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1、厦门大学电子课程设计报告课题名称双通道计数器指导老师 学生姓名2009 级答辩日期2012年7月一、设计目的与意义3二、设计要求3三、自行设计方案 31) 光电发射接收电路 52) 放大电路53) 计数/译码电路 64) 显示电路7四、标准设计方案71) 原理方框图72) 各单元电路原理介绍9a) 光电发射接收电路 9b) 信号处理电路9c) 信号互锁电路10d) 计数/译码/显示电路 10e) 辅助电源电路12五、元器件清单12六、PCB布线图12七、硬件制作与调试14八、结论与心得14九、成果图展示15一、设计目的与意义1）通过这次设计，经过亲身操作之后，初步熟悉并学会了电路设计软 件Al
2、tium Designer的使用，了解了这一款软件对于电路板设计的重要作用， 这对于日后的学习及应用有很大的帮助；2）掌握电路设计的方法和技巧。将学习到的理论知识运用到实际当中 去，做到能够活学活用，深入的了解电子元器件的使用方法，了解各种元器 件的基本用途和方法，能够灵活敏捷的判断电路中出现的故障，学会独立设 计电路，积累更多的设计经验，加强焊接能力和技巧，完成基本的要求；3）本次课程设计的产品双通道计数器，除了可以应用于流水线上 产品数量的测量，还可以广泛应用于测量停车场、宾馆、饭店、商场、超市、 博物馆、展览观、车站、码头、银行等场所的人员或物品的数量及流通数量。二、设计要求设计并制作用
3、于识别、计算通过管道的物品数目的光电识别计数器。1）识别物品通过管道的方向：进、出；2）对进出管道的物品进行计件，物品进入管道，识别器计数总数目增加， 物品离开管道，识别器计数总数目减少；3）至少一位数码管显示。三、自行设计方案如图1所示，电路包括入口和出口的光电发射接收电路、信号放大电路 和两位计数/译码/显示电路。应用到了电阻、发光二极管、光敏电阻、运算 放大器、十进制加减计数器CD40110及数码管等元器件。EqCJp口 J 顷 an d oAQ d QH s!qCJPJMA 据n pjAQ d QAs!1）光电发射接收电路如图2所示,LED正向压降1.66V,工作电流5mA，所以选择阻
4、值为665Q 的电阻R1、R2为保护电阻。图2光电发射电路图3光电接收电路如图3所示，利用光敏电阻特性，使电桥电路输出电压变化，产生脉冲。Ra为盖黑胶布的光敏电阻中3系列GL3516，亮电阻为10KQ，暗电阻为600KQ，提供温度补偿，电阻固定为 600KQ。Rb 为 600KQ， Rc 为 10KQ。Rd为光敏电阻中3系列GL3516，亮电阻为10KQ，暗电阻为600KQ。2）放大电路如图4所示，放大电路利用运算放大器，使脉冲电压放大2倍，使信号 更容易被识别。R5 为 1 KQ，R7 为 2 KQ，R8 为 1 KQ。放大倍数为（R7/ R5=） 2 倍。3）计数/译码电路如图5所示，电路
5、中的计数译码功能由CD40110芯片完成，两个芯片相连可实现进、借位功能。图5计数译码电路CD40110十进制可逆加减计数器/锁存器/译码器/驱动器，是一个功能 CPUVDD CPDRSTaTGENbLEcdDfgCRYGND BRW很强大的芯片，将计数/译码功能都集成到了一起，能很好的实现这些功能。4）显示电路如图6所示，由CD40110芯片译码后，数码管可以将结果显示出来。显示电路图6信号处理电路（4069反相器）计数译码显示电路（40110及数码管）信号互锁电路（74LS74双D触发器）四、标准设计方案如图7所示，电路包括光电发射接收电路、反相短路、信号互锁电路、 计数/译码/显示电路和
6、辅助电源电路五部分。其中Ra、Rb、Rc、Rd、Re为 零欧电阻，可当做导线，作用是在焊接电路时替代飞线。1）原理方框图如图8所示，电路各部分工作原理及作用如下。光电发射接收电路（ST168反射式红外光电传感器）图8原理方框图2）各单元电路原理介绍a）光电发射接收电路如图9所示，该部分电路采用ST168作为核心器件，当有工件经过ST168 时，便会产生脉冲。没有物体经过时，ST168内部为通路，输出为高电平。有物体经过时， 输出为低电平。ST168外形如图10所示。内部为高发射功率红外光电二极管和高灵敏度 光电晶体管，如图11所示。图9光电发射接收电路图10 ST168外形图图11底面示图内部
7、原理示意b）信号处理电路如图12所示，因为由4069芯片对信号进行反相，以便有物体经过ST168 时，输入到74LS74的是高电平。如图13所示，4069为6个反相器，引脚功能如图。图12信号处理电路图13 4069引脚功能图c）信号互锁电路如图14所示，74LS74是上升沿触发，此芯片将由4069芯片反相后输出 的后一个信号始终封锁在高电平。如图15所示，74LS74是双D触发器，引脚如图。d）计数/译码/显示电路如图16所示，信号互锁电路输出的信号，经过40110芯片加减计数和译 码后，驱动数码管显示。CT74LS74图14信号互锁电路114113312411106978图15 74LS7
8、4引脚图V 况CIR2IK 1 PR 1 U1 QTGND图16计数/译码/显示电路GNDHCF40110BEYDpy Blue-CA CPUVDD CPDRSTaTGENbLEcdefgCRYGNDBRW40110e）辅助电源电路如图17所示，利用7805芯片将9V电源转为5V,芯片前后有两组电容 起滤波作用。VCC图17辅助电源电路R6.D?五、元器件清单如表1所示，共用到元器件23个。表1元器件清单元器件序号型号封装数量备注P1、P2ST168HDR1X42R1、R32220QR2、R4220kQR511kQR61510QRa、Rb、Rc、Rd、Re50Q4069CD4069VBEDIP
9、141CT74LS74HD74LS74APDIP14140110CD40110BEDIP161C1、C424.7gFC2、C320.1gFU2L7805CVTO220ABN1STL36WW150501DLED0六、PCB布线图如图18所示，用电路设计软件Altium Designer设计原理图并生成PCB 文件后，对元器件位置及线路走向进行布置，最终结果如下。u图18 PCB布线图1.13 桦O 4/七、硬件制作与调试首先在电源输入端输入9V电压，然后用遮挡物依次挡住两个反射式红外 光电传感器，让其产生一个高电平，反相电路输出低电平脉冲，电路开始计 数。在调试中，遇到了以下问题：1）接通电源后
10、，数字显示管显示，LED灯不亮；2）工件计数器无法实现计数功能；3）工件计数器只能完成减法计数，无法完成加法计数。解决方案：1）换LED灯；2）检查电路，查看是否所有线路都连接完全，是否有引脚没有接通；3）检查是否焊接不好，线路中有断路情况。八、结论与心得这一次的电子课程设计主要分成两大部分：电路设计部分和电路板制作 部分。在第一部分设计电路中，我们在得知课题是双通道计数器后，按照课程 设计要求，分光电发射接收、信号处理、计数显示三部分设计电路，在搜索 可用元器件过程中，我们了解到了许多课本里没有但很常见的元器件，这拓 宽了我们的视野。在此之后，我们重新温习了学习过的数电知识，将知道的 知识应
11、用到实际设计中，这不仅让我们巩固了之前的知识，也开发了我们自 己的设计思维。但不足之处是我发现自己并不能很好的运用学过的知识，跟 实际联系不够，设计这样一个简单电路让我感到很吃力。在第二部分电路板制作时，由于学校统一发给我们一套电子器件，并给 我们统一的电路图，因此，在这一部分，我们主要是进行焊接电路的实践。 在PCB布线过程中，我们熟悉并掌握了 Altium Designer的DXP部分的使用， 了解了一些实际制作电路板时会存在的问题，比如：在元器件布局的时候， 应把在一个电路内的元器件放在一起，尽量按照电路功能布局；在布线过程 中，不能交叉导线，所以会遇到有连线没法布置的情况，这时候就需要飞线， 飞线可以用导线，导线最好连在正面板上，飞线也可以用零欧电阻，能够避 免在正面板连接导线。在焊接的过程中，我们学习到了一些焊接的小技巧， 比如元器件放置时要留足够的地方，避免焊接连线部分时造成短路等，焊接 也锻炼了我们的动手能力。而且在调试的过程中，我们对于万用表等电子仪 器的运用也更加熟练，对于计数器的电路有了更深层次的了解。总之，通过这一次的电子课程设计，我们不仅温习了数电知识，还学到 了很多新知识，更重要的是这让我们掌握了一些最基本的设计电路的方法， 可以将理论与实际结合，这对我们以后的学习帮助很大。九、成果图展示图20焊接电路板背面
