题目光电计数器

题目：光电计数器主讲：马英新Email:

yxma@2023/1/111一、设计任务

设计并制作一个光电计数器装置。二、设计要求及技术指标1．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）每计数100，用灯闪烁2s指示一下；（4）LED数码管显示计数值。2023/1/1122．发挥与扩展部分（1）发光器件和光接收器件之间的距离大于2m；（2）每计数100，用灯闪烁2s指示一下，同时喇叭发出提示音；（3）设计一个倒计数器。2023/1/113三、设计流程设计要求方案比较电路设计电路仿真绘原理图器件采购硬件实现整机调试指标测试编撰报告成果答辩2023/1/114选择方案设计单元电路选择元器件计算参数画出总体电路图初稿审图仿真和实验画出正式的总体电路图电路设计过程。2023/1/115四、设计方案选择时注意事项

１．要有全局观点，抓住主要矛盾，有时局部方案为最优，但系统方案不一定是最佳的。

２．在方案选择时要考虑诸多因素，不仅要考虑方案是否可行，还要考虑怎样保证性能可靠，如何降低成本，降低功耗，减小体积等许多实际的问题。2023/1/116五、设计单元电路的一般方法和步骤１．根据设计要求和已选定的总体方案的原理框图，确定对各单电路的设计要求，必要时应详细拟订主要单元电路的性能指标，与前后级之间的关系，分析电路的构成形式。注意各单元电路之间的相互配合，输入注意各部分信号、输出信号和控制信号的关系。尽量少用或不用电平转换之类的接口电路，以简化电路结构，降低成本。2023/1/117２．拟订好各单元电路的要求后，应全面检查一遍，确定无误后方可按信号流程顺序或从难到易或从易到难顺序分别设计各单元电路。３．选择单元电路的组成形式。广泛查阅资料，从已掌握的知识和了解的各种电路中选择一个合适的电路。2023/1/118六、元器件选择

１．一般优先选用集成电路。集成电路的品种很多，选用方法一般是“先粗后细”，即先根据总体方案考虑性能、价格等因选用某种型号的集成电路。可参照下表1-1

CMOS产品TTL产品高速中速甚高速同一种功能的数字电路2023/1/119对器件性能的要求推荐器件工作频率其它要求产品种类不高（例5MHZ下）使用方便、成本低、不易损坏肖特基低功耗TTL高（例30MHZ）高速TTL较低（例1MHZ以下）功耗小或输入电阻大，或抗干扰容限大，或高低电平一致性好普通CMOS较高高速CMOS表1-12023/1/1110２．阻容元件的选择电阻的选择：（１）频率不高并需要一定功率时可用线绕电阻器（如右图）。（２）高频电路中要选用分布参数很小的非线绕电阻器（如右图）。（３）如果对电阻器无特殊要求，一般选用通用型标准系列电阻器，经济又方便。2023/1/1111电容的选择：电容器的主要技术参数标称容量和允许偏差额定工作电压绝缘电阻能量损耗使用环境温度和温度系数工作频率范围再考虑其它选用时首先考虑其次考虑2023/1/1112３．器件的选择二极管的选择：根据不同的用途选择好二极管的类型，如光敏二极管、整流二极管、检波二极管、变容二极管、开关二极管、发光二极管等。此外还要注意不同用途的二极管对哪些参数要求严格。2023/1/1113七、审图注意事项１．从全局出发，检查总体方案是否合适，有无问题，是否有更佳方案。２．检查各单元电路是否正确，电路形式是否适。３．模拟电路各电路之间的耦合方式有无问题，数字电路各单元电路之间的电平、时序等配合有无问题，逻辑关系是否正确，是否存在竞争冒险。2023/1/1114４．检查电路中有无繁琐之处，是否可简化。５．根据图中所出的各元器件的型号、参数，验算能否达到性能指标，有无恰当的裕量。６．要特别注意检查电路图中各元器件工作是否安全，是否工作在额定值范围内。７．解决所发现的全部问题后，若改动较多，应复查一遍。2023/1/1115八、总体方案设计根据电子系统任务要求，可以考虑多种设计方案，权衡各方面的利弊，并从中选择一种方案实施。考虑的因素诸如：抗干扰能力；元器件的来源、价格、体积大小及性能；设计工作量；以往在这方面的经验和熟悉程度。关键任务回顾：(1)光的发射与接收；(2)根据接收到的光信号变化进行自动计数。2023/1/1116１.方案一光源光接收信号处理计数显示图1方案一电路系统框图(1)方案一电路系统框图2023/1/1117（２）方案一工作原理在实际的啤酒等灌装生产线上，当瓶子从光源和光接收器之间通过时，通过光电转换将光的变化转换成输出电压的变化，把输出电压的变化转换成计数脉冲后，就可以实现自动计数。（３）方案一的特点全部功能通过硬件实现，不需编程。2023/1/1118（４）方案一主要参考元器件红外发送接收器件、555定时电路、7400四2输入与非门、74160计数器、7447显示译码器、共阳极七段数码管、三极管、发光二极管、电阻、电容等。2023/1/11195毫米高效率红外发射LED

1.3V20毫安发射10米光敏二极管2CU2023/1/1120LED数码管2023/1/1121可编程逻辑器件2023/1/1122语音提示模块2023/1/1123２.方案二(1)方案二电路系统框图光源光接收可编程逻辑器件数码显示图2方案二电路系统框图2023/1/1124（２）方案一工作原理在实际的啤酒等灌装生产线上，当瓶子从光源和光接收器之间通过时，通过光电转换将光的变化转换成输出电压的变化，经过可编程逻辑器件实现自动计数。2023/1/1125（３）方案二的特点系统由软硬件共同实现，通过编程可随意增加功能，控制灵活。（４）方案二主要参考元器件红外发送接收器件、可编程逻辑器件、数码管、发光二极管等。2023/1/1126调试过程是发现错误、改正错误的过程。能够越早地发现错误，纠正它的代价就越小。错误可以分为：系统方案错误；系统设计错误；系统实现错误。

系统方案错误是致命的，如果在制作后期才发现它，几乎就没有挽救的办法。为避免方案错误，在设计前要进行周密的方案论证。这时要查找大量的文献资料，必要时开发部分原型或进行计算机模拟。九、调试2023/1/1127

系统设计错误通常意味要对物理线路作较大的改动。一是使用计算机对电路进行模拟，例如验证滤波器的特性，而且模拟的结果为物理线路的调试提供了参考依据。另一个是使用可编程逻辑器件，如GAL，这样在发现错误时只要重新改变编程，不需要做大的改动。

例如，器件选择错误，在高速应用中使用了低速器件；元件参数计算错误，以致达不到预定的指标。这些都是设计上的错误。在这里采用两种手段来减少设计错误，或减少设计错误造成的影响。2023/1/1128

系统实现错误主要是器件接线错误或工作点设置错误。查找实现错误时可以根据模拟的结果进行对