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1、电子技术课程设计实 验 报 告光电计数器指导教师:李维敏学生姓名班级学号 通信0902 通信0902 通信0906日期：2011年12月20日星期二评语： 指导教师签字： 日期：组员照片作品照片作品照片作品照片目 录一、设计任务书.3二、设计框图及电路系统概述.3三、各单元电路的设计方案及原理说明.4四、调试过程及结果分析.11五、设计、安装及调试中的体会.11六、参考文献.13 光电计数器一、 设计任务书1实验目的掌握非电量测量系统的工作原理，学习传感器知识。掌握 555 时基电路构成单稳态触发器、多谐振荡器的设计方法。掌握数字电路计数、译码、显示系统的工作原理及设计方法。 2设计要求2.1
2、基本部分1、发光器件和光接收器件之间的距离大于1m；2、有抗干扰技术，防止背景光或瓶子抖动产生误计数；3、最大计数值为99； 4、每计数满10，用灯闪烁2s指示一下；5、 数码管显示计数值；6、工作电源为220V交流电。 2.2发挥部分1、可上电自动复位和外部手动人工复位； 2、高位为零时，采用灭零处理； 3、发光器件和光接收器件之间的距离大于2m； 4、每当计数值满10时，灯闪烁的同时喇叭发出提示音（音频为500-1000Hz之间）； 5、设计一个倒计数器。二、设计框图及电路系统概述 本方案的计数部分主要采用的是十进制加减计数器 74LS190。故可实现扩展功能中的倒计数功能。电路的基本原理
3、是将红外接受装置接入 74LS190 芯片，由瓶子的走向来决定是加法计数还是减法计数。红外传感器采用直流供电，接收对管判断是否有物体通过光电门，并且当物体通过光电门时输出一个高电平，触发后面的加法计数器，使其加一，为简单起见，计数器为一组BCD码输出，输出由BCD-七段数码管译码器译码，输入至数码管显示。使用两组BCD码，使计数范围加大，实现一百以内的计数。由于要要实现拓展功能，即：每当计数值达到 10时，灯闪烁的同时喇叭发出提示音（音频为 500-1000Hz 之间），于是采用两片 NE555，一片来产生方波，另一片在计数到达10之后接收 74LS190 产生的高电平信号，来产生 2s 的单
4、稳态，与方波信号调制以后控制 LED 闪烁，蜂鸣器发声。蜂鸣器发声的频率和 LED 闪烁的频率理论上应该是一样的，实验的基本思路如下图所示： 三、各单元的设计方案及原理说明1直流电源在电子电路中，通常需要电压稳定的直流电源供电，小功率稳压电源一般是由电源变压器、整流、滤波和稳压四部分组成的。 1电源变压器：电源变压器的作用是将电压220V的交流电压转换成整流滤波电路所需的低电压。 2整流电路：整流电路一般由具有单向导电性的二极管构成，经常采用单相全波和单相桥式整流电路。如图所示的整流电路为应用广泛的桥式整流电路。电路中采用了 4 个二极管，组成单相桥式整流电路。整流过程中，4 个二极管轮流导通
5、，无论正半周还是负半周，流过负载的电流方向是一致的，形成全波整流，将变压器输出的交流电压变成了脉动的直流电压。 3滤波电路：在整流电路的输出端并联电容即可形成滤波电路。加入电容滤波电路后，由于电容是储能元件，利用其充放电特性，使输出波形平滑，减少脉动成分，以达到滤波目的。为了使滤波效果更好，可以选择容量大的电容为滤波电容。因为电容的放电时间常数越长，放电过程越慢，脉动成分越少，同时使得电压更高。 4稳压电路：经过滤波后输出的直流电压仍然存在较大纹波，而且交流电网电压容许有10%的起伏，随着电网电压的起伏，输出电压也会随之变动。此外，经过滤波后输出的直流电压也与负载的大小有关，当负载加重时，由于
6、输出电流能力有限，使得输出的直流电压下降。因此，当需要稳定的直流电源时，在整流、滤波电路后通常需要配有稳压电路。5红外发光器件和光接收器件这部分由集成红外传感器组成，当发光器件和光接收部分对准后，有物体挡光时，光接收器件输出高电平。2 输入部分我们信号的产生装置直接使用从市场购买的的光电传感器。该设备为对射型光电传感器，发光器和收光器是分离开的这样可以实现较远距离的检测。使用时把发光器和接收器分别装在检测物通过的路径两侧，检测物通过时阻挡光路，收光器就动作输出一个开关控制信号。我们将产生的这个信号作为计数信号接入计数电路。方波发生器也是由 NE555 构成，本质上是一个多谐振荡器。由 NE55
7、5 组成的振荡电路产生任意频率可调的方波信号。频率由电阻及电容的值来控制。具体频率、周期的计算见后。方波发生器图如下：3单稳态部分： 用 NE555 组成的单稳态电路产生一个持续时间为 2S 的高电平脉冲，用于供给LED 灯闪烁及蜂鸣器蜂鸣。电路由计数电路的第二片 190 在计数从 99 到 100 时产生的一个下降沿触发。单稳态电路如下：4显示部分： 译码是编码的逆过程，译码器的功能与编码器相反，它将具有特定含义的不同二进制代码辨别出来，翻译成对应的输出信号。译码器也分成3类，二进制译码器如38线译码器74LS138。二十进制译码器可实现各种代码之间的转换，例如74LS145。显示译码器，用
8、来驱动各种数字显示器，如共阳极数码驱动器74LS47。图4：74LS47译码器/驱动器外引线排列*工作原理74LS47是驱动共阳极数码管的译码驱动器。其外引线排列如图4所示。为了直接驱动指示灯，74LS47的输出是低电平作用的，即输出为0时，对应字段点亮；输出为1时，对应字段熄灭。A、B、C、D接收二进制码输入，的输出分别驱动7段一码管的a、b、c、d、e、f和g段。译码管有4个使能端，灯测试输入、静态灭灯输入，动态灭零输入、动态灭零输出。当接低电平是，译码器各段输出低电平，数码管7段全亮，因此可利用此段输入低电平对数码管进行测试。是动态灭零输入使能端，当=1，=1，=0时，如果输入数码DCB
9、A=0000，译码器各段输出均为高电平，数码管不显示数字（但输入其它数码，数码管仍显示），并且灭零输出为0。利用端，可对无意义的零进行消隐。是静态灭灯输入使能端，它与动态灭零输出共用一个输出端，当=0，不论DCBA为何状态，译码器各段输出均为高电平，显示器各段均不亮，利用可对数码管进行熄灭或工作控制。是动态灭零输出端，当=0、=0，、DCBA=0000时，且=0表示译码器处于灭零状态。端的设置主要用于多个译码器级联时，对无意义的零消隐。功能表如表二所示。74LS190管脚如图：功能表电路由两片 74LS190 级联构成，74LS190 是两位十进制可加减计数器。74LS190为可预置十进制同步
10、加减计数器，其功能表见表。其预置是异步的，当置入控制端为低这部分电电平时，不管时钟端CP状态如何，输出端即预置成与数据输入端相一致的状态。其计数是同步的，靠CP同时加在四个触发器上而实现的。当计数控制端为低电平时，在CP上升沿作用下同时变化，从而消除了异步计数器中出现的计数尖峰。当计数方式控制为低电平时进行加计数；当为高电平时进行减计数。只有在CP为高电平时和才可以跳变。其有超前进位功能，当计数上溢或下溢时，进位/借位输出端输出一个宽度等于脉冲周期的高电平脉冲；行波时钟输出端输出一个宽度等于CP低电平部分的低电平脉冲。；利用端可级联成N位同步计数器。当采用并行时钟控制时，则将接到后一级；当采用
11、并行控制时，则将接到后一级CP。当/D 端为高电平时，执行倒计数；当/D 为低电平时，执行加计数。当/D 为低电平时，执行加计数。/D 端也需要接一个红外接收器，并使/D 端的红外光与时钟端的红外光平行。当物体遮住/D端的红外光同时离开时钟端的红外光时，就会倒计数；当物体离开时钟端的红外光，而未遮住/D 端的红外光时，就执行加计数。这样，当物体从不同方向通过时就会加计数或倒计数。5原理说明5.1变压器的选择为保证电压器在电网能力低是能处于稳压状态,要求:式中是稳压器的最小输入输出压差，典型值为 3V。按一般电源指标的要求，当输入交流电压220V 变化10%时，电源应稳定。所以稳压电路的最低输入
12、电压，设计的电源电压，所以最后稳压器要输入的电压，即变压器的输出电压。5.2 二极管闪烁频率频率、蜂鸣器发生频率的计算：该电路是为了实现每计数10，用灯闪烁2S指示一下功能而设计的。根据计数电路介绍，当低位计数器由9回转向0时，RCO输出端将输出一个下降沿，因此可以用此信号来触发满十报警电路。将该信号进行微分后，得到一个短暂的负向脉冲，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。根据单稳态、方波电路周期的计算，可以得到二极管闪烁频率以及蜂鸣器发生的频率。计算步骤如下：方波周期： 单稳态输出高电
13、平时间：二极管闪烁频率：方波的输出经过一个26得到的周期为：闪烁频率： 说明在2.2s内灯闪烁24次左右。蜂鸣器发生频率满足实验500 1000Hz的要求。四、调试过程及结果分析板子焊接的还算顺利，花费时间不算多。但是焊接出来的结果却不是让人满意的，调试过程很艰辛。一开始各种错误都有，技术部分虽然很快就搞定了，但是中心环节每十个数灯闪和蜂鸣器响都是问题，毕竟都是按照原来来做的，为了保证周期频率，特地焊接了几个滑动变阻器作为调节，但依旧难以去实现。为解决灯不闪的问题，发现应从低位74LS190的进位端接到单稳态的555上，结果当计数满10时，灯会闪一下，但是蜂鸣器依旧不响。其实这个实验整体上的思路比较清晰，又遵从他人意见把各个部分单独仿真，单独焊接，这样可以分别检查错误。输入部分和显示部分能够很快完成也归功于此。元件清单5553红外对射传感器一套数码管2蜂鸣器174LS190 2三极管274LS081变压器174LS472开关4电容，电阻若干发光二极管1五、设计安装及调试中的体会 六、参考文献1侯建军 电子技术基础实验综合设计实验与课程设计M 高等教育出版社 2007.10
