光电计数器设计报告.doc

光电计数器设计报告电子课程设计报告题目名称: 光电计数器姓 名: 刘晨亮专 业：电子信息工程班 级: 020412班学 号: 02041236同 组 人: 眭毅指导老师: 杨素华南昌航空工业学院电子工程系2005-2-25摘要本次设计以红外发光二极管和接收管构成光电传感器,每次触发产生的信号传给由十进制加减数/译码/锁存/驱动器集成电路CD40110组成的计数电路进行计数。当计数超过999时输出信号到由74LS74芯片组成的报警电路发出溢出报警。本次设计所实现的是0999范围的计数，能在超出最大值后溢出报警。采用的技术和方法还可用于工厂中的半自动和自动生产线上等需要进行自动计数的地方。关键词： 计数器 报警电路 译码器 目录前言3第一章 系统的组成与结构1.1 系统结构图4第二章 硬件电路设计2.1 光电传感部分52.2 计数电路6 2.2.1计数及显示电路6 2.2.2 施密特触发器72.3 报警电路8第三章 试验结果与分析3.1 试验结果93.2 试验分析9结论10参考文献11附录12前言自动化的计数提高了工业生产上的效率以及准确性，计数的自动化和智能化最终能加速实现现代化的工业。随着生产自动化、设备数字化和机电一体化的发展,对光电计数器的需求日益增多。光电计数器设计一方面是为了巩固课本所学知识，完成知识迁移，另一方面加强动手能力，识图能力及设计能力。光电计数器在实际生产中已经得到了广泛的应用。在应用中，光电传感器部分主要有光电断路器和光电开关，但在工业生产中主要使用的是光电开关，计数电路有CD系列芯片组成的，也有74系列芯片组成的，实际功能差别不大。 基本设计要求：本次设计光电计数器，要求使用红外发光二极管、红外接收管，实现计数功能，能在设定值报警，可以手动清除报警。提高设计要求：要求光电发射级与接收级有1米以上的间距，能有较强的抗干扰性。能在报警后自动关闭报警并自动重新计数等。第一章 系统的组成与结构11系统结构图 如图1.1所示光电传感电路计数电路报警电路图1.1光电计数器系统结构图整个光电计数器系统是由光电传感电路、计数电路、和报警电路三个部分组成的。光电传感电路把被计数的物体的变化转换成电信号，由计数电路计数，当达到设定的报警数值后，报警电路发出报警。第二章 硬件电路设计2.1 光电传感部分 如图2.1所示图2.1光电传感器由红外发射管发出红外信号，红外接收管接收到红外信号使接地支路导通。当红外信号被阻挡时，接地支路阻断，由于电压变化，电路向CP端输出一个脉冲。当电路报警后，按下按钮开关，向CD40110清零端发出信号对计数电路进行清零。2.2 计数电路2.2.1计数及显示电路如图2.2.1所示图2.2.1计数电路CD40110开始计数。CD40110是十进制加减数/译码/锁存/驱动器集成电路。在芯片内部完成译码后由数码管显示，由个位到百位依次进位，最后计数到999后IC3的Q端向报警电路发出计数溢出信号。2.2.2 施密特触发器如图2.2.2图2.2.2施密特触发器74LS14芯片为六倒相器(施密特触发)。施密特触发器是一种特殊的门电路，与普通的门电路不同，施密特触发器有两个阈值电压，分别称为正向阈值电压和负向阈值电压。在输入信号从低电平上升到高电平的过程中使电路状态发生变化的输入电压称为正向阈值电压，在输入信号从高电平下降到低电平的过程中使电路状态发生变化的输入电压称为负向阈值电压。正向阈值电压与负向阈值电压之差称为回差电压。普通门电路的电压传输特性曲线是单调的，施密特触发器的电压传输特性曲线则是滞回的。由光电传感电路向CP端发出信号，信号经过施密特触发器（74LS14）整形后（如图3.2），波形稳定，防止计数不稳，再输入CP端。 2.3报警电路如图2.3所示图2.3 报警电路74LS74为双D触发器，为上升沿触发，故又称之为上升沿触发器的边沿触发器，触发器的状态只取决于时针到来前D端的状态。报警电路是由74LS74组成的D触发器和喇叭组成的。溢出信号进入是的D触发器翻转，电路导通，喇叭开始报警。第三章 实验结果与分析3.1实验结果完成后电路通电，通过阻挡红外发射与接收管之间的信号来触发光电传感电路，计数电路由001开始逐个进位，当超过999后，报警电路的喇叭发出蜂鸣报警声，能够实现溢出报警。实验基本达到要求。3.2实验分析在调试电路过程中出现了计数不稳定的现象，例如个位上计数时会从1直接进位至4，还有百位上有时7、8两个数字交替显示等。分析可能是发出的CP信号不稳定，就加上了施密特触发器对CP信号进行整形。情况有所好转，但数字有时仍然会跳。再分析后，认为可能是CD40110芯片有问题，可更换后问题依旧。最后经过对CD40110的分析，发现数字往大跳跃进位可能是信号不好，但减位应该是芯片的减数计数端出了问题。在把减数计数端接地后问题解决。在调试过程中，在检查数码管时，由于加电过高，把两个码管的G管烧了。在报警电路上本来设计了开关来清除报警，但后来发现这个开关有可能导致电路短路，由于之前设计了多个失败的报警电路，时间不足，就去掉了此开关。之前失败的报警电路多由于对Q端发出的信号太弱而失败。结论通过这次课程设计，学到了不少的经验和教训。不仅对课堂所学知识，比如部分芯片的使用方法，理论值与实际值的差别等，还提高了对简单的数字电路的设计能力。设计时应该先完全领会要求再去动手，不能急躁。更重要的是学到了科学试验中的所需的毅力与耐心。知道了有科学的态度才能完成科学的试验。计数电路中由于对CD40110的不熟悉走了弯路。而且该电路抗干扰能力比较差，在周围有红外装置时会出现较大误差。这个电路基本符合了前言里的要求，但没有设计成可任意设定值报警，只能溢出报警。由于设计失误没有能实现手动清除报警。参考文献【1】陈永甫. 红外辐射 红外器件与典型应用.北京.电子工业出版社.2004.6【2】王毓银. 数字电路逻辑设计.北京.高等教育出版社. 2001.1【3】张永瑞，刘振起，杨林耀，顾玉昆 . 电子测量技术基础.西安.西