光電計(jì)數(shù)器-實(shí)驗(yàn)報(bào)告

電子系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)題目：光電計(jì)數(shù)器作者：指導(dǎo)教師：光電計(jì)數(shù)器實(shí)驗(yàn)報(bào)告工業(yè)生產(chǎn)中常常需要自動(dòng)統(tǒng)計(jì)產(chǎn)品的數(shù)量，數(shù)字式電子計(jì)數(shù)器有直觀和計(jì)數(shù)精確的優(yōu)點(diǎn)，目前已在各種行業(yè)中普遍使用。本次設(shè)計(jì)的光電計(jì)數(shù)器采用光電傳感器與計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)對(duì)物件的數(shù)目統(tǒng)計(jì)。光電式傳感器是將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)的一種傳感器。我們采用的傳感器為紅外光電傳感器。一、設(shè)計(jì)內(nèi)容及要求設(shè)計(jì)并制作一個(gè)光電計(jì)數(shù)器裝置。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(dòng)產(chǎn)生誤計(jì)數(shù)；（3）每計(jì)數(shù)100，用燈閃爍2s指示一下；（4）LED數(shù)碼管顯示計(jì)數(shù)值。2．發(fā)揮與擴(kuò)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(jì)數(shù)100，用燈閃爍2s指示一下，同時(shí)喇叭發(fā)出提示音；（3）設(shè)計(jì)一個(gè)倒計(jì)數(shù)器。二、設(shè)計(jì)方案1.基本思路我們的設(shè)計(jì)思路是將基本部分與發(fā)揮部分統(tǒng)籌考慮，進(jìn)行方案設(shè)計(jì)。第一、光信號(hào)的采集，光能否被接收會(huì)產(chǎn)生不同的信號(hào)，將其轉(zhuǎn)換成高低電平；第二、計(jì)數(shù)器記錄高低電平的變化，實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)功能；第三、計(jì)數(shù)器計(jì)滿(mǎn)后，輸出信號(hào)通過(guò)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，產(chǎn)生2秒延時(shí)，同時(shí)驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的蜂鳴器電路與LED電路。2.器件選擇計(jì)數(shù)器：由于計(jì)數(shù)要求為100，且可以倒計(jì)數(shù)，我們選擇了74LS190計(jì)數(shù)器，其計(jì)數(shù)方式為模10的8421BCD碼計(jì)數(shù)。對(duì)射管：74LS190為上升沿計(jì)數(shù)，因而我們選用使用廣泛的紅外對(duì)射管，光路斷開(kāi)時(shí)，輸出低電平；光路建立時(shí)，輸出高電平。一個(gè)上升沿恰好對(duì)應(yīng)一次計(jì)數(shù)。此外，它還有集成度高，使用靈活，輸出電平穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。數(shù)碼管：我們選用的是8段共陽(yáng)數(shù)碼管。顯示譯碼器：由于計(jì)數(shù)器輸出為8421BCD碼，且數(shù)碼管為共陽(yáng)，因此我們選用74LS47。555定時(shí)器：由于在計(jì)滿(mǎn)數(shù)后，進(jìn)位端產(chǎn)生低電平，且要求在兩秒內(nèi)驅(qū)動(dòng)提示電路，因此我們采用被廣泛使用的NE555定時(shí)電路，用作單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。發(fā)光二極管：設(shè)計(jì)要求為發(fā)光二極管閃爍2秒，我們有2種設(shè)計(jì)方法。第一，用2片555，一片用作定時(shí)2秒的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，另一片用作方波發(fā)生電路，將二者通入與門(mén)電路得到時(shí)長(zhǎng)為2秒的方波，使用的LED為常亮型；第二，用一片555，只用作單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，使用的LED為自閃爍型。綜合考慮電路復(fù)雜度、成本等方面，我們選用自閃爍型的LED。蜂鳴器：使用蜂鳴器用來(lái)播放提示音。三極管：由于定時(shí)2秒內(nèi)，輸出電平為高電平，因而我們使用NPN三極管來(lái)驅(qū)動(dòng)蜂鳴器，型號(hào)為S8050。三、系統(tǒng)組成1.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖：光信號(hào)采集光信號(hào)采集模100計(jì)數(shù)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器發(fā)光二極管蜂鳴器2.具體實(shí)現(xiàn)：eq\o\ac(○,1)光信號(hào)采集：由于軟件Proteus中沒(méi)有對(duì)射管符號(hào)，考慮到其功能與開(kāi)關(guān)類(lèi)似，我們暫且用開(kāi)關(guān)電路模擬對(duì)射管，當(dāng)開(kāi)關(guān)閉合，輸出低電平，對(duì)應(yīng)對(duì)射管光路斷開(kāi)；當(dāng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，輸出高電平，對(duì)應(yīng)對(duì)射管光路建立。為了防止抖動(dòng)，我們加入C3，過(guò)濾抖動(dòng)產(chǎn)生的尖脈沖，實(shí)際效果良好。eq\o\ac(○,2)計(jì)數(shù)器74LS190引腳圖如下：功能表如下：由于計(jì)數(shù)模值為100，我們采用兩片74LS190級(jí)聯(lián)，低位片的進(jìn)位端RCO與高位片CLK相連。擴(kuò)展功能要求實(shí)現(xiàn)加減計(jì)數(shù)，我們?cè)?管腳接入加減選擇開(kāi)關(guān)。同時(shí)加減計(jì)數(shù)起始值不同(00或99)，我們又加入預(yù)置數(shù)與預(yù)置開(kāi)關(guān)，預(yù)置數(shù)D0與D3連接加減選擇開(kāi)關(guān)，D1與D2接地。預(yù)置開(kāi)關(guān)連接在預(yù)置端與地間，按鍵送低電平，實(shí)現(xiàn)預(yù)置。電路圖如下：eq\o\ac(○,3)譯碼顯示電路七段共陽(yáng)數(shù)碼管，由74LS47控制，它們之間實(shí)際連接了1K的限流電阻，電路圖未體現(xiàn)出。eq\o\ac(○,4)單穩(wěn)態(tài)電路由于計(jì)數(shù)計(jì)滿(mǎn)后有兩秒的提示電路，我們采用555定時(shí)電路。555引腳圖及功能表：其定時(shí)時(shí)間為：t=1.1*R*C由于定時(shí)時(shí)間約為2秒，我們選擇參數(shù)為R=200K，C=10uF。輸入脈沖由高位計(jì)數(shù)器74LS190提供，輸出脈沖用于驅(qū)動(dòng)蜂鳴器與LED。又因?yàn)榇蠖鄶?shù)時(shí)間單穩(wěn)態(tài)電路輸出低電平，在提示時(shí)輸出高電平，所以我們?cè)O(shè)計(jì)將LED正極接555，負(fù)極接地。同時(shí)用NPN三極管驅(qū)動(dòng)蜂鳴器。電路圖如下：3.實(shí)際電路圖：四、電路焊接及調(diào)試由于此前已經(jīng)焊接過(guò)多塊電路板，積累了一定的經(jīng)驗(yàn)，焊接比較順利，我們特別注意有沒(méi)有出現(xiàn)虛焊漏焊等錯(cuò)誤。調(diào)試是本次課程設(shè)計(jì)耗時(shí)最多的環(huán)節(jié)。主要有2個(gè)位置的調(diào)試。第一、光電轉(zhuǎn)換部分。一開(kāi)始，我們擔(dān)心對(duì)射管輸出電平難以與芯片接口，設(shè)計(jì)了繼電器電路，光電轉(zhuǎn)換效果良好，但是一個(gè)非常嚴(yán)重的問(wèn)題就是抖動(dòng)太嚴(yán)重。通光一次應(yīng)當(dāng)計(jì)一個(gè)數(shù)，但數(shù)碼管顯示數(shù)字完全沒(méi)有規(guī)律。我們甚至擔(dān)心計(jì)數(shù)器有問(wèn)題，我們單獨(dú)測(cè)試計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)器工作正常，于是我們開(kāi)始研究繼電器部分，查閱資料后發(fā)現(xiàn)，繼電器內(nèi)部有觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)，抖動(dòng)就是由這個(gè)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)引起的。于是我們將對(duì)射管輸出電平直接送給低位計(jì)數(shù)器，并且通過(guò)一個(gè)電容接地，過(guò)濾抖動(dòng)脈沖，最后測(cè)試良好。第二、單穩(wěn)態(tài)電路。我們使用Proteus仿真定時(shí)電路，定時(shí)準(zhǔn)確，我們按電路圖焊接，發(fā)現(xiàn)實(shí)際結(jié)果與仿真相反，計(jì)數(shù)未滿(mǎn)時(shí)LED閃，蜂鳴器響，計(jì)數(shù)滿(mǎn)時(shí)LED滅，蜂鳴器不響，我們使用萬(wàn)用表測(cè)量，得到的結(jié)果與仿真不同：仿真顯示輸出2秒的脈沖為低電平，而實(shí)際上輸出為高電平。很長(zhǎng)時(shí)間我們并沒(méi)有發(fā)現(xiàn)這一點(diǎn)，甚至更換了555芯片。萬(wàn)用表測(cè)試后，我們意識(shí)到這一點(diǎn)，最后定時(shí)電路工作良好。五、總結(jié)：光電計(jì)數(shù)器，使我們做出的第一個(gè)具有實(shí)際功能的系統(tǒng)，剛拿到題目是感覺(jué)系統(tǒng)很復(fù)雜，很難入手。我們從功能出發(fā)，由簡(jiǎn)到繁，逐漸增加功能，確定實(shí)際方案。然后利用軟件Proteus進(jìn)行電路仿真，調(diào)試。仿真實(shí)現(xiàn)功能后，我們購(gòu)置器件，開(kāi)始焊接，實(shí)物調(diào)試。實(shí)際制作時(shí)，我們先利用開(kāi)關(guān)電路代替光電轉(zhuǎn)換電路，把比較熟悉的計(jì)數(shù)器部分實(shí)現(xiàn)，再加上譯碼顯示電路。然后才與光電轉(zhuǎn)換電路接口，至此實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)功能。在此基礎(chǔ)上，我們最后再加上定時(shí)電路與提示電路。后期是功能的完