电子线路设计课程实验报告--光电计数器[12页].doc
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电子技术课程设计
实验报告
光电计数器
指导教师: 李维敏
学生姓名班级学号
通信0902
通信0902
通信0906
日期：2011年12月20日星期二
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评语：
指导教师签字：
日期：
目录
光电计数器
一、设计任务书
1实验目的
掌握非电量测量系统的工作原理，学习传感器知识。掌握 555 时基电路构成单稳态触发器、多谐振荡器的设计方法。掌握数字电路计数、译码、显示系统的工作原理及设计方法。2设计要求
2.1基本部分
1、发光器件和光接收器件之间的距离大于1m；
2、有抗干扰技术，防止背景光或瓶子抖动产生误计数；
3、最大计数值为99；
4、每计数满10，用灯闪烁2s指示一下；
5、数码管显示计数值；
6、工作电源为220V交流电。
2.2发挥部分
1、可上电自动复位和外部手动人工复位；
2、高位为零时，采用灭零处理；
3、发光器件和光接收器件之间的距离大于2m；
4、每当计数值满10时，灯闪烁的同时喇叭发出提示音（音频为500-1000Hz之间）；
5、设计一个倒计数器。
二、设计框图及电路系统概述
本方案的计数部分主要采用的是十进制加减计数器 74LS190。故可实现扩展功能中的倒计数功能。电路的基本原理是将红外接受装置接入 74LS190 芯片，由瓶子的走向来决定是加法计数还是减法计数。红外传感器采用直流供电，接收对管判断是否有物体通过光电门，并且当物体通过光电门时输出一个高电平，触发后面的加法计数器，使其加一，为简单起见，计数器为一组BCD码输出，输出由BCD-七段数码管译码器译码，输入至数码管显示。使用两组BCD
码，使计数范围加大，实现一百以内的计数。由于要要实现拓展功能，即：每当计数值达到 10时，灯闪烁的同时喇叭发出提示音（音频为 500-1000Hz 之间），于是采用两片 NE555，一片来产生方波，另一片在计数到达10之后接收 74LS190 产生的高电平信号，来产生 2s 的单稳态，与方波信号调制以后控制 LED 闪烁，蜂鸣器发声。蜂鸣器发声的频率和 LED 闪烁的频率理论上应该是一样的，实验的基本思路如下图所示：
三、各单元的设计方案及原理说明
1直流电源
在电子电路中，通常需要电压稳定的直流电源供电，小功率稳压电源一般是由电源变压器、整流、滤波和稳压四部分组成的。
1电源变压器：
电源变压器的作用是将电压220V的交流电压转换成整流滤波电路所需的低电压。
2整流电路：
整流电路一般由具有单向导电性的二极管构成，经常采用单相全波和单相桥式整流电路。
如图所示的整流电路为应用广泛的桥式整流电路。电路中采用了 4 个二极管，组成单相桥式整流电路。整流过程中，4 个二极管轮流导通，无论正半周还是负半周，流过负载的电流方向是一致的，形成全波整流，将变压器输出的交流电压变成了脉动的直流电压。
3滤波电路：
在整流电路的输出端并联电容即可形成滤波电路。加入电容滤波电路后，由于电容是储能元件，利用其充放电特性，使输出波形平滑，减少脉动成分，以达到滤波目的。为了使滤波效果更好，可以选择容量大的电容为滤波电容。因为电容的放电时间常数越长，放电过程越慢，脉动成分越少，同时使得电压更高。
4稳压电路：
经过滤波后输出的直流电压仍然存在较大纹波，而且交流电网电压容许有±10%的起伏，随着电网电压的起伏，输出电压也会随之变动。此外，经过滤波后输出的直流电压也与负载的大小有关，当负载加重时，由于输出电流能力有限，使得输出的直流电压下降。因此，当需要稳定的直流电源时，在整流、滤波电路后通常需要配有稳压电路。
5红外发光器件和光接收器件
这部分由集成红外传感器组成，当发光器件和光接收部分对准后，有物体挡光时，光接收器件输出高电平。
2 输入部分
我们信号的产生装置直接使用从市场购买的的光电传感器。该设备为对射型光电传感器，发光器和收光器是分离开的这样可以实现较远距离的检测。使用时把发光器和接收器分别装在检测物通过的路径两侧，检测物通过时阻挡光路，收光器就动作输出一个开关控制信号。我们将产生的这个信号作为计数信号接入计数电路。
方波发生器也是由 NE555 构成，本质上是一个多谐振荡器。由 NE555 组成的振荡电路产生任意频率可调的方波信号。频率由电阻及电容的值来控制。具体频率、周期的计算见后。方波发生器图如下：
3单稳态部分：
用NE555 组成的单稳态电路产生一个持续时间为2S 的高电平脉冲，用于供给LED 灯闪烁及蜂鸣器蜂鸣。电路由计数电路的第二片190 在计数从99 到100 时产生的一个下降沿触发。单稳态电路如下：
4显示部分：
译码是编码的逆过程，译码器的功能与编码器相反，它将具有特定含义的不同二进制代码辨别出来，翻译成对应的输出信号。
译码器也分成3类，二进制译码器如3—8线译码器74LS138。二—十进制译码器可实现各种代码之间的转换，例如74LS145。显示译码器，用来驱动各种数字显示器，如共阳极数码驱动器74LS47。
图4：74LS47译码器/驱动器外引线排列
*工作原理
74LS47是驱动共阳极数码管的译码驱动器。其外引线排列如图4所示。为了直接驱动指示灯，74LS47的输出是低电平作用的，即输出为0时，对应字段点亮；输出为1时，对应字段熄灭。A 、B 、C 、D 接收二进制码输入，a b c d e f g Q Q Q Q Q Q Q 、、、、、、的输出分别驱动7段一码管的a 、b 、c 、d 、e 、f 和g 段。
译码管有4个使能端，灯测试输入LT、静态灭灯输入BI，动态灭零输入RBI、动态灭零输出RBO。
当LT接低电平是，译码器各段输出低电平，数码管7段全亮，因此可利用此段输入低电平对数码管进行测试。RBI是动态灭零输入使能端，当BI=1，LT=1，RBI=0时，如果输入数码DCBA=0000，译码器各段输出均为高电平，数码管不显示数字（但输入其它数码，数码管仍显示），并且灭零输出RBO为0。利用RBI端，可对无意义的零进行消隐。BI是静态灭灯输入使能端，它与动态灭零输出RBO共用一个输出端，当BI=0，不论DCBA为何状态，译码器各段输出均为高电平，显示器各段均不亮，利用BI可对数码管进行熄灭或工作控制。RBO是动态灭零输出端，当RBI=0、LT=0，、DCBA=0000时，且RBO=0表示译码器处于灭零状态。RBO端的设置主要用于多个译码器级联时，对无意义的零消隐。功能表如表二所示。
74LS190管脚如图：
功能表
电路由两片 74LS190 级联构成，74LS190 是两位十进制可加减计数器。74LS190为可预置十进制同步加减计数器，其功能表见表。其预置是异步的，当置入控制端LD 为低这部分电电平时，不管时钟端CP 状态如何，输出端
3
0~Q Q 即预置成与数据输入端
3
0~D D 相一致的
状态。其计数是同步的，靠CP 同时加在四个触发器上而实现的。当计数控制端CT 为低电平时，在CP 上升沿作用下
3
0~Q Q 同时变化，从而消除了异步计数器中出现的计数尖峰。当计
数方式控制D U /为低电平时进行加计数；当D U /为高电平时进行减计数。只有在CP 为高电平时CT 和D U /才可以跳变。其有超前进位功能，当计数上溢或下溢时，进位/借位输出端
BO CO /输出一个宽度等于脉冲周期的高电平脉冲；行波时钟输出端RC 输出一个宽度等于
CP 低电平部分的低电平脉冲。；利用RC 端可级联成N 位同步计数器。当采用并行时钟控制时，则将RC 接到后一级CT ；当采用并行CT 控制时，则将RC 接到后一级CP 。
当/D 端为高电平时，执行倒计数；当/D 为低电平时，执行加计数。当/D 为低电平时，执行加计数。/D 端也需要接一个红外接收器，并使/D 端的红外光与时钟端的红外光平行。
当物体遮住/D 端的红外光同时离开时钟端的红外光时，就会倒计数；当物体离开时钟端的红外光，而未遮住 /D 端的红外光时，就执行加计数。这样，当物体从不同方向通过时