光电计数器实验报告

光电计数器实验报告

学生姓名李志

学号081244115

专业名称光信息科学与技术

指导教师易煦农

时间日期2011-10-19

摘要

21世纪是信息时代，是获取信息，处理信息，运用信息的时代。传感与检测技术的重要性在于它是获得信息并对信息进行必要处理

的基础技术，是获取信

息和处理加工信息的手段，无法获取信息则无法运用信息。

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。

【关键词】光电效应光电传感器光电计数器

ABSTRACT

The 21st century is the age of information, it is the access to information, treatment information, use of the information age. Sensing and detection technology is important because it is the access to information and the information necessary to deal with the underlying technology, is access to information and means of processing information, unable to get information you won't be able to use information.

Photoelectric sensor is a light signal into an electric signal of the sensor. It is the theoretical basis of the photoelectric effect. These effects can be broadly divided into three categories. The first type is outside of the photoelectric effect, namely, in daylight, can make the tungsten surface. Use this effect caused by device with vacuum photocell, photomultiplier tubes, etc. The second category is the photoelectric effect, i.e., in the light, can make the electrical resistivity of the material change. Such devices include various types of photosensitive semiconductor. The third category is photo voltaic effect, in the light, the objects within the EMF EMF, this is called light-induced electromotive force. This class of

devices, including photovoltaic cells, photo-transistor, etc. Photoelectric effect is using optoelectronic components affected by the lighting, the electric characteristics change. Sensitive optical wavelength is visible in the vicinity, including infrared wavelength and UV wavelengths. Digital electronic counters have intuitive and counts accurate benefits, has been in widespread use in various industries. There are a variety of digital electronic counter counter mode, it is triggered by the actual use conditions and the environment. Using mechanical means of contacting fires, using electronic sensors for non-contact type photoelectric sensor triggered, is one of them, it is a non-contact electronic sensors. Adopts photoelectric sensor production of opto-electronic counters. This counter is the factory's production lines for products, with other counters irreplaceable the merit.

【Keywords 】photoelectric effect photoelectric sensor photoelectric counter

目录

第一章绪论……………………………………………

第一节光电计数器的发展情景…………………………

第二章方案设计……………………………………

第一节设计任务与方案确定…………………………

第三章光电计数器系统简介…………………………

第一节计数器系统的基本特点………………………

第二节计数器系统的组成

第三节电路整体原理

第四节原理图设计

第五节实物电路设计

第六节测试及查找故障

第四章结果

第五章结束语

第六章参考文献

第七章附录

第一章绪论

第一节光电计数器的发展情景

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。基本设计要求：本次设计光电计数器，要求使用红外发光二极管、红外接收管，实现计数功能，能在设定值报警，可以手动清除报警。提高设计要求：要求光电发射级与接收级有1米以上的间距，能有较强的抗干扰性。

能在报警后自动关闭报警并自动重新计数等。2 系统结构图整个光电计数器系统是由光电传感电路、计数电路和报警电路三个部分组成的。光电传感电路把被计数的物体的变化转换成电信号，由计数电路计数，当达到设定的报警数值后，报警电路发出报警。信号波形的放大和整形都在MM74HC162N中完成,译码在CD4511BE计数器中完成. 3 硬件电路设计3.1 光电传感部分光电传感部分由红外发射管,红外接收管,电阻,9013组成，红外接收管接收到红外信号使接地支路导通。当红外信号被阻挡时，接地支路阻断，由于电压变化，电路向CP端输出一个脉冲。计数电路通过级连把两个计数器连接起来,当第一个计数器显示9的时候等到下一个脉冲来的时候下一个计数器显示1,即当个位到9时再来一个脉冲就会在十位上跳变一个数. CD4511BE是十进制加减数/译码/锁存/驱动器集成电路。在芯片内部完成译码后由数码管显示，由个位到十位依次进位，最后计数到999后IC2的Q端向报警电路发出计数溢出信号。光电技术器的应用越

来越广泛普遍。

第二章方案设计

第一节设计任务与方案确定

该计数器系统总体设计方案较为简单，用光电感应器实现对生产线产品的数量的采集，将信号传送到防干扰的迟滞比较器，共经过两级比较器，传输信号脉冲，通过MM74HC162N计数器进行计数，计数范围是0～99，通过CD4511BE七段译码器进行译码，输出信号给LED 数码管进行显示。其中，个位计数器的进位标志位接到十位计数器的

计数控制端CET和CEP控制十位计数器工作计数，因为MM74HC162N 是十进制计数器，计数的结果是BCD码0000～1001，经过译码器数码管后显示的十进制00～99。，本设计还实现了十位数的动态“零消隐”，（当计数结果不超过10时，十位数的数码管无显示，原理就是将十位计数器的输出端通过CD4072进行相或，从而只有当数码管个位显示时十位数码管BL端低有效，即十位数码管熄灭）。本设计还实现清零时，是两位数码管都显示0，因为这样可以让工作人员方便确定计数系统工作正常，原理就是利用7404的非门功能，输入端接复位端，输出与十位七段译码器的灭灯输入端BL端相接，每当复位时，BL就会输入高电平，从而使两个数码管都会清零。

实际情况下，生产线上产品每经过光电传感器，信号在通过两级比较器后，就会有一个上升沿信号作为时钟信号，控制计数器工作，同时计数开始，可以连续实现对100个产品进行计数，如需重新开始，只要按下清零按键就能重新计数

第三章光电计数器系统简介

第一节计数器系统的基本特点

本系统具有体积小、硬件少、电路结构简单及容易操作等优点。本计数器可将机械或人工计数方式变为电子计数，并且采用ＬＥＤ数码显示，简单直观，可适用于诸多行业，以满足现代生产、生活等方面的需求。随着生产技术的不断改善和提高，在现代化生产的许多场合都可以看到计数器的使用。本计数器具有低廉的造价以及控制简单等特点。

该系统还具有以下特点：

①、该系统具有清零功能，工作人员可以通过复位开关使两个数码管都显示零，这样可以方便进行人工操作以及确认计数器是否正常工作；原理就是利用7404的非门功能，输入端接复位端，输出与十位七段译码器的灭灯输入端BL端相接，每当复位时，BL就会输入高电平，从而是两个数码管都会清零。

○2、该系统还具有十位的“零消隐”功能，原理就是将十位计数器的输出端通过CD4072进行相或，从而只有当数码管个位显示时十位数码管BL端低有效，即十位数码管熄灭。

○3、该系统还采用了抗干扰较强的迟滞比较器，这样大大加强了其在实际生或中的应用能力，可以得到有效地推广。

○4、该例光电触发式计数器只有两位数，但通过级联可以扩展为四位，甚至多位

第二节计数系统的组成

1. MM74HC162N

⑴、个位计数器

时钟脉冲给的是比较器的输出信号，计数器自上电起一直处于计数状态，每当有产品经过光电对管之间时，计数器的CP端就接收到上升沿信号，开始计数。进位输出端接到十位计数器的技术控制端CEP和CEP，四个输出引脚的信号作为七段译码器的输入信号。

⑵、十位计数器

时钟脉冲给的是比较器的输出信号，计数器的CP端就接收到上升沿信号时，还不能进行计数，只有当个位的计数溢出时，CEP 和CEP端才高有效，进行计数。为实现任务书中十位数的动态“零消隐”，四个输出引脚的信号必须经过或门作为七段译码器的输入信号。

2. CD4511BE

图2.1 CD4511 管脚图

其电路原理如下：

CD4511BE是一个用于驱动共阴极LED （数码管）显示器的BCD 码—七段码译码器的特点：具有BCD转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能的CMOS电路能提供较大的拉电流。可直接驱动LED显示其中a b c d 为BCD 码输入，a为最低位。LT为灯测试端，加高电平时，显示器正常显示，加低电平时，显示器一直显示数码“8”，各笔段都被点亮，以检查显示器是否有故障。BI为消隐功能端，低电平时使所有笔段均消隐，正常显示时，B1端应加高电平。另外CD4511BE有拒绝伪码的特点，当输入数据越过十进制数9(1001)时，显示字形也自行消隐。LE是锁存控制端，高电平时锁存，低电平时传输数据。a～g是7 段输出，可驱动共阴LED数码管。另外，CD4511BE显示数“6”时，a段消隐；显示数“9”时，d段消隐，所以显示6、9这两个数时，字形不太美观，若要多位计数，只需将计数器级联，每级输出接一只CD4511BE 和LED 数码管即可。所谓共阴LED 数码管是指7 段LED 的阴极是连在一起的，在应用中应接地。限流电阻要根据电源电压来选取，电源电压5V使用510Ω的限流电阻。

3.CD4072BE

设计中要实现“零消隐”，就要用到CD4072B四输入或门，将计数器74LS162的输出端Qa,Qb,Qc,Qd分别接入4072中，输出端接入译码器4511的BI端，就可实现“零消隐

CD4072BE引脚图

4、数码管

数码管通常有发光二极管（LED）数码管和液晶（LCD）数码管，数码管是共阴极数码管，译码器的输出端接到数码管的输入端，输出端与地之间接电阻510欧姆限流保护数码管，否则数码管容易烧坏。本设计提供的为LED数码管（共阴极）。其引脚图如图2所示。

5 、NE5532P

NE5532P一般作为音频前级放大器实用，高性能低噪声，线性好失真度小，一般作为高保真音响的运放使用。其电源电压一般±12V就够了，不超过±15V。在运放电路上使用0.25V就可以了。

第二节电路整体原理

系统采用光电感应器实现对产品的数量的采集（由红外发射管发出红外信号，红外接收管收到红外信号使接地支路导通。当红外信号被阻挡时，接地支路阻断，由于电压变化，电路向cp端输出一个脉冲），将信号传送到防干扰的迟滞比较器，共经过两级比较器，传输信号脉冲，通过MM74HC162N计数器进行计数，计数范围是00～99，配合CD4511BE七段译码器进行译码，输出信号给LED数码管进行显示。其中，个位计数器的进位标志位接到十位计数器的计数控制端

CET和CEP控制十位计数器工作计数，因为MM74HC162N是十进制计数器，计数的结果是BCD码0000～1001，经过译码器数码管后显示的十进制00～99。实际情况下，生产线上产品每经过光电传感器，信号在通过两级比较器后，就会有一个上升沿信号作为时钟信号，控制计数器工作，同时计数开始，可以连续实现对100个产品进行计数，如需重新开始，只要按下清零按键就能重新计数

计数和译码由两个个计数器、两个译码器和两个数码管来完成，用于接收计数脉冲信号并将其转化成单独的信号输出并显示。在本系统中选用了MM74HC162N加减计数器、CD4511BE译码器和共阴极LED 数码显示管。

MM74HC162N是十进制同步计数器，TC是进位输出端，当计数溢出时输出一高电平脉冲，CEP和CET为计数控制端，只有都接入高电平是计数器才能计数，Q 0～Q3为输出端，CP为时钟输入端，上升沿有效，SR端为低电平有效的异步清除输入端，PE为低电平有效的同步并行置入控制端。

七段译码器CD4511BE是四输入七输出的译码器，当输入8421BCD码时，输出高电平有效，用以驱动共阴极显示器。当输入为1010～1111六个状态时，输出全为低电平，显示无显示。LT是灯测试端，BL是灭灯输入端，LE是锁存使能输入端。

第四节原理图设计

原理图如下：

第五节实物电路设计

搭电路过程中还要用到电阻150K 1 个、10K 2个、100K 3个、510Ω 14个.再按照原理图搭好电路。

第六节测试及查找故障在第一次通电前，应该用万用表检查正负极是否短路。若存在短路，就按照原件的功能一个单元一个单元的排查故障，然后再查找线路是否连接牢固。检查完成后，看看正负极是否短路，检查完毕后接上5V电源。通电后观察现象，通常情况下还存在一些问题，主要是分模块进行检查

查找故障方法：

1、检查用于测量的一起是否使用得当。

2、检查安装的线路与原理是否一致，包括连线、元件的参数、

集成电路的安装位置是否正确等。

3、测量元器件接线端的电源电压。使用接插板做实验出现故障时，应检查是否因接线端不良而导致元器件本身没有正常工作。

4、断开故障模块输出端所接的负载，可以判断故障来自模块本身还是负载。

5、检查元器件使用是否得当或已经损坏。在实验、实习中大量使用的是中规模集成电路，由于它的接线端比较多，使用时会将接线端接错，从而造成故障。在电路中，由于安装前经过调试，元器件损坏的可能性很小。如果怀疑某个元器件损坏，必须对它进行单独调试，并对已损坏的元器件进行更换。

第四章结果

当光线照在光耦上时，形成一系列光脉冲。其结果是在数码管上显示出光脉冲个数的结果，计数从0到99为止。

第五章结束语

本次课程设计过程，历时一个半星期。我们最终在各个方面实现了对各个部分的设计，在设计过程中，我们遇到了很多的问题，但最终在我们小组的共同努力以及老师和同学的帮助下，把问题都解决了。

在设计过程中，经常会遇到这样那样的情况，就是心里想老着这样的接法可以行得通，但实际接上电路，总是实现不了，因此耗费

在这上面的时间用去很多。

1、在设计过程中，我们分工合作，我个人主要负责Protel仿真软件的应用，通过阅读相关书籍，也在同学的帮助下，初步知道了该软件的应用方法

2、我觉得做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，由于课本上的知识太多，平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能，而且考试内容有限，所以在这次课程设计过程中，我们了解了很多元件的功能，并且对于其在电路中的使用有了更多的认识。

3、同时我认为我们的工作是一个团队的工作，团队需要个人，个人也离不开团队，必须发扬团结协作的精神。某个人的离群都可能导致导致整项工作的失败。实习中只有一个人知道原理是远远不够的，必须让每个人都知道，否则一个人的错误，就有可能导致整个工作失败。团结协作是我们实习成功的一项非常重要的保证。而这次实习也正好锻炼我们这一点，这也是非常宝贵的。

4、通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做的，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固

第六章参考文献

[1] 黄正谨综合电子设计与实践.东南大学出版社2002

[2] 康华光电子技术基础（数字与模拟）高等教育出版社

[3] 夏路易,石宗义电路原理图与电路设计教程Protel 99SE.北京希望电子出版社．2002

[4] 王毓银数字电路逻辑设计.高等教育出版社2004

[5]德州仪器中国官方网站 . http：// https://www.360docs.net/doc/0414775918.html,

附录