電子系統(tǒng)課程設(shè)計設(shè)計題目：光電計數(shù)器作者：指導(dǎo)教師：光電計數(shù)器實驗報告工業(yè)生產(chǎn)中常常需要自動統(tǒng)計產(chǎn)品的數(shù)量，數(shù)字式電子計數(shù)器有直觀和計數(shù)精確的優(yōu)點，目前已在各種行業(yè)中普遍使用。本次設(shè)計的光電計數(shù)器采用光電傳感器與計數(shù)器實現(xiàn)對物件的數(shù)目統(tǒng)計。光電式傳感器是將光信號轉(zhuǎn)化為電信號的一種傳感器。我們采用的傳感器為紅外光電傳感器。一、設(shè)計內(nèi)容及要求設(shè)計并制作一個光電計數(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。2．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(shè)計一個倒計數(shù)器。二、設(shè)計方案1.基本思路我們的設(shè)計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。第一、光信號的采集，光能否被接收會產(chǎn)生不同的信號，將其轉(zhuǎn)換成高低電平；第二、計數(shù)器記錄高低電平的變化，實現(xiàn)計數(shù)功能；第三、計數(shù)器計滿后，輸出信號通過單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，產(chǎn)生2秒延時，同時驅(qū)動相應(yīng)的蜂鳴器電路與LED電路。2.器件選擇計數(shù)器：由于計數(shù)要求為100，且可以倒計數(shù)，我們選擇了74LS190計數(shù)器，其計數(shù)方式為模10的8421BCD碼計數(shù)。對射管：74LS190為上升沿計數(shù)，因而我們選用使用廣泛的紅外對射管，光路斷開時，輸出低電平；光路建立時，輸出高電平。一個上升沿恰好對應(yīng)一次計數(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。數(shù)碼管：我們選用的是8段共陽數(shù)碼管。顯示譯碼器：由于計數(shù)器輸出為8421BCD碼，且數(shù)碼管為共陽，因此我們選用74LS47。555定時器：由于在計滿數(shù)后，進(jìn)位端產(chǎn)生低電平，且要求在兩秒內(nèi)驅(qū)動提示電路，因此我們采用被廣泛使用的NE555定時電路，用作單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。發(fā)光二極管：設(shè)計要求為發(fā)光二極管閃爍2秒，我們有2種設(shè)計方法。第一，用2片555，一片用作定時2秒的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，另一片用作方波發(fā)生電路，將二者通入與門電路得到時長為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：使用蜂鳴器用來播放提示音。三極管：由于定時2秒內(nèi)，輸出電平為高電平，因而我們使用NPN三極管來驅(qū)動蜂鳴器，型號為S8050。三、系統(tǒng)組成1.系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖：光信號采集光信號采集模100計數(shù)器單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器發(fā)光二極管蜂鳴器2.具體實現(xiàn)：eq\o\ac(○,1)光信號采集：由于軟件Proteus中沒有對射管符號，考慮到其功能與開關(guān)類似，我們暫且用開關(guān)電路模擬對射管，當(dāng)開關(guān)閉合，輸出低電平，對應(yīng)對射管光路斷開；當(dāng)開關(guān)斷開，輸出高電平，對應(yīng)對射管光路建立。為了防止抖動，我們加入C3，過濾抖動產(chǎn)生的尖脈沖，實際效果良好。eq\o\ac(○,2)計數(shù)器74LS190引腳圖如下：功能表如下：由于計數(shù)模值為100，我們采用兩片74LS190級聯(lián)，低位片的進(jìn)位端RCO與高位片CLK相連。擴展功能要求實現(xiàn)加減計數(shù)，我們在5管腳接入加減選擇開關(guān)。同時加減計數(shù)起始值不同(00或99)，我們又加入預(yù)置數(shù)與預(yù)置開關(guān)，預(yù)置數(shù)D0與D3連接加減選擇開關(guān)，D1與D2接地。預(yù)置開關(guān)連接在預(yù)置端與地間，按鍵送低電平，實現(xiàn)預(yù)置。電路圖如下：eq\o\ac(○,3)譯碼顯示電路七段共陽數(shù)碼管，由74LS47控制，它們之間實際連接了1K的限流電阻，電路圖未體現(xiàn)出。eq\o\ac(○,4)單穩(wěn)態(tài)電路由于計數(shù)計滿后有兩秒的提示電路，我們采用555定時電路。555引腳圖及功能表：其定時時間為：t=1.1*R*C由于定時時間約為2秒，我們選擇參數(shù)為R=200K，C=10uF。輸入脈沖由高位計數(shù)器74LS190提供，輸出脈沖用于驅(qū)動蜂鳴器與LED。又因為大多數(shù)時間單穩(wěn)態(tài)電路輸出低電平，在提示時輸出高電平，所以我們設(shè)計將LED正極接555，負(fù)極接地。同時用NPN三極管驅(qū)動蜂鳴器。電路圖如下：3.實際電路圖：四、電路焊接及調(diào)試由于此前已經(jīng)焊接過多塊電路板，積累了一定的經(jīng)驗，焊接比較順利，我們特別注意有沒有出現(xiàn)虛焊漏焊等錯誤。調(diào)試是本次課程設(shè)計耗時最多的環(huán)節(jié)。主要有2個位置的調(diào)試。第一、光電轉(zhuǎn)換部分。一開始，我們擔(dān)心對射管輸出電平難以與芯片接口，設(shè)計了繼電器電路，光電轉(zhuǎn)換效果良好，但是一個非常嚴(yán)重的問題就是抖動太嚴(yán)重。通光一次應(yīng)當(dāng)計一個數(shù)，但數(shù)碼管顯示數(shù)字完全沒有規(guī)律。我們甚至擔(dān)心計數(shù)器有問題，我們單獨測試計數(shù)器，計數(shù)器工作正常，于是我們開始研究繼電器部分，查閱資料后發(fā)現(xiàn)，繼電器內(nèi)部有觸點開關(guān)，抖動就是由這個觸點開關(guān)引起的。于是我們將對射管輸出電平直接送給低位計數(shù)器，并且通過一個電容接地，過濾抖動脈沖，最后測試良好。第二、單穩(wěn)態(tài)電路。我們使用Proteus仿真定時電路，定時準(zhǔn)確，我們按電路圖焊接，發(fā)現(xiàn)實際結(jié)果與仿真相反，計數(shù)未滿時LED閃，蜂鳴器響，計數(shù)滿時LED滅，蜂鳴器不響，我們使用萬用表測量，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，而實際上輸出為高電平。很長時間我們并沒有發(fā)現(xiàn)這一點，甚至更換了555芯片。萬用表測試后，我們意識到這一點，最后定時電路工作良好。五、總結(jié)：光電計數(shù)器，使我們做出的第一個具有實際功能的系統(tǒng)，剛拿到題目是感覺系統(tǒng)很復(fù)雜，很難入手。我們從功能出發(fā)，由簡到繁，逐漸增加功能，確定實際方案。然后利用軟件Proteus進(jìn)行電路仿真，調(diào)試。仿真實現(xiàn)功能后，我們購置器件，開始焊接，實物調(diào)試。實際制作時，我們先利用開關(guān)電路代替光電轉(zhuǎn)換電路，把比較熟悉的計數(shù)器部分實現(xiàn)，再加上譯碼顯示電路。然后才與光電轉(zhuǎn)換電路接口，至此實現(xiàn)計數(shù)功能。在此基礎(chǔ)上，我們最后再加上定時電路與提示電路。后期是功能的完