数字显示式光电计数电路的制作

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0～99的计数显示。1.2设计要求：在电源输入端输入7－9V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2.2方案二：图1、光电显示电路电子与信息学院课程设计2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：电子与信息学院课程设计3◆3原理方框图图3◆4总图体电路光电输入电路(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)计数部分电子与信息学院课程设计4图4光电数字显示电路◆4主要元件原理介绍4.1LED数字显示管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。电子与信息学院课程设计54.2CD40110CD40110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。4.3CD4017CD4017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，EN为允许计数，低电平有效，计数时Q0～Q9的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Q0～Q4=1时进位Co=1，Q5～Q9=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2～10分频信号，将CD4017输出端Q2～Q9分别与复位端相连，可以构成2～9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Q0～Q2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。4.55551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较器的基准电压，当该端不用时，应将该端串入一只0.01μF电容接地，以防引入干扰。7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图6CD4017引脚图电子与信息学院课程设计74.67806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，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：①接通电源后，数字显示管总是多亮了一个灯；②接通电源后，挡住光电开关，但是数字显示管不会计数；③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：①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接通。图8555引脚图电子与信息学院课程设计8②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。③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6~9V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。电子与信息学院课程设计9◆8元器件列表表1元件型号数目共阴极LED数码管2个CD40110芯片2个CD4017芯片2个7806稳压器1个5551个红外线光电开关1个拨动式开关2个按钮式开关1个400欧电阻14个360欧电阻1个20K欧电阻1个100欧电阻1个100欧电阻1个150K欧电阻2个470欧电阻1个1000uF电容1个0.1uF电容1个0.01uF电容1个◆9参考文献[1].韩克、柳秀山《电子技能与EDA技术》·暨南大学出版社[2].张大彪《电子技能与实训》·北京电子工业出版社[3].社夏路易石宗义《电路原理图与电路板设Protel》·北京希望电子出版[4].杨元挺《电子技术技能训练》·电子工业出版社[5].梁廷贵《现代集成电路实用手册》·科学技术文献出版社编著