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1、摘 要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。数字式电子计数器有多种计数触发方式，它是由实际使用条件环境决定的。有采用机械方式的接触式触发的，有采用电子传感器的非接触式触发的，光电式传感器是其中之一，它是一种非接触式电子传感器。这种计数器在工厂的生产流水线上作产品统计，有着其他计数器不可取代的优点。该例光电触发式电子计数器只有两位数，但通过级联可以扩展为四位，甚至多位。本文针对光电计数器的设计要求，翻阅了一些资料，基本能实现其所要求的功能。 关键词：单片机、外部中断、光电效应 目 录第一章 前言41.概述42.技术要求4第二章 光电计数器系统简介41.光电计数器的基
2、本特点42.光电计数器的组成52.1 模拟电路52.1.1 光耦合器52.2数码显示部分62.2.1同步BDC十进制计数器62.2.2 7段显示译码器与7段数码显示管7第三章 光电计数器的系统设计81硬件电路设计81.1.1电源设计81.1.2发射和接收部分81.1.3显示部分91.1.4报警部分102.软件程序的设计102.2.1系统控制主程序设计112.2.2系统初始化子程序设计112.2.3显示子程序设计112.2.4光电计数处理子字程序设计12第四章 系统调试141.电路的优缺点142.电路的改进方法143.电路调试过程中出现的问题及解决办法14第五章 总结与展望151.总结152.展
3、望15致 谢15第一章 前言 1.概述自动化的计数提高了工业生产上的效率以及准确性，计数的自动化和智能化最终能加速实现现代化的工业。随着生产自动化、设备数字化和机电一体化的发展,对光电计数器的需求日益增多。光电计数器设计一方面是为了巩固课本所学知识，完成知识迁移，另一方面加强动手能力，识图能力及设计能力。光电计数器在实际生产中已经得到了广泛的应用。在应用中，光电传感器部分主要有光电断路器和光电开关，但在工业生产中主要使用的是光电开关，计数电路有CD系列芯片组成的，也有74系列芯片组成的，实际功能差别不大。光电式传感器是将光信号转化为电信号的一种传感器。它的理论基础是光电效应。这类效应大致可分为
4、三类。第一类是外光电效应，即在光照射下，能使电子逸出物体表面。利用这种效应所做成的器件有真空光电管、光电倍增管等。第二类是内光电效应，即在光线照射下，能使物质的电阻率改变。这类器件包括各类半导体光敏电阻。第三类是光生伏特效应，即在光线作用下，物体内产生电动势的现象，此电动势称为光生电动势。这类器件包括光电池、光电晶体管等。光电效应都是利用光电元件受光照后，电特性发生变化。敏感的光波长是在可见光附近，包括红外波长和紫外波长。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。数字式电子计数器有多种计数触发方式，它是由实际使用条件和环境决定的。有采用机械方式的接触式触发的，有采用电
5、子传感器的非接触式触发的，光电式传感器是其中之一，它是一种非接触式电子传感器。采用光电传感器制作的光电式电子计数器。这种计数器在工厂的生产流水线上作产品统计，有着其他计数器不可取代的优点。该例光电触发式电子计数器只有两位数，但通过级联可以扩展为四位，甚至多位。2.技术要求1、实现0999范围计数，能在超出最大值后溢出报警；2、并通过LED显示数据；3、要求使用光电传感器检测；4、能在设定值报警，能在报警后延时3秒钟自动关闭报警并自动重新计数；可以手动清除报警；5、有抗干扰技术，防止背景光或物件抖动时产生误技术；6、画出完整的电路原理图（包含电源部分）和PCB板图。第二章 光电计数器系统简介1.
6、光电计数器的基本特点光电计数器是为了适应生产线产品计数而设计的，它实现了电信号到光信号再到电信号的一系列转换。由光耦驱动双电压比较器，产生脉冲信号。利用十进制同步计数器的级联扩展实现多位计数，送给译码器从而驱动数码管显示。通过增加上拉电阻与反馈电阻可以光电计数器可以实现稳定的计数功能。2.光电计数器的组成光电计数器可以分为两个部分，一是模拟电路，由光耦合器驱动双电压比较器产生计数所需要的脉冲信号，二是数码显示部分，由同步十进制计数器SN74LS162实现计数，七段显示译码器CD4511驱动七段数码显示管显示计数结果。同时，利用双四输入或门CD4072实现十位数字的零消隐功能。整个电路实现了光信
7、号到电信号的转换。 2.1 模拟电路模拟电路部分利用光耦驱动双电压比较器，产生计数所需的脉冲信号。双电压比较器LM393采用方向输出的方式接入电路，并加入反馈与上拉电阻，以保证元器件的正常工作。2.1.1 光耦合器光耦合器（optical coupler，英文缩写为OC）亦称光电隔离器，简称光耦。光耦合器以光为媒介传输电信号。它对输入、输出电信号有良好的隔离作用，所以，它在各种电路中得到广泛的应用。目前它已成为种类最多、用途最广的光电器件之一。光耦合器一般由三部分组成：光的发射、光的接收及信号放大。输入的电信号驱动发光二极管（LED），使之发出一定波长的光，被光探测器接收而产生光电流，再经过进
8、一步放大后输出。这就完成了电光电的转换，从而起到输入、输出、隔离的作用。由于光耦合器输入输出间互相隔离，电信号传输具有单向性等特点，因而具有良好的电绝缘能力和抗干扰能力。又由于光耦合器的输入端属于电流型工作的低阻元件，因而具有很强的共模抑制能力。所以，它在长线传输信息中作为终端隔离元件可以大大提高信噪比。在计算机数字通信及实时控制中作为信号隔离的接口器件，可以大大增加计算机工作的可靠性。它具有以下优点： 信号单向传输，输入端与输出端完全实现了电气隔离隔离，输出信号对输入端无影响； 抗干扰能力强，工作稳定，无触点，使用寿命长，传输效率高。 光耦合器是70年代发展起来产新型器件，现已广泛用于电气绝
9、缘、电平转换、级间耦合、驱动电路、开关电路、斩波器、多谐振荡器、信号隔离、级间隔离 、脉冲放大电路、数字仪表、远距离信号传输、脉冲放大、固态继电器(SSR)、仪器仪表、通信设备及微机接口中。在单片开关电源中，利用线性光耦合器可构成光耦反馈电路，通过调节控制端电流来改变占空比，达到精密稳压目的。2.1.2双电压比较器LM393 LM393是高增益，宽频带器件，像大多数比较器一样，如果输出端到输入端有寄生电容而产生耦合，则很容易产生振荡。这种现象仅仅出现在当比较器改变状态时，输出电压过渡的间隙。电源加旁路滤波并不能解决这个问题，标准PC板的设计对减小输入输出寄生电容耦合是有助的。减小输入电阻至小于
10、10K将减小反馈信号，而且增加甚至很小的正反馈量（滞回1.010mV）能导致快速转换，使得不可能产生由于寄生电容引起的振荡。除非利用滞后，否则直接插入IC并在引脚上加上电阻将引起输入输出在很短的转换周期内振荡，如果输入信号是脉冲波形，并且上升和下降时间相当快，则不需要滞回。 因此，为了给电路消抖，在将LM393按照反相迟滞比较器的方式接入电路。从原理图中单独取出LM393来分析。如图1.1所示图2.1 由LM393构成的迟滞比较器迟滞比较器是一个具有迟滞回环特性的比较器，它是在反相输入单门限电压比较器的基础上引入了正反馈网络。若u0改变状态，点也随着改变电位，使过零点离开原来位置。当u0为正（
11、记作U+） ，则当uiU后，u0即由正变负（记作U-），此时U变为U。故只有当ui下降到U以下，才能使u0再度回升到U+，于是出现图1.3中所示的迟滞特性。U与U的差别称为回差。改变R6的数值可以改变回差的大小。图2.2 迟滞特性2.2数码显示部分把脉冲送给SN74LS162 ，由两片SN74LS162组成两位数，SN74LS162送给译码器CD4511，驱动数码管。显示译码器将计数的输出（BCD代码）译成显示器（数码管）所需要的驱动的信号，以便使数码管用十进制数字显示出来BCD代码所表示的数字。2.2.1同步BDC十进制计数器SN74LS162 为可预置的十进制同步计数器，其引脚图如图1.4
12、 所示。清除端是同步的。当清除端/SR 为低电平时，在时钟端 CP上升沿作用下，才可完成清除功能。162 的预置是同步的。当置入控制器PE 为低电平时，在 CP 上升沿作用下，输出端 Q0Q3 与数据输入端 P0P3 一致。SN74LS162的计数是同步的，靠 CP 同时加在四个触发器上而实现的。当 CEP、CET 均为高电平时，在 CP 上升沿作用下 Q0Q3 同时变化，从而消除了异步计数器中出现的计数尖峰。对于SN74LS162，只有当CP 为高电平时，CEP、CET 才允许由高至低电平的跳变，而SN74LS162的 CEP、CET 跳变与 CP 无关。图2.3 SN74LS162引脚图引
13、出端符号：TC 进位输出端，CEP 计数控制端，Q0Q3 输出端，CET 计数控制端。实现两位计数的时，第一片SN74LS162的进位输出端TC与第二片SN74LS162的两个计数控制端CEP，CET相连。第一片SN74LS162由0计数到9后，进位输出端TC输出进位信号，第二片SN74LS162的两个计数控制端CEP和CET由低电平跳转到高电平，表示十位的数码管显示1。随后第一片SN74LS162的进位输出端TC没有信号输出，第二片SN74LS162的两个计数控制端CEP和CET由高电平跳转到低电平，处于保持状态。等待下一个进位信号到来时再次开始计数。如此循环，实现0到99的两位计数功能。2
14、.2.2 7段显示译码器与7段数码显示管常用的7段显示译码器有两类，一类译码器输出高电平有效，用来驱动共阴极显示器，另一类输出低电平有效，以驱动共阳极显示器3。在设计中采用的CD4511当输入8421BCD码时，输出高电平有效，驱动共阴极的数码显示管。图2.4 CD4511引脚图该译码器的引脚图如图1.5所示。其中设有三个辅助控制端LE，BI，LT，以增强硬件的功能： 灯测试输入LT当LT = 0是，无论其它输入端是什么状态，所有各段输出a g均为1，数码管显示8。以用于检查译码器本身即显示各段的好坏。 灭灯输入BI当BI = 0，并且LT = 1时，无论其它输入端是什么电平，所有各段输出a
15、g均为0，所以字型熄灭。该输入端用于将不必要显示的零熄灭。 所存使能输入LE在BI = LT =1的条件下，当LE = 0时，锁存器不工作，译码器的输出随输入码的变化而变化，即译码；当LE由0跳变到1时，输入码被锁存，输出只取决于锁存器的内容，不再随输入的变化而变化。由此，在连接CD4511的时候，LE所在的5号引脚都接地，LT所在的3号引脚都接电源。由于计数器为两位显示，十位显示在没有进位信号时要求数码显示管熄灭。因此，根据CD4511的功能，在连接表示十位的译码器时，其BI输入低电平以实现灭灯功能。所以由SN74LS162的四个输出端引出信号接入四输入或门CD4072，在没有进位信号输入的情况下，SN74LS162的四个输出端均为低电平，四输入或门CD4072输出低电平，CD4511处于灭灯状态；当有进位信号输入时，SN74LS162的四个输出端则至少有一个跳转为高电平，则四输入或门CD4072输出高电平，CD4511处于显示计数
