題目光電計數(shù)器

題目：光電計數(shù)器主講：馬英新Email:

yxma@2023/1/111一、設計任務

設計并制作一個光電計數(shù)器裝置。二、設計要求及技術(shù)指標1．基本部分（1）發(fā)光器件和光接收器件之間的距離大于1m；（2）有抗干擾技術(shù)，防止背景光或瓶子抖動產(chǎn)生誤計數(shù)；（3）每計數(shù)100，用燈閃爍2s指示一下；（4）LED數(shù)碼管顯示計數(shù)值。2023/1/1122．發(fā)揮與擴展部分（1）發(fā)光器件和光接收器件之間的距離大于2m；（2）每計數(shù)100，用燈閃爍2s指示一下，同時喇叭發(fā)出提示音；（3）設計一個倒計數(shù)器。2023/1/113三、設計流程設計要求方案比較電路設計電路仿真繪原理圖器件采購硬件實現(xiàn)整機調(diào)試指標測試編撰報告成果答辯2023/1/114選擇方案設計單元電路選擇元器件計算參數(shù)畫出總體電路圖初稿審圖仿真和實驗畫出正式的總體電路圖電路設計過程。2023/1/115四、設計方案選擇時注意事項

１．要有全局觀點，抓住主要矛盾，有時局部方案為最優(yōu)，但系統(tǒng)方案不一定是最佳的。

２．在方案選擇時要考慮諸多因素，不僅要考慮方案是否可行，還要考慮怎樣保證性能可靠，如何降低成本，降低功耗，減小體積等許多實際的問題。2023/1/116五、設計單元電路的一般方法和步驟１．根據(jù)設計要求和已選定的總體方案的原理框圖，確定對各單電路的設計要求，必要時應詳細擬訂主要單元電路的性能指標，與前后級之間的關(guān)系，分析電路的構(gòu)成形式。注意各單元電路之間的相互配合，輸入注意各部分信號、輸出信號和控制信號的關(guān)系。盡量少用或不用電平轉(zhuǎn)換之類的接口電路，以簡化電路結(jié)構(gòu)，降低成本。2023/1/117２．擬訂好各單元電路的要求后，應全面檢查一遍，確定無誤后方可按信號流程順序或從難到易或從易到難順序分別設計各單元電路。３．選擇單元電路的組成形式。廣泛查閱資料，從已掌握的知識和了解的各種電路中選擇一個合適的電路。2023/1/118六、元器件選擇

１．一般優(yōu)先選用集成電路。集成電路的品種很多，選用方法一般是“先粗后細”，即先根據(jù)總體方案考慮性能、價格等因選用某種型號的集成電路?？蓞⒄障卤?-1

CMOS產(chǎn)品TTL產(chǎn)品高速中速甚高速同一種功能的數(shù)字電路2023/1/119對器件性能的要求推薦器件工作頻率其它要求產(chǎn)品種類不高（例5MHZ下）使用方便、成本低、不易損壞肖特基低功耗TTL高（例30MHZ）高速TTL較低（例1MHZ以下）功耗小或輸入電阻大，或抗干擾容限大，或高低電平一致性好普通CMOS較高高速CMOS表1-12023/1/1110２．阻容元件的選擇電阻的選擇：（１）頻率不高并需要一定功率時可用線繞電阻器（如右圖）。（２）高頻電路中要選用分布參數(shù)很小的非線繞電阻器（如右圖）。（３）如果對電阻器無特殊要求，一般選用通用型標準系列電阻器，經(jīng)濟又方便。2023/1/1111電容的選擇：電容器的主要技術(shù)參數(shù)標稱容量和允許偏差額定工作電壓絕緣電阻能量損耗使用環(huán)境溫度和溫度系數(shù)工作頻率范圍再考慮其它選用時首先考慮其次考慮2023/1/1112３．器件的選擇二極管的選擇：根據(jù)不同的用途選擇好二極管的類型，如光敏二極管、整流二極管、檢波二極管、變?nèi)荻O管、開關(guān)二極管、發(fā)光二極管等。此外還要注意不同用途的二極管對哪些參數(shù)要求嚴格。2023/1/1113七、審圖注意事項１．從全局出發(fā)，檢查總體方案是否合適，有無問題，是否有更佳方案。２．檢查各單元電路是否正確，電路形式是否適。３．模擬電路各電路之間的耦合方式有無問題，數(shù)字電路各單元電路之間的電平、時序等配合有無問題，邏輯關(guān)系是否正確，是否存在競爭冒險。2023/1/1114４．檢查電路中有無繁瑣之處，是否可簡化。５．根據(jù)圖中所出的各元器件的型號、參數(shù)，驗算能否達到性能指標，有無恰當?shù)脑Ａ?。６．要特別注意檢查電路圖中各元器件工作是否安全，是否工作在額定值范圍內(nèi)。７．解決所發(fā)現(xiàn)的全部問題后，若改動較多，應復查一遍。2023/1/1115八、總體方案設計根據(jù)電子系統(tǒng)任務要求，可以考慮多種設計方案，權(quán)衡各方面的利弊，并從中選擇一種方案實施?？紤]的因素諸如：抗干擾能力；元器件的來源、價格、體積大小及性能；設計工作量；以往在這方面的經(jīng)驗和熟悉程度。關(guān)鍵任務回顧：(1)光的發(fā)射與接收；(2)根據(jù)接收到的光信號變化進行自動計數(shù)。2023/1/1116１.方案一光源光接收信號處理計數(shù)顯示圖1方案一電路系統(tǒng)框圖(1)方案一電路系統(tǒng)框圖2023/1/1117（２）方案一工作原理在實際的啤酒等灌裝生產(chǎn)線上，當瓶子從光源和光接收器之間通過時，通過光電轉(zhuǎn)換將光的變化轉(zhuǎn)換成輸出電壓的變化，把輸出電壓的變化轉(zhuǎn)換成計數(shù)脈沖后，就可以實現(xiàn)自動計數(shù)。（３）方案一的特點全部功能通過硬件實現(xiàn)，不需編程。2023/1/1118（４）方案一主要參考元器件紅外發(fā)送接收器件、555定時電路、7400四2輸入與非門、74160計數(shù)器、7447顯示譯碼器、共陽極七段數(shù)碼管、三極管、發(fā)光二極管、電阻、電容等。2023/1/11195毫米高效率紅外發(fā)射LED

1.3V20毫安發(fā)射10米光敏二極管2CU2023/1/1120LED數(shù)碼管2023/1/1121可編程邏輯器件2023/1/1122語音提示模塊2023/1/1123２.方案二(1)方案二電路系統(tǒng)框圖光源光接收可編程邏輯器件數(shù)碼顯示圖2方案二電路系統(tǒng)框圖2023/1/1124（２）方案一工作原理在實際的啤酒等灌裝生產(chǎn)線上，當瓶子從光源和光接收器之間通過時，通過光電轉(zhuǎn)換將光的變化轉(zhuǎn)換成輸出電壓的變化，經(jīng)過可編程邏輯器件實現(xiàn)自動計數(shù)。2023/1/1125（３）方案二的特點系統(tǒng)由軟硬件共同實現(xiàn)，通過編程可隨意增加功能，控制靈活。（４）方案二主要參考元器件紅外發(fā)送接收器件、可編程邏輯器件、數(shù)碼管、發(fā)光二極管等。2023/1/1126調(diào)試過程是發(fā)現(xiàn)錯誤、改正錯誤的過程。能夠越早地發(fā)現(xiàn)錯誤，糾正它的代價就越小。錯誤可以分為：系統(tǒng)方案錯誤；系統(tǒng)設計錯誤；系統(tǒng)實現(xiàn)錯誤。

系統(tǒng)方案錯誤是致命的，如果在制作后期才發(fā)現(xiàn)它，幾乎就沒有挽救的辦法。為避免方案錯誤，在設計前要進行周密的方案論證。這時要查找大量的文獻資料，必要時開發(fā)部分原型或進行計算機模擬。九、調(diào)試2023/1/1127

系統(tǒng)設計錯誤通常意味要對物理線路作較大的改動。一是使用計算機對電路進行模擬，例如驗證濾波器的特性，而且模擬的結(jié)果為物理線路的調(diào)試提供了參考依據(jù)。另一個是使用可編程邏輯器件，如GAL，這樣在發(fā)現(xiàn)錯誤時只要重新改變編程，不需要做大的改動。

例如，器件選擇錯誤，在高速應用中使用了低速器件；元件參數(shù)計算錯誤，以致達不到預定的指標。這些都是設計上的錯誤。在這里采用兩種手段來減少設計錯誤，或減少設計錯誤造成的影響。2023/1/1128

系統(tǒng)實現(xiàn)錯誤主要是器件接線錯誤或工作點設置錯誤。查找實現(xiàn)錯誤時可以根據(jù)模擬的結(jié)果進行對