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1、电子与信息学院课程设计1设 计 报 告学 院 电子与信息学院课程名称 电子电路课程设计设计题目 数字显示式光电计数电路的制作专 业班 级姓 名学 号指导教师时 间电子与信息学院课程设计1数字显示式光电计数电路 1 设计任务和要求1.1 设计任务：实现数字显示式光电计数器的功能，当用遮挡物挡住光电开关一下，它就自动计数一个，按一下 SB 就复位清零。可实现 099 的计数显示。1.2 设计要求： 在电源输入端输入 79V 电压，经稳压调幅成 6V 左右在电压，经过光电输入电路、计数脉冲形成电路、显示电路组成和显示计数部分完成电路功能。 2 总体设计方案2.1 方案一：原理：如图所示电路，当光敏三
2、极管 VT1 接收到红外发光二极管射来的红外光线时，VT1 导通，比较器 IC2-B 的反相输入端 6 脚为低电平，7 脚输出高电平，加到比较器 IC2-A 的反相输入端，使 1 脚输出低电平，则光电耦合器 4N35 内的发光管点亮，对应的光敏管导通，三极管 VT2 也导通，VT2 集电极输出低电平。当有物体通过红外发光二极管 VD1 和接收管 VT1 之间，红外线被挡住，VT1 截止，IC2-A 的 1 脚输出高电平，4N35 截止，VT2 截止，VT2 集电极输出高电平，故当有物体通过 VT1 时，便在 VT2 集电极上输出计数脉冲信号，该信号送到十进制计数器，再送到译码显示电路，显示出相
3、应的数据。缺点：输入电源需要 220V 较大，连接不好容易烧坏原件图 1、光电显示电路电子与信息学院课程设计22.2 方案二：图 2 光电数字显示电路原理：该电路有光电输入电路(VD,3DU12),脉冲形成电路(IC1A,IC1B 组成电压比较器；光电耦合器；晶体管开关电路)和记数与显示电路等组成. 当光敏三极管 VD 接收到红外发光二极管射来的红外光线时，3DU12 中 VT1 导通，比较器IC1-A 的反相输入端为低电平，输出高电平，加到比较器 IC1-B 的反相输入端，使输出低电平，则光电耦合器 4N35 内的发光管点亮，对应的光敏管导通，三极管也导通，集电极输出低电平。当有物体通过红外
4、发光二极管 VD 和接收管 VT之间，红外线被挡住，VT 截止，IC1-B 的 1 脚输出高电平，4N35 截止，VT 截止，VT 集电极输出高电平，故当有物体通过 VT 时，便在 VT 集电极上输出计数脉冲信号，该信号送到十进制计数器，再送到译码显示电路，显示出相应的数据。缺点：电路的计数脉冲形成部分比较复杂，焊接起来连线比较复杂电子与信息学院课程设计3以上电路基本都可以实现本课程项目的要求，但是经过比较改进，我们选用了以下这个电路： 3 原理方框图光电输入电路(VD,VT)计数脉冲形成电路(555)倍率调节电路(IC5,IC6)显示电路组成(CD40110)计数部分图 3电子与信息学院课程
5、设计4 4 总图体电路图 4 光电数字显示电路 4 主要元件原理介绍4.1 LED 数字显示管电子与信息学院课程设计5数码管显示的数码均是由七个发光二极管构成的。每段上加上合适的电压，该段就点亮。我们在这个电路中用的是共阴型，共阴型就是七个发光管的负极都连在一起，作为一条引线。4.2 CD40110 CD40110 计数集成电路运用该电路能完成十进制的加法、减法、进位、借位等计数功能，并能直接驱动小型七段 LED 数码管，其逻辑功能见图。R 为清零端，R=1 时，计数器复位，CP 为时钟端(CPU 为加法计数时钟，CPO 为减法计数时钟)，QCO 输出进位脉冲，QBO 输出借位脉冲，TE 为触
6、发器使能端，TE=0 时，计数器工作，TE=1 时，计数器处于禁止状态，LE 为锁存控制端。七段数码管器件为小型 LED 共阴极数码，CD40110 与它配套使用可直接驱动显示。CD40110 计数为十进制加计数器，逢十时自 QCO 端输出进位脉冲，送至下一个相同计数器CPu 端(9 脚)将继续累加(即为十位数)，由 555 电路组成脉冲发生器，3 脚 VO端输出连续脉冲加至 CD40110 加法输入端，调整 RP，可改变脉冲速度。集成电路 CD40110 是可逆计数器。CD40110 集计数、译码、锁存、驱动为一体的电路中 VCC,VSS 为电源端；a-g 为数码笔段输出端；CPU 为加计数
7、脉冲输入端；CPD 为减计数脉冲输入端；MP 为清零端，高电平时计数器清零；QCO 为进位脉冲输出端，作加法计数时，每当计数满 10 后输出一个进位脉冲；QBO 为借位脉冲输出端，作减法计数时，每当计数满 10 后输出一个借位脉冲；TE 为触发器控制端，TE=0 时计数器工作，TE=1 时计数器处于禁止状态，不计数；LE为锁存控制端，当 LE=0 时正常显示，LE=1 时显示数被锁定。4.3 CD4017CD4017 是十进制计数器/时序译码器，内部有一个十进制计数器和一个时序译码器，图 14-9 是其引脚图，CP 为时钟脉冲输入，上升沿计数， 为允许计EN数，低电平有效，计数时 Q0Q9 的
8、十个输出端依次为高电平，RD 为异步清零端，RD=1 时 Q0=1。计数器的输出 Q0Q4=1 时进位 Co=1，Q5Q9=1 时 Co=0。普通计数器作为分频时，从计数器输出引脚可以得到 CP 的 2、4、8分频的信号，用 N 进制计数器可以得到 N 分频信号。依此原理用 CD4017 可以方便得到 210 分频信号，将 CD4017 输出端 Q2Q9 分别与复位端相连，可以构成29 的分频。如图 14-10 所示构成 3 分频，当高电平移到 Q3 时，计数器复位，重新计数，3 分频信号可以从 Q0Q2 中一个输出，不接反馈复位则可以得到 10分频。图 5、CD40110 引脚图电子与信息学
9、院课程设计64.4 光电开关红外线属于一种电磁射线，其特性等同于无线电或 X 射线。人眼可见的光波是 380-780nm，发射波长为 780nm-1nm 的长射线称为红外线，根据光电开关在检测物体时，发射器所发出的光线被折回到接收器的途径的不同，看分为漫反射式，镜放射式，对射式等。输出形式：分 npn 二线，npn 三线，npn 四线，pnp 二线，pnp 三线，pnp 四线，AC 二线，AC 无线。有槽型还有漫反射型光电开关。图 7 漫反射光电开光工作原理漫反射光电开光工作原理在这个电路中我们用到的是漫反射光电开关，是一种集成发射器和接收器于一体的传感器，当有被检测物体经过是，将光电开关发射
10、的足够量的光线放射到接收器，于是光电开关就产生了开关信号。当被检测物体的表面光亮或其反光率极高是，漫反射式的光电开关是首选的检测模式。4.5 5551 脚：外接电源负端 VSS 或接地，一般情况下接地。8 脚：外接电源 VCC，双极型时基电路 VCC 的范围是 4.5 16V，CMOS 型时基电路 VCC 的范围为 3 18V。一般用 5V。3 脚：输出端 Vo2 脚： 低触发端6 脚：TH 高触发端4 脚： 是直接清零端。当 端接低电平，则时基电路不工作，此时不论 、TH 处于何电平，时基电路输出为“0” ，该端不用时应接高电平。5 脚：VC 为控制电压端。若此端外接电压，则可改变内部两个比
11、较器的基准电压，当该端不用时，应将该端串入一只 0.01F 电容接地，以防引入干扰。图 6CD4017 引脚图电子与信息学院课程设计77 脚：放电端。该端与放电管集电极相连，用做定时器时电容的放电4.6 7806 稳压器稳压 IC 型号中的 78 系列，7806 同来输出电压为正 6V，过热及调整管的保护电路，使用起来可靠、方便，而且价格便宜。可以用来做分立元件的稳压电源，也课可用作电子设备。焊接时工作电源注意三端集成稳压电路的输入、输出和接地端绝不能接错，不然容易烧坏。一般三端集成稳压电路的最小输入、输出电压差约为 2V，否则不能输出稳定的电压，一般应使电压差保持在 4-5V，即经变压器变压
12、，二极管整流，电容器滤波后的电压应比稳压值高一些。 5 电路原理介绍电路主要从电源输入端输入 7-9V 的电压，经过 7806 稳压器输出稳定的 6V左右电源。连接漫反射光电开关，当有被检测物体经过的时，将光电开关发射器发射的足够量的光反射到接收器， VD 导通，三极管 VT 也导通，VT 集电极输出低电平。当有物体通过红外发光二极管 VD 和接收管 VT 之间，光线被挡住，VT 截止， VT 集电极输出高电平，故当有物体通过 VT 时，便在 VT 集电极上输出一个高电平，经过 555 时基电路，555 电路有开关信号形成计数脉冲 CP,CP通过倍率调节电路 CD4017，CD4017 有连续
13、脉冲输入时，其对应的输出端依次变为高电平状态，故可直接用作顺序脉冲发生器，通过 14 脚输出 CP 给CD40110，CD40110 计数集成电路能完成十进制的加法、减法、进位、借位等计数功能，并能直接驱动小型七段 LED 数码管，第一个 LED 数码管通过 10 脚进位给第二个 LED 数码管，形成两位计数器，由此形成两位的光电数字显示电路。 6 实验调试6.1 实验调试步骤首先在电源输入端输入 7-9V 电压，然后用遮挡物挡住开关一下，让其产生一个高电平，555 就开始输出方波脉冲，电路开始计数。在调试中，我们遇到了以下几个问题：接通电源后，数字显示管总是多亮了一个灯；接通电源后，挡住光电
14、开关，但是数字显示管不会计数；用一个脉冲信号直接接入到 CD4017 芯片的 14 脚，数字显示管不会计数。解决方案： 检查电路，查看电路是否有引脚接通的现象，用万用表检查是否有引脚图 8 555 引脚图电子与信息学院课程设计8接通。 光电开关可能正负极接反了，安装时要求发光管与接收管正对，同时为避免自然光线干扰引起的误计数，应在接收管上套一段黑色圆筒作遮光筒。或者是查看 555 是否有工作，检查 555 的 3 脚是否有输出方波。 加入的脉冲信号的电压过低，至少要大于 6V。6.2 实验数据分析：调试过程中，电压大概是 69V 之间波动，电流大概为 1.5，电路显示较为稳定。 7 心得体会及
15、思路扩展7.1 心得体会李婷婷-这次我们在设计电路的时间，遇到了很多挫折。刚开始我们是决定做电源保护报警电路的，通过查阅书籍，还有网上一些资料，遇到很多知识都不理解，通过老师、还有师兄师姐，才懂得一些，但是由于对这方面的了解还很不够，觉得设计这个电路不适合我们。后来我和我的同伴决定设计数字电路，通过数字电路学到的知识还有自学的一些知识，做起来比较顺利。通过一段时间完成电路以后，给老师检查，老师给一些意见后经过改进，我们就开始焊接电路了。先列出原件清单，到电子城买齐原件开始焊接， 。焊接的时候，遇到很多困难，才发现都是对知识的掌握不够牢固的结果。在焊接 LED 显示管的时候，需要很细心，因为电路
16、中有很多电阻的连接，不然将不能正常计数。通过设计，焊接电路，还有多次的调试，让我都那些元器件有了多一些的了解，他们的功能和使用等。通过这次课程设计，把学到的东西真正运用到实践，对于电子仪器的运用也加深了不少，万用表、电源、脉冲输入、示波器等都能够正确的使用帮助检测电路。思路扩展：数字计数电路是一种很实用的电路，在平时生活中广泛运用，商场游乐城等等都用得比较多，而其电路的实现也是多种多样，希望能够在价格上，还有使用灵敏度上，争取能够做出更完美的计数电路。7.2 思路扩展实验总结我查看了相关的芯片引脚资料，还有实践过，觉得电路还有可以改进的地方，就是 SA1 和 SA2 其实可以只是接 3 脚输出端，11 脚可以不接。如果想进行更多位的计数，可直接对计数显示部分进行扩展。CD40110 可以继续连接一个CD40110 和 LED 数码管，形成三位或者更多位的数字显示电路。数字计数电路是一种很实
