光電控制計數(shù)器設(shè)計與制作.doc

設(shè) 計 報 告學(xué) 院電子與信息學(xué)院課程名稱電子電路課程設(shè)計設(shè)計題目光電控制計數(shù)器設(shè)計與制作專 業(yè)班 級姓 名學(xué) 號指導(dǎo)教師時 間光電控制計數(shù)器一、設(shè)計要求1、 電路功能：對某項物件進(jìn)行計數(shù)，計數(shù)物件速度可慢，可快。計數(shù)物體體積約8080cm。2、 工作原理：利用遮斷式紅外控制原理對通過的物件計數(shù)。紅外發(fā)光管與光電接收管相對安放，每當(dāng)物件通過一次，紅外光被遮擋一次，光電接收管的輸出電壓發(fā)生一次變化，這個變化的電壓信號通過放大和處理后，形成計數(shù)脈沖，去觸發(fā)一個十進(jìn)制計數(shù)器，便可實現(xiàn)對物件的計數(shù)統(tǒng)計。3、 性能要求：A、計數(shù)范圍199。B、物件速度頻率：1Hz100Hz。C、具備復(fù)位、抗干擾等功能。二、光檢測脈沖發(fā)生器二十進(jìn)制計數(shù)器BCD碼BCD碼七段譯碼器LED原理方框圖三、方案比較：方案一：電路圖如下圖所示方案二：如下圖所示采用方案一的原因：1、 方案一比方案二簡單：方案一的計數(shù)顯示部分只需三個芯片，采用CD4543驅(qū)動LED的配接電路，接線排列有規(guī)律、整齊，增強(qiáng)電路板的藝術(shù)美感。2、 光電計數(shù)部分，將方案一中的發(fā)光二極管換成紅外線發(fā)光二極管，其他部分保持不變，不會有影響，電路可正常工作，并滿足設(shè)計與制作要求中的利用遮斷式紅外控制原理對通過的物件計數(shù)。3、 方案一脈沖輸出由比較器產(chǎn)生，而電壓比較器為低功耗、低失調(diào)。加上上次實操制作已經(jīng)使用555制作方波信號發(fā)生器，所以想使用比較器，擴(kuò)展知識面。4、 方案一比方案二更有把握調(diào)試成功。四、 工作原理電路圖如下圖所示,包括電源、光電計數(shù)和計數(shù)顯示三大部分。1、電源部分：220V交流市電經(jīng)變壓器T降壓、橋式整流、電容濾波、7809穩(wěn)壓后為整個電路提供+9V穩(wěn)壓工作電壓。由于實驗室的信號發(fā)生器可以輸出+9V穩(wěn)壓工作電壓，所以略去此部分。2、光電計數(shù)部分：當(dāng)光電三極管VT1接收紅外發(fā)光二極管VD1射來的紅外光線時，其亮電流增大，內(nèi)阻減小，集電極輸出低電平。此低電平加到電壓比較器IC2B的反相輸入端6腳，同時因IC2B的同相輸入端5腳經(jīng)R3，R4電阻分壓后，電壓為4.5V，因此6腳電壓小于5腳電壓，IC2B的7腳輸出高電平。此高電平又加到比較器IC2A的反相輸入端2腳，使2腳電壓高于同相輸入端3腳電壓，比較器高于IC2A的1腳輸出為低電平，該低電平使光電耦合器內(nèi)藏發(fā)光管點亮，對應(yīng)的光敏管導(dǎo)通，三極管VT2也導(dǎo)通，VT2集電極輸出低電平。當(dāng)有物體通過紅外發(fā)光二極管VD1和接收管VT1之間時，紅外線被擋住，VT1因無光照，其暗電流小于0.3A，集電極輸出高電平。因比較器IC2B的6腳電壓大于5腳電壓，比較器的7腳輸出低電平，同樣比較器IC2A的2腳電壓小于3腳電壓，使1腳輸出為高電平，光電耦合器截止，三極管VT2也截止，VT2集電極輸出高電平。 綜上所述，當(dāng)有物體通過VT1時，便在VT2集電極上輸出計數(shù)脈沖信號。3、計數(shù)顯示部分：采用CD4518組成8421碼同步十進(jìn)制計數(shù)器，對VT2集電極輸出的脈沖信號下降沿進(jìn)行計數(shù)。為滿足下降沿計數(shù)的要求，需將CD4518的CP端接地，計數(shù)脈沖信號接EN輸入端。因CD4518內(nèi)含兩個相同的計數(shù)器，可將第一級的Q4輸入接第二級的EN端，構(gòu)成兩級串行計數(shù)，實現(xiàn)099的計數(shù)器顯示。CD4518的第7，15腳為清零端Cr，通過電阻R12接地為零電平，與電容C4一起實現(xiàn)開機(jī)清零作用。譯碼電路采用兩塊CD4543分別組成BCD七段譯碼器，驅(qū)動LED數(shù)碼管顯示器。電阻R13R26為限流電阻。五、元件介紹CC4518的功能表輸入輸出輸入輸出CPCRENCPCREN01加計數(shù)00000減計數(shù)100X保持X1XX0CD4518引腳排列 CD4518的邏輯圖89Vss2Q31234567101112131415161CP1EN1Q01Q11Q21Q31CRVDD2CR2Q22Q12Q02EN2CP12791015345611121314CTR DIV 10CT=011+CT0123CT0123CT=0CD4543驅(qū)動LED的配接電路CD4543BCD7段譯碼驅(qū)動器DABC輸入（BCD碼）2345ph 6B1 78VssLD1Vcc+12V15（f）14（g）13（e）12（d）11（c）10（b）9（a）R1R71238910647LEDR1R7=1.5k六、元件選擇IC1 選用三端固定穩(wěn)壓集成電路，IC2 選用LM393集成電路；IC1和IC2也可以只使用一個LM393集成電路；由于電路板面積的極限，所以采用后者。IC3 選用4518集成電路；IC4和IC5選用4543集成電路。VT1 選用3DU12光電三極管；VT2 選用2SC218三極管，買不到換成S9018。VD1 選用SE303紅外發(fā)光二極管。電容C1采用電解電容220u，C2采用普通100p電容，C3采用1u的電解電容。光耦合器4N35在調(diào)試過程中燒壞，換成P521。電阻全部采用1/8金屬膜電阻,阻值如下：R12.4k R2可變電阻R362kR4 62kR51M R6 10kR73.9k R8 10kR930kR10 10kR114kR1230kR13R26 1k14七、制作安裝時要求發(fā)光管與接收管正對，同時為避免自然光線干擾引起的誤計數(shù)，應(yīng)在接收管上套一段黑色圓筒作遮光筒。本計數(shù)可實現(xiàn)099的計數(shù)顯示，若要增加計數(shù)位數(shù)，可直接對計數(shù)顯示部分進(jìn)行擴(kuò)展。八、調(diào)試 安裝時要求發(fā)光管與接收管正對，同時為避免自然光線干擾引起的誤計數(shù)，應(yīng)在接收管上套一段黑色圓筒作遮光筒。本計數(shù)器可實現(xiàn)099的計數(shù)顯示，若要增加計數(shù)位數(shù)，可直接對計數(shù)顯示部分進(jìn)行擴(kuò)展。電路焊好后，出現(xiàn)的錯誤是：LED的f段不能亮，而且不能正常計數(shù)，輸出端不能正常輸出脈沖。用萬用表測試各條接線的電壓，發(fā)現(xiàn)6、7、2連在一起被短路，以及8、4的接線是錯誤的，因此兩個比較器都不能比較電壓，所以沒發(fā)輸出方波。芯片的接線，書中提供的是錯誤，因此LED的f段不能正常發(fā)亮，LED顯示器也不能正常計數(shù)以及開機(jī)清零。九、心得1、別人的答案只能只能參考，不能照搬。要有獨立的見解，善于發(fā)現(xiàn)錯誤，改正錯誤。2、專業(yè)知識的缺乏，成為了整個過程最大的阻力，“書到用時方知少”，應(yīng)該好好學(xué)習(xí)，豐富自己的知識。向別人發(fā)問，問題應(yīng)該高級。3、自己探索，使自己的電路調(diào)試成功，自己很滿足，這是一種幸福！4、進(jìn)一步熟悉Protel 99SE和EWB軟件的使用，使用Word等畫圖工具畫電路圖，增強(qiáng)自己的畫圖能力。5、進(jìn)一步熟悉萬用表、示波器、信號發(fā)生器等實驗設(shè)備的使用，判別元器件的引腳、好壞等能力有所提高。6、感謝老師、同學(xué)及電子城的銷售人員耐心的指導(dǎo)與幫助！十、自我評價電路板調(diào)試成功