光电计数器-实验报告

电子系统课程设计设计题目：光电计数器作者：指导教师：光电计数器实验报告工业生产中常常需要自动统计产品的数量，数字式电子计数器有直观和计数精确的优点，目前已在各种行业中普遍使用。本次设计的光电计数器采用光电传感器与计数器实现对物件的数目统计。光电式传感器是将光信号转化为电信号的一种传感器。我们采用的传感器为红外光电传感器。一、设计内容及要求设计并制作一个光电计数器装置。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。2．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。二、设计方案1.基本思路我们的设计思路是将基本部分与发挥部分统筹考虑，进行方案设计。第一、光信号的采集，光能否被接收会产生不同的信号，将其转换成高低电平；第二、计数器记录高低电平的变化，实现计数功能；第三、计数器计满后，输出信号通过单稳态触发器，产生2秒延时，同时驱动相应的蜂鸣器电路与LED电路。2.器件选择计数器：由于计数要求为100，且可以倒计数，我们选择了74LS190计数器，其计数方式为模10的8421BCD码计数。对射管：74LS190为上升沿计数，因而我们选用使用广泛的红外对射管，光路断开时，输出低电平；光路建立时，输出高电平。一个上升沿恰好对应一次计数。此外，它还有集成度高，使用灵活，输出电平稳定等优点。数码管：我们选用的是8段共阳数码管。显示译码器：由于计数器输出为8421BCD码，且数码管为共阳，因此我们选用74LS47。555定时器：由于在计满数后，进位端产生低电平，且要求在两秒内驱动提示电路，因此我们采用被广泛使用的NE555定时电路，用作单稳态触发器。发光二极管：设计要求为发光二极管闪烁2秒，我们有2种设计方法。第一，用2片555，一片用作定时2秒的单稳态触发器，另一片用作方波发生电路，将二者通入与门电路得到时长为2秒的方波，使用的LED为常亮型；第二，用一片555，只用作单稳态触发器，使用的LED为自闪烁型。综合考虑电路复杂度、成本等方面，我们选用自闪烁型的LED。蜂鸣器：使用蜂鸣器用来播放提示音。三极管：由于定时2秒内，输出电平为高电平，因而我们使用NPN三极管来驱动蜂鸣器，型号为S8050。三、系统组成1.系统结构图：光信号采集光信号采集模100计数器单稳态触发器发光二极管蜂鸣器2.具体实现：eq\o\ac(○,1)光信号采集：由于软件Proteus中没有对射管符号，考虑到其功能与开关类似，我们暂且用开关电路模拟对射管，当开关闭合，输出低电平，对应对射管光路断开；当开关断开，输出高电平，对应对射管光路建立。为了防止抖动，我们加入C3，过滤抖动产生的尖脉冲，实际效果良好。eq\o\ac(○,2)计数器74LS190引脚图如下：功能表如下：由于计数模值为100，我们采用两片74LS190级联，低位片的进位端RCO与高位片CLK相连。扩展功能要求实现加减计数，我们在5管脚接入加减选择开关。同时加减计数起始值不同(00或99)，我们又加入预置数与预置开关，预置数D0与D3连接加减选择开关，D1与D2接地。预置开关连接在预置端与地间，按键送低电平，实现预置。电路图如下：eq\o\ac(○,3)译码显示电路七段共阳数码管，由74LS47控制，它们之间实际连接了1K的限流电阻，电路图未体现出。eq\o\ac(○,4)单稳态电路由于计数计满后有两秒的提示电路，我们采用555定时电路。555引脚图及功能表：其定时时间为：t=1.1*R*C由于定时时间约为2秒，我们选择参数为R=200K，C=10uF。输入脉冲由高位计数器74LS190提供，输出脉冲用于驱动蜂鸣器与LED。又因为大多数时间单稳态电路输出低电平，在提示时输出高电平，所以我们设计将LED正极接555，负极接地。同时用NPN三极管驱动蜂鸣器。电路图如下：3.实际电路图：四、电路焊接及调试由于此前已经焊接过多块电路板，积累了一定的经验，焊接比较顺利，我们特别注意有没有出现虚焊漏焊等错误。调试是本次课程设计耗时最多的环节。主要有2个位置的调试。第一、光电转换部分。一开始，我们担心对射管输出电平难以与芯片接口，设计了继电器电路，光电转换效果良好，但是一个非常严重的问题就是抖动太严重。通光一次应当计一个数，但数码管显示数字完全没有规律。我们甚至担心计数器有问题，我们单独测试计数器，计数器工作正常，于是我们开始研究继电器部分，查阅资料后发现，继电器内部有触点开关，抖动就是由这个触点开关引起的。于是我们将对射管输出电平直接送给低位计数器，并且通过一个电容接地，过滤抖动脉冲，最后测试良好。第二、单稳态电路。我们使用Proteus仿真定时电路，定时准确，我们按电路图焊接，发现实际结果与仿真相反，计数未满时LED闪，蜂鸣器响，计数满时LED灭，蜂鸣器不响，我们使用万用表测量，得到的结果与仿真不同：仿真显示输出2秒的脉冲为低电平，而实际上输出为高电平。很长时间我们并没有发现这一点，甚至更换了555芯片。万用表测试后，我们意识到这一点，最后定时电路工作良好。五、总结：光电计数器，使我们做出的第一个具有实际功能的系统，刚拿到题目是感觉系统很复杂，很难入手。我们从功能出发，由简到繁，逐渐增加功能，确定实际方案。然后利用软件Proteus进行电路仿真，调试。仿真实现功能后，我们购置器件，开始焊接，实物调试。实际制作时，我们先利用开关电路代替光电转换电路，把比较熟悉的计数器部分实现，再加上译码显示电路。然后才与光电转换电路接口，至此实现计数功能。在此基础上，我们最后再加上定时电路与提示电路。后期是功能的完