光电计数器设计

贵州大学

单片机课程设计

题目：光电计数器

系别：信息工程系

班级

姓名：

学号：PB092027102

指导老师：王代强

设计时间：2009-12-29

题目：光电计数器

【摘要】

本文论述了光电计数器的工作原理、硬件电路设计和软件设计。具体分析了光电计数器的工作原理，提出了光电计数器的硬件和软件设计方案，实现了一个光电计数器的系统，并调试和检测了其性能，结果证明了该设计方案确实实现了光电计数。

关键词: 单片机；光敏三极管；施密特触发器

ABSTRACT

This paper discusses the working principle of the photoelectric counter, the hardware circuit design and software design. A detailed analysis of the photoelectric counter works, made a photoelectric counter hardware and software design, implementation of a photoelectric counter system, and debugging and testing its performance, the results show that the design did achieve the photoelectric counting.

Keywords: SCM; Phototransistor; Schmitt trigger

目录

摘要 (i)

ABSTRACT (ii)

一、绪论 (4)

1.1 背景 (4)

1.2 发光二极管 (5)

1.3 光敏三极管 (5)

1.4 施密特触发器 (6)

二、光电计数器的工作原理 (7)

三、硬件电路设计 (7)

四、软件设计 (8)

五、总结 (11)

参考文献 (11)

一、绪论

1.1背景

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。[1]

传感与检测技术是一门知识面广、综合程度高、实用性很强的专业课程。它从传感器的基本理论入手，着重讲叙传感器的结构与感测原理，传感器是一个二端口的装置，不同的传感器输入-输出特性不同，同一传感器适应不同的被测信号呈现的特性也有所不同。尤其当被测信号为静态信号时两种状态下，传感器的输入-输出特性完全不同。感测技术在许多新技术、新器件里都有应用，在课程安排上，以信息的传感、转换、处理为核心，从基本物理概念入手，阐述热工量、机械量、几何量等参数的测量原理及方法。

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。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。

1.2发光二极管[5]

发光二极管是一种光发射器件，能把电能直接转换成光能的固体发光器件，它是由镓（Ga），砷（As）），磷（P）等化合物制成的，由这些材料构成的，这种管子通过电流时将发出光来，这是由于电子与空穴直接复合。而发出能量的结果，光谱范围是比较窄的，其波长由所使用的基本材料而定。

发光二极管的种类按发光的颜色可分为红、橙、黄、绿和红外二极管等多种，按外形可分为方形和圆形等。它的导通电压比普通二极管高，应用时，加正向电压，并接入相应的限流电阻。它的正常工作电流一般为几个毫安或几十毫安，发光二极管通过电流后就能发出光来。发光强度在一定范围内与正向电流大小成线性关系。

1.3光敏三极管[2]

光敏三极管原称光电三极管，它的电流是受外部光照控制的，是一种半导体光电器件，比光敏三极管灵敏得多。电路一般用共集极开路的共射接法。光集中照射在集电结附近区域，当没有光照时，电流很小；当有光照时，电流增大。

1.4施密特触发器[3]

（1）、施密特触发器是脉冲变换中经常使用的一种电路。它在性能上有两个重要特点：

第一、输入信号从低电平上升的过程中电路状态转换时对应的输入电平，与输入信号从高电平下降过程中对应的输入转换电平不同。

第二、在电路状态转换时，通过电路内部的正反馈过程使输出电压波形的边沿变得很陡。施密特触发器又称施密特门电路。它是由两级反向器串接起来，同时通过分压电阻将输出端的电压反馈到输入端。

（2）、施密特触发器的应用

波形的变换和整形

无论施密特触发器的输入信号波形如何，只要它的幅度大于U++,电路就迅速就由一种稳态翻转到另一种稳态；当输入信号幅度低于U—时，电路又迅速翻回到原来的稳态。因此，利用施密特触发器能很方便的将连续变化的正弦波或三角波变换成矩形波。