电工电子技术课程设计---红外自动计数的模拟装置

1、景德镇陶瓷学院题目：红外自动计数的模拟装置班级：10机设（2）班学号：201010310206姓名：吴良辰指导：张老师时间：2012.06.042012.06.10景德镇陶瓷学院电工电子技术课程设计任务书姓名：吴良辰 班级： 10机设（2）班 指导老师：张老师设计课题：红外自动计数的模拟装置设计任务与要求查找一个感兴趣的电工电子技术应用电路，要求电子元件超过3050个或以上，根据应用电路的功能，确定封面上的题目，然后完成以下任务：1. 分析电路由几个部分组成，并用方框图对它进行整体描述；2. 对电路的每个部分分别进行单独说明，画出对应的单元电路，3. 分析电路原理元件参数、所起的作用、以及与其

2、他部分电路的关系等等；4. 用简单的电路图绘图软件绘出整体电路图，在电路图中加上自己的班级名称、学号、姓名等信息；5. 对整体电路原理进行完整功能描述；6. 列出标准的元件清单；设计步骤1、 查阅相关资料，开始撰写设计说明书；2、 先给出总体方案并对工作原理进行大致的说明；3、 依次对各部分分别给出单元电路，并进行相应的原理、参数分析计算、功能以及与其他部分电路的关系等等说明；4、 列出标准的元件清单；5、 总体电路的绘制及总体电路原理相关说明；6、列出设计中所涉及的所有参考文献资料。设计说明书字数不得少于3000字。参考文献【1】 王港元主编. 电工电子实践指导m.南昌：江西出版集团，江西科

3、学技术出版社，2009【2】 秦曾煌,姜三勇,电工学 电子技术（第七版 下册）m.北京：高等教育出版社,2011【3】 黄智伟 全国大学生电子设计竞赛常用电路模块制作m.北京：北京航空航天大学出版社，2011目录1、 前言.42、 总体方案与原理说明. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .53、 桥式整流电路. . . . . . . . . . . . . . . . . . .64、 滤波稳压电路. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4、 . . . . . . . . . . . . .75、 vdt红外发射，接收电路. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .86、 光耦4n25电路 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97、 脉冲振荡器.108、 cd40110十进制加减计数器锁存七段129、 led数码管1310、 总体电路原理相关说明. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5、 . . . . . . 1511、 总体电路原理图. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1612、 元件清单. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1713、 参考文献. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1814、 设计心得体会. . .

6、 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191. 前言现在是夏天了，天气真的很热。冷饮是很受欢迎的，绿茶，可乐，雪碧等，不知道大家知不知道，冷饮是整箱打包运输的。在庞大的生产车间，不可能是人工数瓶子在打包，那样效率太低了。现在设计、制造能够模拟饮料易拉罐自动计数且数显计数量的装置。成产单位常采用如下红外自动计数装置，将装有饮料的易拉罐放在穿过红外发射、接受系统，形成计数脉冲，然后计数脉冲电路加工、计数，在数显易拉罐计数结果，就知道其生产量。由于工厂的设备比较复杂。我们只能模拟。我们可以讲红外发

7、射、接受系统安装在万用板上，二者保持1cm以上的距离。用卡片（vip ，身份证等）先插入随即抽出红外发射、接收系统中。卡片的一进一出表示有易拉罐一个一个地穿过红外线，于是在电路上同样可形成计数脉冲。要求：模拟装置接入电源，电源指示灯（绿灯）亮。手动清零，显示“0 0”。模拟易拉罐传动形成计数脉冲，计数脉冲指示灯（黄灯）闪亮。随着模拟易拉罐穿过红外收、发系统的次数渐增，显示器依次显示01，02，03，.20。一旦计数达20，计数脉冲脉冲形成电路便停止工作。此后没有计数脉冲输出，计数脉冲指示灯不在闪亮，显示器也停止在“20”，无论红外系统内有否物件穿插，始终显示“20”不变，表示此时4计满一箱。要

8、继续计数，必须先清零，显示“0 0”，方可开始新一轮计数，知道显示“20”表明又计满一箱。必须能如此往复工作。2. 总体方案与原理说明现在看看作品设计总体方案直流稳压电源7809整流/滤波市电 /降压数码显示十进制加减计数器所存七段cd40110脉冲振动器光耦合器件4n25vdt红外发射，接收系统图01 方案框图我们知道在工农业生产和科学实验中，主要采用交流电，但是在某些场合，如我们的电子线路和自动控制装置中就要用电压非常稳定的直流电路。在此，就有要降压，把交流电整流成直流电，但还是不稳定 ，此时要三端集成稳压器7809. 有了稳定的电压之后。通过红外发射和接收脉冲和光耦合器件，接收到脉冲经过

9、以及三极管的处理之后。这种脉冲是不能被led数码管所接收，十进制加减计数器所存七段 cd40110就派上用场了。有东西在vdt红外发射，接收系统通过时 ，我们就能在数码管上看到显示的数字。这就是该方案的设计思路。3. 桥式整流电路现在我们来看看in4007。电压, vrrm:1000v 电流, if平均:1a 正向电压vf最大:1.1v 电流, ifs最大:30a 封装形式:do-41 针脚数:2 器件标记:1n4007 封装类型:do-41 总功率, ptot:2.5w 正向电压,于if:1.1v 电流, ifsm:30a。特性：正向导通电压降低，导通电流高，泄露电流低，过载电流高，成本低。

10、图02 in4007的封装图03 桥式整流电路220v市电经过220v/12v变压器t降压。在变压器二次电压u的正半周时，其极性为上正下负，即二极管和导通，和截止，这时，负载上得到一个半波电压。在变压器二次电压u的负半周时，其极性为上负下正，即二极管和截止，和导通，这时，负载上得到一个半波电压。这就是整流电路。4. 滤波稳压电路图04 滤波稳压电路这地方最引人注目的是那个集成芯片，从图中我们知道它代号w7809，它是w78 系列（输出固定正电压），它们有输入（i）、输出（o）和地（gnd）或调整（adj）三个端子，故称为三端集成稳压器。图05 w7809的稳压电路使用时只须在其输入端和输出端与

11、地端之间个并联一个电容即可。输入和输出电压相差不得小于2v,一般在5v左右。对于滤波电容的选取，我们一般要求：rlc（35）/2，式中，t是u的周期。在这我还要介绍发光二极管。普通发光二极管当给这种二极管加23v正向电压，只要有正向电流通过时，他就能能会发出可见光，通常有红光，黄光，绿光，蓝光，紫外光等，由于光具有能量的，不同的色光能量所需电压也是不同的。如红光时最低需1.6v、发绿光时需要1.8v 、发蓝光是需3v。发光二极管工作电压低、电流小、发光稳定、体积小，广泛用于收录机、音响设备以及仪器仪表等工业产品中。发光二极管可以用直流、交流、脉冲等电源驱动点燃。直流驱动线路，图中r为限流电阻。

12、改变r的阻值大小，可以改变发光管的工作电流，从而调整发光管的亮度。同时能防止发光二极管因工作电流过大而烧毁。的数值公式估算：（e-uf）/if 式中e：电源电压 ，uf：发光二极管的正向压降，if：工作电流 在本设计中r=（12-2）/0.25=400 在此为了安全，可以取4k7图06 led的限流电阻选取5. vdt红外发射，接收电路这是一个比较很关键的部分，红外发光二极管，常用的红外发光二极管（如se303.ph303)，其外形和发光二极管led相似，发出红外光。管压降约1.4v，工作电流一般小于20ma。为了适应不同的工作电压，回路中常常串有限流电阻（在该电路中是用4k7限流的）。 红外

13、接收管就是将光信号（不可见光）转换成电信号一般是接收、放大、解调一体头，红外信号经接收管解调后，数据 “0”和“1”的区别通常体现在高低电平的时间长短或信号周期上，单片机解码时，图07 红外发射，接受电路通常将接收头输出脚连接到单片机的外部中断，结合定时器判断外部中断间隔的时间从而获取数据。重点是找到数据“0”与“1”间的波形差别。 红外线接收管是将红外线光信号变成电信号的半导体器件，它的核心部件是一个特殊材料的pn结，和普通二极管相比，在结构上采取了大的改变，红外线接收管为了更多更大面积的接收入，电流则随之增大，红外接收管分两种，一种是二极管，一种是三极管。特点：快速响应时间 灵敏度比较高

14、小结电容 环保红外接收管是一个高速度和高灵敏销光电二极管在一个标准的3塑料包装。该设备是可见光和红外光谱匹配，一般都是配对于红外发射管使用。6. 光耦4n25电路由英国埃索柯姆(isocom)公司、美国摩托罗拉公司生产的4n系列(如4n25 、4n26、4n35)光耦合器，目前在应用地十分普遍。光电偶合器件（简称光耦）是把发光器件（如发光二极体）和光敏器件（如光敏三极管）组装在一起，通过光线实现耦合构成电光和光电的转换器件。当电信号送入光电耦合器的输入端时，发光二极体通过电流而发光，光敏元件受到光照后产生电流，ce导通；当输入端无信号，发光二极体不亮，光敏三极管截止，ce不通。对于数位量，当输

15、入为低电平“0”时，光敏三极管截止，输出为高电平“1”；当输入为高电平“1”时，光敏三极管饱和导通，输出为低电平“ 0”。若基极有引出线则可满足温度补偿、检测调制要求。图08 光耦工作原理7. 脉冲振荡器图09 脉冲振荡器555ne555的特点有： 1.只需简单的电阻器、电容器，即可完成特定的振荡延时作用。其延时范围极广，可由几微秒至几小时之久。 2.它的操作电源电压范围极大，可与ttl，cmos等逻辑电路配合，也就是它的输出准位及输入触发准位，均能与这些逻辑系列的高、低态组合。 3.其输出端的供给电流大，可直接推动多种自动控制的负载。 4.它的计时精确度高、温度稳定度佳，且价格便宜。5.静态

16、电流 最大值 vcc = 5 v, rl = =6ma vcc =15 v, rl = =15mane555是一种应用特别广泛作用很大的的集成电路，属于小规模集成电路，在很多电子产品中都有应用。ne555的作用是用内部的定时器来构成时基电路，给其他的电路提供时序脉冲。ne555时基电路有两种封装形式有，一是dip双列直插8脚封装，另一种是sop-8小型（smd）封装形式。其他ha17555、lm555、ca555分属不同的公司生产的产品。内部结构和工作原理都相同。ne555的内部结构可等效成23个晶体三极管.17个电阻.两个二极管.组成了比较器.rs触发器.等多组单元电路.特别是由三只精度较高

17、5k电阻构成了一个电阻分压器.为上.下比较器提供基准电压.所以称之为555. pin 1 (接地) -地线(或共同接地) ，通常被连接到电路共同接地。 pin 2 (触发点) -这个脚位是触发ne555使其启动它的时间周期。触发信号上缘电压须大于2/3 vcc，下缘须低于1/3 vcc 。 pin 3 (输出) -当时间周期开始555的输出输出脚位，移至比电源电压少1.7伏的高电位。周期的结束输出回到o伏左右的低电位。于高电位时的最大输出电流大约200 ma 。 pin 4 (重置) -一个低逻辑电位送至这个脚位时会重置定时器和使输出回到一个低电位。它通常被接到正电源或忽略不用。 pin 5

18、(控制) -这个接脚准许由外部电压改变触发和闸限电压。当计时器经营在稳定或振荡的运作方式下,这输入能用来改变或调整输出频率。 pin 6 (重置锁定) - pin 6重置锁定并使输出呈低态。当这个接脚的电压从1/3 vcc电压以下移至2/3 vcc以上时启动这个动作。 pin 7 (放电) -这个接脚和主要的输出接脚有相同的电流输出能力，当输出为on时为low，对地为低阻抗，当输出为off时为high，对地为高阻抗。 pin 8 (v +) -这是555个计时器ic的正电源电压端。供应电压的范围是+4.5伏特(最小值)至+16伏特(最大值)。图10 ne555的引脚图 参数功能特性： 供应电压

19、4.5-18v 供应电3-6 ma 输出电225ma (max) 上升/下的时间100 ns图11 555的内部原理图8. cd40110十进制加减计数器锁存七段图11 40110译码显示ic3与ic4与数码管组成显示电路，40110 为十进制可逆计数器/锁存器/译码器/驱动器，具有加减计数，计数器状态锁存，七段显示译码输出等功能，并能直接驱动小型七段led数码管，其逻辑见表图12 cd40110引脚图r（5脚）为清零端，r1时，计数器异步清零。 cp为时钟端，cpu（9脚）为加法计数时钟，cpd（7脚）为减法计数时钟。qco（10脚）加计数进位输出，qbo（11脚）减计数借位输出。tb（4脚

20、）为触发器使能端，te0时，计数器工作，te1时，计数器处于禁止状态，即不计数。le（6脚）为锁存控制端，le1，显示数据保持不变，但它的内部计数器仍正常工作。a，b，c，d，e，f，g（1，15，14，13，12，3，2脚）为信号输出端，与七段显示器连接。图13 逻辑图图14 cd40110逻辑功能表9. led数码管将多只led的阴极连在一起即为共阴式，而将多只led的阳极连在一起即为共阳式。以共阴式为例，如把阴极接地，在相应段的阳极接上正电源，该段即会发光。当然，led的电流通常较小，一般均需在回路中接上限流电阻。假如我们将b和c段接上正电源，其它端接地或悬空，那么b和c段发光，此时，数

21、码管显示将显示数字“1”。而将a、b、d、e和g段都接上正电源，其它引脚悬空，此时数码管将显示“2”。 图15 led内部图解10. 总体电路原理相关说明关于电路的总体设计，综合运用电工技术，电子技术课程（数电、模电）中的所学到的理论知识来完成。可以从总体的电路图可以看见，电路可以划分几个模块，其实这也是在电路设计时的一种技能，摆在面前的庞然大物，我们可以把它拆分成几小块，各个击破。向220v的交流电压，我们要设法让它降压，降到适合自己实验的电压值，这就很容易想到高中物理所学的表压器原理。虽然是降压了，电子电路是要直流的。在运用到二极管的单向导通性，可以整流。整流之后，像那些高频电压是有干扰电

22、路的。设法要把它过滤掉，这正好就用到我们的电工学的第18章的直流稳压源。发生信号的和接收信号的是核心之所在。通过卡片的遮挡，让该电路产生脉冲。脉冲进入到ne555中，计数脉冲发生器，最长见的多谐振荡器是用555，它电路结构简单、性能良好。有了计数脉冲还得有这个cd40110十进制加减计数器锁存七段。有了它还是没显示的，题目是让我们有显示，这是led数码管就是可以用上了。这地方还有一个手动清理的按键，就是电路图最下面的那个。这测试的时候注意安全尤其是市电220接到变压器处要用绝缘胶布隔开，还是大电容是有极性的，不要接反了，那样会爆炸的。在实际操作时，一定要反复是检查。11. 总体电路原理图12.

23、 元件清单commentdescriptiondesignatorfootprintlibrefquantityfull wave diode bridgee-bip-p4/d10bridge114n254-pin phototransistor optocoupler1dip-4optoisolator11transtransformerbtranstrans1polarized capacitor (radial)c2, c4rb7.6-15cap pol12capacitorc3rad-0.3cap1polarized capacitor (radial)crb7.6-15cap pol

24、11dpy blue-ca14.2 mm general purpose blue 7-segment display: ca, rh dp, gray surfaceds?leddip-10/c15.24rhddpy blue-ca2fuse 1fusefupin-w2/e2.8fuse 117805ic1780578051555定时器555定时器ic2555定时器555140110ic3, ic4dip 16dip 162led2, vdt发光二极管led2resistorr1, r2, r3, r4, r5, r6, r7, r8, r9, r10, r11axial-0.4res211

25、res 可调rp, rp2res 可调res 可调2swsw？swsw1三极管 npn三极管npn三极管 npn1led发光二极管绿发光二极管led113.参考文献【1】 王港元主编. 电工电子实践指导m.南昌：江西出版集团，江西科学技术出版社，2009【2】 秦曾煌,姜三勇,电工学 电子技术（第七版 下册）m.北京：高等教育出版社,2011【3】 黄智伟 全国大学生电子设计竞赛常用电路模块制作m.北京：北京航空航天大学出版社，2011【4】 刘小伟, 刘宇, 温培和编著altium designer 6.0电路设计实用教程m北京：电子工业出版社，2009【5】 张义申，陆坤等.电子设计技术m.西安：电子科技大学出版.1996【6】 李景宏，马学文.电子技术实验教程m.沈阳：东北大学出版