紅外自動(dòng)計(jì)數(shù)的模擬裝置電工電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)

1、景德鎮(zhèn)陶瓷學(xué)院題目：紅外自動(dòng)計(jì)數(shù)的模擬裝置班級(jí)：10機(jī)設(shè)（2）班學(xué)號(hào)：姓名：指導(dǎo)： 時(shí)間：2012.06.042012.06.10景德鎮(zhèn)陶瓷學(xué)院電工電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書姓名： 班級(jí)： 10機(jī)設(shè)（2）班 指導(dǎo)老師： 設(shè)計(jì)課題：紅外自動(dòng)計(jì)數(shù)的模擬裝置設(shè)計(jì)任務(wù)與要求查找一個(gè)感興趣的電工電子技術(shù)應(yīng)用電路，要求電子元件超過3050個(gè)或以上，根據(jù)應(yīng)用電路的功能，確定封面上的題目，然后完成以下任務(wù)：1. 分析電路由幾個(gè)部分組成，并用方框圖對(duì)它進(jìn)行整體描述；2. 對(duì)電路的每個(gè)部分分別進(jìn)行單獨(dú)說明，畫出對(duì)應(yīng)的單元電路，3. 分析電路原理元件參數(shù)、所起的作用、以及與其他部分電路的關(guān)系等等；4. 用簡單的電路圖繪

2、圖軟件繪出整體電路圖，在電路圖中加上自己的班級(jí)名稱、學(xué)號(hào)、姓名等信息；5. 對(duì)整體電路原理進(jìn)行完整功能描述；6. 列出標(biāo)準(zhǔn)的元件清單；設(shè)計(jì)步驟1、 查閱相關(guān)資料，開始撰寫設(shè)計(jì)說明書；2、 先給出總體方案并對(duì)工作原理進(jìn)行大致的說明；3、 依次對(duì)各部分分別給出單元電路，并進(jìn)行相應(yīng)的原理、參數(shù)分析計(jì)算、功能以及與其他部分電路的關(guān)系等等說明；4、 列出標(biāo)準(zhǔn)的元件清單；5、 總體電路的繪制及總體電路原理相關(guān)說明；6、列出設(shè)計(jì)中所涉及的所有參考文獻(xiàn)資料。設(shè)計(jì)說明書字?jǐn)?shù)不得少于3000字。參考文獻(xiàn)【1】 王港元主編. 電工電子實(shí)踐指導(dǎo)m.南昌：江西出版集團(tuán)，江西科學(xué)技術(shù)出版社，2009【2】 秦曾煌,姜三勇

3、,電工學(xué) 電子技術(shù)（第七版 下冊(cè)）m.北京：高等教育出版社,2011【3】 黃智偉 全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽常用電路模塊制作m.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2011目錄1、 前言.42、 總體方案與原理說明. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .53、 橋式整流電路. . . . . . . . . . . . . . . . . . .64、 濾波穩(wěn)壓電路. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4、 . .75、 vdt紅外發(fā)射，接收電路. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .86、 光耦4n25電路 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97、 脈沖振蕩器.108、 cd40110十進(jìn)制加減計(jì)數(shù)器鎖存七段129、 led數(shù)碼管1310、 總體電路原理相關(guān)說明. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1511、 總體電

5、路原理圖. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1612、 元件清單. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1713、 參考文獻(xiàn). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .1814、 設(shè)計(jì)心得體會(huì). . . . . . . . . . . . . .

6、 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191. 前言現(xiàn)在是夏天了，天氣真的很熱。冷飲是很受歡迎的，綠茶，可樂，雪碧等，不知道大家知不知道，冷飲是整箱打包運(yùn)輸?shù)摹Ｔ邶嫶蟮纳a(chǎn)車間，不可能是人工數(shù)瓶子在打包，那樣效率太低了?，F(xiàn)在設(shè)計(jì)、制造能夠模擬飲料易拉罐自動(dòng)計(jì)數(shù)且數(shù)顯計(jì)數(shù)量的裝置。成產(chǎn)單位常采用如下紅外自動(dòng)計(jì)數(shù)裝置，將裝有飲料的易拉罐放在穿過紅外發(fā)射、接受系統(tǒng)，形成計(jì)數(shù)脈沖，然后計(jì)數(shù)脈沖電路加工、計(jì)數(shù)，在數(shù)顯易拉罐計(jì)數(shù)結(jié)果，就知道其生產(chǎn)量。由于工廠的設(shè)備比較復(fù)雜。我們只能模擬。我們可以講紅外發(fā)射、接受系統(tǒng)安裝在萬用板上，二者保持1cm以

7、上的距離。用卡片（vip ，身份證等）先插入隨即抽出紅外發(fā)射、接收系統(tǒng)中?？ㄆ囊贿M(jìn)一出表示有易拉罐一個(gè)一個(gè)地穿過紅外線，于是在電路上同樣可形成計(jì)數(shù)脈沖。要求：模擬裝置接入電源，電源指示燈（綠燈）亮。手動(dòng)清零，顯示“0 0”。模擬易拉罐傳動(dòng)形成計(jì)數(shù)脈沖，計(jì)數(shù)脈沖指示燈（黃燈）閃亮。隨著模擬易拉罐穿過紅外收、發(fā)系統(tǒng)的次數(shù)漸增，顯示器依次顯示01，02，03，.20。一旦計(jì)數(shù)達(dá)20，計(jì)數(shù)脈沖脈沖形成電路便停止工作。此后沒有計(jì)數(shù)脈沖輸出，計(jì)數(shù)脈沖指示燈不在閃亮，顯示器也停止在“20”，無論紅外系統(tǒng)內(nèi)有否物件穿插，始終顯示“20”不變，表示此時(shí)4計(jì)滿一箱。要繼續(xù)計(jì)數(shù)，必須先清零，顯示“0 0”，方可開

8、始新一輪計(jì)數(shù)，知道顯示“20”表明又計(jì)滿一箱。必須能如此往復(fù)工作。2. 總體方案與原理說明現(xiàn)在看看作品設(shè)計(jì)總體方案直流穩(wěn)壓電源7809整流/濾波市電 /降壓數(shù)碼顯示十進(jìn)制加減計(jì)數(shù)器所存七段cd40110脈沖振動(dòng)器光耦合器件4n25vdt紅外發(fā)射，接收系統(tǒng)圖01 方案框圖我們知道在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中，主要采用交流電，但是在某些場(chǎng)合，如我們的電子線路和自動(dòng)控制裝置中就要用電壓非常穩(wěn)定的直流電路。在此，就有要降壓，把交流電整流成直流電，但還是不穩(wěn)定 ，此時(shí)要三端集成穩(wěn)壓器7809. 有了穩(wěn)定的電壓之后。通過紅外發(fā)射和接收脈沖和光耦合器件，接收到脈沖經(jīng)過以及三極管的處理之后。這種脈沖是不能被led

9、數(shù)碼管所接收，十進(jìn)制加減計(jì)數(shù)器所存七段 cd40110就派上用場(chǎng)了。有東西在vdt紅外發(fā)射，接收系統(tǒng)通過時(shí) ，我們就能在數(shù)碼管上看到顯示的數(shù)字。這就是該方案的設(shè)計(jì)思路。3. 橋式整流電路現(xiàn)在我們來看看in4007。電壓, vrrm:1000v 電流, if平均:1a 正向電壓vf最大:1.1v 電流, ifs最大:30a 封裝形式:do-41 針腳數(shù):2 器件標(biāo)記:1n4007 封裝類型:do-41 總功率, ptot:2.5w 正向電壓,于if:1.1v 電流, ifsm:30a。特性：正向?qū)妷航档停瑢?dǎo)通電流高，泄露電流低，過載電流高，成本低。圖02 in4007的封裝圖03 橋式整流電

10、路220v市電經(jīng)過220v/12v變壓器t降壓。在變壓器二次電壓u的正半周時(shí)，其極性為上正下負(fù)，即二極管和導(dǎo)通，和截止，這時(shí)，負(fù)載上得到一個(gè)半波電壓。在變壓器二次電壓u的負(fù)半周時(shí)，其極性為上負(fù)下正，即二極管和截止，和導(dǎo)通，這時(shí)，負(fù)載上得到一個(gè)半波電壓。這就是整流電路。4. 濾波穩(wěn)壓電路圖04 濾波穩(wěn)壓電路這地方最引人注目的是那個(gè)集成芯片，從圖中我們知道它代號(hào)w7809，它是w78 系列（輸出固定正電壓），它們有輸入（i）、輸出（o）和地（gnd）或調(diào)整（adj）三個(gè)端子，故稱為三端集成穩(wěn)壓器。圖05 w7809的穩(wěn)壓電路使用時(shí)只須在其輸入端和輸出端與地端之間個(gè)并聯(lián)一個(gè)電容即可。輸入和輸出電壓相

11、差不得小于2v,一般在5v左右。對(duì)于濾波電容的選取，我們一般要求：rlc（35）/2，式中，t是u的周期。在這我還要介紹發(fā)光二極管。普通發(fā)光二極管當(dāng)給這種二極管加23v正向電壓，只要有正向電流通過時(shí)，他就能能會(huì)發(fā)出可見光，通常有紅光，黃光，綠光，藍(lán)光，紫外光等，由于光具有能量的，不同的色光能量所需電壓也是不同的。如紅光時(shí)最低需1.6v、發(fā)綠光時(shí)需要1.8v 、發(fā)藍(lán)光是需3v。發(fā)光二極管工作電壓低、電流小、發(fā)光穩(wěn)定、體積小，廣泛用于收錄機(jī)、音響設(shè)備以及儀器儀表等工業(yè)產(chǎn)品中。發(fā)光二極管可以用直流、交流、脈沖等電源驅(qū)動(dòng)點(diǎn)燃。直流驅(qū)動(dòng)線路，圖中r為限流電阻。改變r(jià)的阻值大小，可以改變發(fā)光管的工作電流，

12、從而調(diào)整發(fā)光管的亮度。同時(shí)能防止發(fā)光二極管因工作電流過大而燒毀。的數(shù)值公式估算：（e-uf）/if 式中e：電源電壓 ，uf：發(fā)光二極管的正向壓降，if：工作電流 在本設(shè)計(jì)中r=（12-2）/0.25=400 在此為了安全，可以取4k7圖06 led的限流電阻選取5. vdt紅外發(fā)射，接收電路這是一個(gè)比較很關(guān)鍵的部分，紅外發(fā)光二極管，常用的紅外發(fā)光二極管（如se303.ph303)，其外形和發(fā)光二極管led相似，發(fā)出紅外光。管壓降約1.4v，工作電流一般小于20ma。為了適應(yīng)不同的工作電壓，回路中常常串有限流電阻（在該電路中是用4k7限流的）。 紅外接收管就是將光信號(hào)（不可見光）轉(zhuǎn)換成電信號(hào)一

13、般是接收、放大、解調(diào)一體頭，紅外信號(hào)經(jīng)接收管解調(diào)后，數(shù)據(jù) “0”和“1”的區(qū)別通常體現(xiàn)在高低電平的時(shí)間長短或信號(hào)周期上，單片機(jī)解碼時(shí)，圖07 紅外發(fā)射，接受電路通常將接收頭輸出腳連接到單片機(jī)的外部中斷，結(jié)合定時(shí)器判斷外部中斷間隔的時(shí)間從而獲取數(shù)據(jù)。重點(diǎn)是找到數(shù)據(jù)“0”與“1”間的波形差別。 紅外線接收管是將紅外線光信號(hào)變成電信號(hào)的半導(dǎo)體器件，它的核心部件是一個(gè)特殊材料的pn結(jié)，和普通二極管相比，在結(jié)構(gòu)上采取了大的改變，紅外線接收管為了更多更大面積的接收入，電流則隨之增大，紅外接收管分兩種，一種是二極管，一種是三極管。特點(diǎn)：快速響應(yīng)時(shí)間 靈敏度比較高 小結(jié)電容 環(huán)保紅外接收管是一個(gè)高速度和高靈敏

14、銷光電二極管在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的3塑料包裝。該設(shè)備是可見光和紅外光譜匹配，一般都是配對(duì)于紅外發(fā)射管使用。6. 光耦4n25電路由英國埃索柯姆(isocom)公司、美國摩托羅拉公司生產(chǎn)的4n系列(如4n25 、4n26、4n35)光耦合器，目前在應(yīng)用地十分普遍。光電偶合器件（簡稱光耦）是把發(fā)光器件（如發(fā)光二極體）和光敏器件（如光敏三極管）組裝在一起，通過光線實(shí)現(xiàn)耦合構(gòu)成電光和光電的轉(zhuǎn)換器件。當(dāng)電信號(hào)送入光電耦合器的輸入端時(shí)，發(fā)光二極體通過電流而發(fā)光，光敏元件受到光照后產(chǎn)生電流，ce導(dǎo)通；當(dāng)輸入端無信號(hào)，發(fā)光二極體不亮，光敏三極管截止，ce不通。對(duì)于數(shù)位量，當(dāng)輸入為低電平“0”時(shí)，光敏三極管截止，輸出為高

15、電平“1”；當(dāng)輸入為高電平“1”時(shí)，光敏三極管飽和導(dǎo)通，輸出為低電平“ 0”。若基極有引出線則可滿足溫度補(bǔ)償、檢測(cè)調(diào)制要求。圖08 光耦工作原理7. 脈沖振蕩器圖09 脈沖振蕩器555ne555的特點(diǎn)有： 1.只需簡單的電阻器、電容器，即可完成特定的振蕩延時(shí)作用。其延時(shí)范圍極廣，可由幾微秒至幾小時(shí)之久。 2.它的操作電源電壓范圍極大，可與ttl，cmos等邏輯電路配合，也就是它的輸出準(zhǔn)位及輸入觸發(fā)準(zhǔn)位，均能與這些邏輯系列的高、低態(tài)組合。 3.其輸出端的供給電流大，可直接推動(dòng)多種自動(dòng)控制的負(fù)載。 4.它的計(jì)時(shí)精確度高、溫度穩(wěn)定度佳，且價(jià)格便宜。5.靜態(tài)電流 最大值 vcc = 5 v, rl =

16、 =6ma vcc =15 v, rl = =15mane555是一種應(yīng)用特別廣泛作用很大的的集成電路，屬于小規(guī)模集成電路，在很多電子產(chǎn)品中都有應(yīng)用。ne555的作用是用內(nèi)部的定時(shí)器來構(gòu)成時(shí)基電路，給其他的電路提供時(shí)序脈沖。ne555時(shí)基電路有兩種封裝形式有，一是dip雙列直插8腳封裝，另一種是sop-8小型（smd）封裝形式。其他ha17555、lm555、ca555分屬不同的公司生產(chǎn)的產(chǎn)品。內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理都相同。ne555的內(nèi)部結(jié)構(gòu)可等效成23個(gè)晶體三極管.17個(gè)電阻.兩個(gè)二極管.組成了比較器.rs觸發(fā)器.等多組單元電路.特別是由三只精度較高5k電阻構(gòu)成了一個(gè)電阻分壓器.為上.下比較器

17、提供基準(zhǔn)電壓.所以稱之為555. pin 1 (接地) -地線(或共同接地) ，通常被連接到電路共同接地。 pin 2 (觸發(fā)點(diǎn)) -這個(gè)腳位是觸發(fā)ne555使其啟動(dòng)它的時(shí)間周期。觸發(fā)信號(hào)上緣電壓須大于2/3 vcc，下緣須低于1/3 vcc 。 pin 3 (輸出) -當(dāng)時(shí)間周期開始555的輸出輸出腳位，移至比電源電壓少1.7伏的高電位。周期的結(jié)束輸出回到o伏左右的低電位。于高電位時(shí)的最大輸出電流大約200 ma 。 pin 4 (重置) -一個(gè)低邏輯電位送至這個(gè)腳位時(shí)會(huì)重置定時(shí)器和使輸出回到一個(gè)低電位。它通常被接到正電源或忽略不用。 pin 5 (控制) -這個(gè)接腳準(zhǔn)許由外部電壓改變觸發(fā)和

18、閘限電壓。當(dāng)計(jì)時(shí)器經(jīng)營在穩(wěn)定或振蕩的運(yùn)作方式下,這輸入能用來改變或調(diào)整輸出頻率。 pin 6 (重置鎖定) - pin 6重置鎖定并使輸出呈低態(tài)。當(dāng)這個(gè)接腳的電壓從1/3 vcc電壓以下移至2/3 vcc以上時(shí)啟動(dòng)這個(gè)動(dòng)作。 pin 7 (放電) -這個(gè)接腳和主要的輸出接腳有相同的電流輸出能力，當(dāng)輸出為on時(shí)為low，對(duì)地為低阻抗，當(dāng)輸出為off時(shí)為high，對(duì)地為高阻抗。 pin 8 (v +) -這是555個(gè)計(jì)時(shí)器ic的正電源電壓端。供應(yīng)電壓的范圍是+4.5伏特(最小值)至+16伏特(最大值)。圖10 ne555的引腳圖 參數(shù)功能特性： 供應(yīng)電壓4.5-18v 供應(yīng)電3-6 ma 輸出電2

19、25ma (max) 上升/下的時(shí)間100 ns圖11 555的內(nèi)部原理圖8. cd40110十進(jìn)制加減計(jì)數(shù)器鎖存七段圖11 40110譯碼顯示ic3與ic4與數(shù)碼管組成顯示電路，40110 為十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器/鎖存器/譯碼器/驅(qū)動(dòng)器，具有加減計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)器狀態(tài)鎖存，七段顯示譯碼輸出等功能，并能直接驅(qū)動(dòng)小型七段led數(shù)碼管，其邏輯見表圖12 cd40110引腳圖r（5腳）為清零端，r1時(shí)，計(jì)數(shù)器異步清零。 cp為時(shí)鐘端，cpu（9腳）為加法計(jì)數(shù)時(shí)鐘，cpd（7腳）為減法計(jì)數(shù)時(shí)鐘。qco（10腳）加計(jì)數(shù)進(jìn)位輸出，qbo（11腳）減計(jì)數(shù)借位輸出。tb（4腳）為觸發(fā)器使能端，te0時(shí)，計(jì)數(shù)器工作，te

20、1時(shí)，計(jì)數(shù)器處于禁止?fàn)顟B(tài)，即不計(jì)數(shù)。le（6腳）為鎖存控制端，le1，顯示數(shù)據(jù)保持不變，但它的內(nèi)部計(jì)數(shù)器仍正常工作。a，b，c，d，e，f，g（1，15，14，13，12，3，2腳）為信號(hào)輸出端，與七段顯示器連接。圖13 邏輯圖圖14 cd40110邏輯功能表9. led數(shù)碼管將多只led的陰極連在一起即為共陰式，而將多只led的陽極連在一起即為共陽式。以共陰式為例，如把陰極接地，在相應(yīng)段的陽極接上正電源，該段即會(huì)發(fā)光。當(dāng)然，led的電流通常較小，一般均需在回路中接上限流電阻。假如我們將b和c段接上正電源，其它端接地或懸空，那么b和c段發(fā)光，此時(shí)，數(shù)碼管顯示將顯示數(shù)字“1”。而將a、b、d、e

21、和g段都接上正電源，其它引腳懸空，此時(shí)數(shù)碼管將顯示“2”。 圖15 led內(nèi)部圖解10. 總體電路原理相關(guān)說明關(guān)于電路的總體設(shè)計(jì)，綜合運(yùn)用電工技術(shù)，電子技術(shù)課程（數(shù)電、模電）中的所學(xué)到的理論知識(shí)來完成?？梢詮目傮w的電路圖可以看見，電路可以劃分幾個(gè)模塊，其實(shí)這也是在電路設(shè)計(jì)時(shí)的一種技能，擺在面前的龐然大物，我們可以把它拆分成幾小塊，各個(gè)擊破。向220v的交流電壓，我們要設(shè)法讓它降壓，降到適合自己實(shí)驗(yàn)的電壓值，這就很容易想到高中物理所學(xué)的表壓器原理。雖然是降壓了，電子電路是要直流的。在運(yùn)用到二極管的單向?qū)ㄐ裕梢哉?。整流之后，像那些高頻電壓是有干擾電路的。設(shè)法要把它過濾掉，這正好就用到我們的電

22、工學(xué)的第18章的直流穩(wěn)壓源。發(fā)生信號(hào)的和接收信號(hào)的是核心之所在。通過卡片的遮擋，讓該電路產(chǎn)生脈沖。脈沖進(jìn)入到ne555中，計(jì)數(shù)脈沖發(fā)生器，最長見的多諧振蕩器是用555，它電路結(jié)構(gòu)簡單、性能良好。有了計(jì)數(shù)脈沖還得有這個(gè)cd40110十進(jìn)制加減計(jì)數(shù)器鎖存七段。有了它還是沒顯示的，題目是讓我們有顯示，這是led數(shù)碼管就是可以用上了。這地方還有一個(gè)手動(dòng)清理的按鍵，就是電路圖最下面的那個(gè)。這測(cè)試的時(shí)候注意安全尤其是市電220接到變壓器處要用絕緣膠布隔開，還是大電容是有極性的，不要接反了，那樣會(huì)爆炸的。在實(shí)際操作時(shí)，一定要反復(fù)是檢查。11. 總體電路原理圖12. 元件清單commentdescriptio

23、ndesignatorfootprintlibrefquantityfull wave diode bridgee-bip-p4/d10bridge114n254-pin phototransistor optocoupler1dip-4optoisolator11transtransformerbtranstrans1polarized capacitor (radial)c2, c4rb7.6-15cap pol12capacitorc3rad-0.3cap1polarized capacitor (radial)crb7.6-15cap pol11dpy blue-ca14.2 mm g

24、eneral purpose blue 7-segment display: ca, rh dp, gray surfaceds?leddip-10/c15.24rhddpy blue-ca2fuse 1fusefupin-w2/e2.8fuse 117805ic1780578051555定時(shí)器555定時(shí)器ic2555定時(shí)器555140110ic3, ic4dip 16dip 162led2, vdt發(fā)光二極管led2resistorr1, r2, r3, r4, r5, r6, r7, r8, r9, r10, r11axial-0.4res211res 可調(diào)rp, rp2res 可調(diào)res

25、 可調(diào)2swsw？swsw1三極管 npn三極管npn三極管 npn1led發(fā)光二極管綠發(fā)光二極管led113.參考文獻(xiàn)【1】 王港元主編. 電工電子實(shí)踐指導(dǎo)m.南昌：江西出版集團(tuán)，江西科學(xué)技術(shù)出版社，2009【2】 秦曾煌,姜三勇,電工學(xué) 電子技術(shù)（第七版 下冊(cè)）m.北京：高等教育出版社,2011【3】 黃智偉 全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競賽常用電路模塊制作m.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2011【4】 劉小偉, 劉宇, 溫培和編著altium designer 6.0電路設(shè)計(jì)實(shí)用教程m北京：電子工業(yè)出版社，2009【5】 張義申，陸坤等.電子設(shè)計(jì)技術(shù)m.西安：電子科技大學(xué)出版.1996【6】 李景宏，馬學(xué)文.電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教程m.沈陽：東北大學(xué)出版社.