光控计数器的设计仿真与制作

课程设计任务书学生姓名：专业班级：指导教师：工作单位：信息工程学院题目:光控计数器的设计仿真与制作初始条件：集成显示译码器、计数器、555定时器、数码管、和必要的门电路或其他器件。要求完成的主要任务:（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）1、课程设计工作量：1周内完成对光控计数器电路的设计、仿真、装配与调试。2、技术要求：设计一个利用光线的通断来统计进入房间人数的电路，用2个数码管显示计数值。①设计两路光控电路，一路放置在门外，一路放置在门里。当有人进入或走出房间时，将先后触发两路光控电路产生脉冲信号。（仿真时可用2个开关模拟光控开关）②设计一个加减控制电路，根据光控电路产生脉冲的先后顺序，判断人员是进入房间还是离开房间，从而控制可逆计数器实现加法或减法的操作。要求有人进入时，加法计数；有人离开时，减法计数。③确定设计方案，按功能模块的划分选择元、器件和中小规模集成电路，设计分电路，画出总体电路原理图，分析工作原理。3、查阅至少5篇参考文献。按《武汉理工大学课程设计工作规范》要求撰写设计报告书。全文用A4纸打印，图纸应符合绘图规范。时间安排：1）第1-2天，查阅相关资料，学习设计原理。2）第3-4天，方案选择和电路设计仿真。3）第4-5天，电路调试和设计说明书撰写。4）第6天，上交课程设计成果及报告，同时进行答辩。指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日摘要光电计数器主要分为光电检测转换部分和电子显示部分。光电传感器是一种将光信号转化为电信号的装置，它实现工作的理论基础是光电效应。光电效应大致可以分成三个类型：第一类就是外光电效应，在光的照射下使电子从物质的表面逸出；第二类是内光电效应，在光的照射下，物质的电阻率改变；第三类是光生伏特效应，在光的照射下，物质内产生电动势。实现转换的器件主要有光电二极管、光电三极管、光电倍增管、光电雪崩管等等。光电计数器的工作原理是，从光源发出一束集中的平行有效光，在流水线上，每出现一个物体，就会对光进行一次遮挡，光接收器无法接受到光源信息，电路的光电流就会产生改变，经过信号处理后计数器计数一次，即通过了一个器件。光电计数器常用来统计成品数量和参加展会人数。数字式计数器因为其有使用方便，计数精确，显示直观等优点，被广泛应用于各行业生产线上的物件计数。本论文利用光敏电阻受光照强弱其值发生改变来接收光信号，并通过数字计数与显示电路设计了一种光电计数器。当物件从光敏电阻上通过时会对光束进行遮挡，光敏电阻阻值发生变化，从而使光电转换电路产生一个脉冲信号，经计数电路和LED数码管显示计数的数值。该光电计数器可以将机械或者人工的计数方式转变为电子自动计数，生活实用性很强。关键词：光敏电阻；计数器；LED显示管武汉理工大学《数字电子电路与逻辑设计》课程设计说明书目录1设计任务和要求.......................................12设计分析和设计内容...................................12.1设计框图.............................................12.2工作原理.............................................22.3各模块的设计.........................................22.3.1所用元器件..........................................22.3.2各模块电路介绍......................................53电路原理图及元器件...................................73.1电路完整原理图.......................................73.2元器件清单...........................................74仿真图及调试分析.....................................84.1电路仿真图...........................................84.2调试分析.............................................85设计心得体会.........................................96参考文献.............................................10武汉理工大学《数字电子电路与逻辑设计》课程设计说明书11设计任务与要求1.1设计任务本设计主要是利用光线的强弱来统计进入实验室人数。要求设计两路光控电路，一路放置在门外，另一路设置在门里，当有人通过门口时（无论是进入或走出房间），都会先触发一个光控电路，再触发另一个光控电路，要求根据光控电路产生触发脉冲的先后顺序，判断来人是进来还是离开实验室，当有人进入时实验室时令计数器进行加计数，当有人离开时实验室进行减计数。要求计数器的最大计数容量为99人，并用数码管显示数字。1.2设计要求（1）用两个数码管显示计数值。（2）设计两路光控电路，其输出能令计数器实现加减计数。2设计分析和设计内容2.1设计框图整个系统由5个部分组成：光控电路、触发脉冲、加减计数、显示译码、数码显示。2.2工作原理：首先由光控电路将接收的光信号转换为电信号，经555定时器构成的施密特触发器和555定时器构成的单稳态触发器触发脉冲，输出计数脉冲信号，再由加减计数器和显示译码器在显示管上显示数目的增加或减少，从而实现自动计数的功能。光控电路光控电路脉冲触发脉冲触发加减计数器显示译码显示译码数码显示数码显示武汉理工大学《数字电子电路与逻辑设计》课程设计说明书22.3各模块电路的设计2.3.1所用元器件的介绍：555定时器555定时器是一种应用极为广泛的中规模集成电路。它使用灵活、方便，只需外接少量的阻容元件就可以构成单稳、多谐和施密特触发器，广泛用于信号的产生、变换、控制和检测。在此课题中主要是用555定时器构成多谐振荡器，产生双D触发器所需要的时钟脉冲。引脚图如图所示：图2.1555定时器引脚图555定时器功能表：双D触发器本课题中选用的是74LS74双D触发器，用于和其它芯片一起构成时序逻辑电路。由于74LS74是上升边沿触发的边沿D触发器，电路结构是维特—阻塞型的，所以又称维特—阻塞触发器。它要求控制端D的信号应超前CP脉冲上升边沿2Tpd1时间建立，并要求在CP脉冲触发边沿到来后继续维持1Tpd1时间（此处的Tpd1是TTL门的平均传输延迟时间），引脚图如下图：武汉理工大学《数字电子电路与逻辑设计》课程设计说明书3与非门本课题中选用了两个74LS00芯片，与双D触发器一起构成时序控制电路。其中一个74LS00芯片结构及引脚图如下图：加/减计数器本课题选用的是74LS191计数器，其引脚图如下所示：74LS191功能表：武汉理工大学《数字电子电路与逻辑设计》课程设计说明书4译码器译码器将计数器输出的二进制代码译成对应的高低电平信号传输给数码显示管，从而在显示管上显示相应的数值。本课题选用的是74LS48译码器，其引脚图如下图：数码管本课题选用的是共阴LED数码管，引脚图如下所示：武汉理工大学《数字电子电路与逻辑设计》课程设计说明书52.3.2各模块电路介绍(1)光电转换电路该电路由一个施密特触发器和单稳态触发器组成。施密特触发器：一个555定时器、R3=50k、光敏电阻RG。当有光照时，RG阻值降低，TH端电压下降，输出端3输出高电平。反之，RG弱光，阻值变大，TH端电压升高，输出低电平。单稳态触发器：一个555定时器、R4=10K、C5=100u。当TR端输入高电平，3端输出低电平。当TR输入低电平，3端立即输出高电平且维持一段时间，进去暂稳态。暂稳态时间TW=RCIn3=10×1000×0.0001×1.1=1.1s（2）时序控制电路时序控制器：一个74LS48与一个与非门构成。2端接入高电平，3端接入高电平时，6端输出低电平；2端接入低电平，3端接入高电平时，6端输出高电。武汉理工大学《数字电子电路与逻辑设计》课程设计说明书6（3）计数部分74LS191单时钟同步十六进制加/减计数器，6端输入低电平时，做加法运算，否则，做减法运算，通过俩与非门控制，其中左边输出个位，右边输出十位。（4）译码部分由2个74LS48译码器和2个共阴数码显示管构成，用于接收计数器的脉冲信号并将其转换为单独的信号输出并显示。显示管3端应接地。武汉理工大学《数字电子电路与逻辑设计》课程设计说明书73电路原理图及元器件3.1完整的电路原理图：3.2元器件清单：NE5554个74LS002个74LS741个74LS1912个74LS482个共阴LED数码管2个电阻10K2个电位器50k2个光敏电阻2个瓷介电容0.01uF4个电解电容100uF2个拨动开关2个武汉理工大学《数字电子电路与逻辑设计》课程设计说明书84仿真图及调试分析4.1电路仿真图：4.2调试分析：先通过第一个光敏电阻再通过第二个光敏电阻时，数码管的示数加1；先通过第二个光敏电阻再通过第一个光敏电阻时，数码管示减1。第二个光敏电阻遮住时，74LS74的3端输入高电平，当第一个光敏电阻遮一下时，74LS74的2端输入低电平，则6端输入低电平，进行加法运算；第一个光敏电阻遮住时，74LS74的高端输入低电平，当第二个光敏电阻遮一下时，74LS74的3端输入低电平，则6端输入高电平，进行减法运算。武汉理工大学《数字电子电路与逻辑设计》课程设计说明书95设计心得体会：通过此次数电课设，提升了对数电课上知识的理解，并能将所学用于解决实际问题。此次课程设计，学到了很多课内学不到的东西，比如独立思考解决问题，出现差错的随机应变，和与人合作共同提高，都受益非浅，今后的制作应该更轻松，自己也都能扛的起并高质量的完成项目。调试过程是痛苦的，总是会发现一些不符合理想的结果，调试电路是需要非常强的理论作为基础的，但也是最能提升能力的部分，只有通过亲自调试电路，发现电路存在的问题，思考产生的原因，并想办法解决问题，才能加深对自己设计电路的认识，通过动手实践让我们对各个元件映象深刻。认识来源于实践，实践是认识的动力和最终目的，实践是检验真理的唯一标准。实习过程中，笔者深刻的体会到在设计过程中，需要反复实践，其过程很可能相当烦琐，有时花很长时间设计出来的电路还是需要重做，那时心中未免有点灰心，有时还特别想放弃，此时更加需要静下心，查找原因。总体来说，这次实习受益匪浅。在摸索该如何设计电路使之实现所需功能的过程中，特别有趣，培养了设计思维，增加了实际操作能力。在体会到了设计电路的艰辛的同时，更体会到成功的喜悦和快乐心得体会。武汉理工大学《数字电子电路与逻辑设计》课程设计说明书106参考文献：[1]刘可文.数字电子技术基础.科学出版社.2013.03.[2]王毓银.数字电路逻辑设计.高等教育出版社.1995.[3]康华光.电子技术基础（数字部分）.高等教育出版社.1998[4]钱培怡.电子电路实验与课程设计.西安电子科技大学出版社.1992.[5]余孟尝.数字电子技术基础.高等教育出版社.1998