以用導線，導線最好連在正面板上，飛線也可以用零歐電阻，能夠避免在正面板連接導線。在焊接的過程中，我們學習到了一些焊接的小技巧，比如元器件放置時要留足夠的地方，避免焊接連線部分時造成短路等，焊接也鍛煉了我們的動手能力。而且在調試的過程中，我們對于萬用表等電子儀器的運用也更加熟練，對于計數器的電路有了更深層次的了解。</p><p>　　總之，通過這一次的電

28、子課程設計，我們不僅溫習了數電知識，還學到了很多新知識，更重要的是這讓我們掌握了一些最基本的設計電路的方法，可以將理論與實際結合，這對我們以后的學習幫助很大。</p><p><b>　　九、成果圖展示</b></p><p>　　焊接電路板正面如圖19所示，背面如圖20所示。</p><p>　　圖19 焊接電路板正面</p>