电子系统课程设计

设计题目：光电计数器

作    者：

指导教师：

光电计数器实验报告

工业生产中常常需要自动统计产品的数量，数字式电子计数器有直观和计数精确的优点，目前已在各种行业中普遍使用。本次设计的光电计数器采用光电传感器与计数器实现对物件的数目统计。光电式传感器是将光信号转化为电信号的一种传感器。我们采用的传感器为红外光电传感器。

一、设计内容及要求

设计并制作一个光电计数器装置。

1．基本部分

（1）发光器件和光接收器件之间的距离大于1m；

（2）有抗干扰技术，防止背景光或瓶子抖动产生误计数；

（3）每计数100，用灯闪烁2s指示一下；

（4）LED数码管显示计数值。

2．发挥与扩展部分

（1）发光器件和光接收器件之间的距离大于2m；

（2）每计数100，用灯闪烁2s指示一下，同时喇叭发出提示音；

（3）设计一个倒计数器 。

二、设计方案

1.基本思路

我们的设计思路是将基本部分与发挥部分统筹考虑，进行方案设计。第一、光信号的采集，光能否被接收会产生不同的信号，将其转换成高低电平；第二、计数器记录高低电平的变化，实现计数功能；第三、计数器计满后，输出信号通过单稳态触发器，产生2秒延时，同时驱动相应的蜂鸣器电路与LED电路。

2.器件选择

计数器：由于计数要求为100，且可以倒计数，我们选择了74LS190计数器，其计数方式为模10的8421BCD码计数。

对射管：74LS190为上升沿计数，因而我们选用使用广泛的红外对射管，光路断开时，输出低电平；光路建立时，输出高电平。一个上升沿恰好对应一次计数。此外，它还有集成度高，使用灵活，输出电平稳定等优点。

数码管：我们选用的是8段共阳数码管。

显示译码器：由于计数器输出为8421BCD码，且数码管为共阳，因此我们选用74LS47。

555定时器：由于在计满数后，进位端产生低电平，且要求在两秒内驱动提示电路，因此我们采用被广泛使用的NE555定时电路，用作单稳态触发器。

发光二极管：设计要求为发光二极管闪烁2秒，我们有2种设计方法。第一，用2片555，一片用作定时2秒的单稳态触发器，另一片用作方波发生电路，将二者通入与门电路得到时长为2秒的方波，使用的LED为常亮型；第二，用一片555，只用作单稳态触发器，使用的LED为自闪烁型。综合考虑电路复杂度、成本等方面，我们选用自闪烁型的LED。

蜂鸣器：使用蜂鸣器用来播放提示音。

三极管：由于定时2秒内，输出电平为高电平，因而我们使用NPN三极管来驱动蜂鸣器，型号为S8050。

三、系统组成

1.系统结构图：

 

2.具体实现：

1光信号采集：

由于软件Proteus中没有对射管符号，考虑到其功能与开关类似，我们暂且用开关电路模拟对射管，当开关闭合，输出低电平，对应对射管光路断开；当开关断开，输出高电平，对应对射管光路建立。为了防止抖动，我们加入C3，过滤抖动产生的尖脉冲，实际效果良好。

2计数器

74LS190引脚图如下：

功能表如下：

由于计数模值为100，我们采用两片74LS190级联，低位片的进位端RCO与高位片CLK相连。扩展功能要求实现加减计数，我们在5管脚接入加减选择开关。同时加减计数起始值不同(00或99)，我们又加入预置数与预置开关，预置数D0与D3连接加减选择开关，D1与D2接地。预置开关连接在预置端与地间，按键送低电平，实现预置。电路图如下：

3译码显示电路

七段共阳数码管，由74LS47控制，它们之间实际连接了1K的限流电阻，电路图未体现出。

4单稳态电路

由于计数计满后有两秒的提示电路，我们采用555定时电路。

555引脚图及功能表：

其定时时间为：

由于定时时间约为2秒，我们选择参数为R=200K，C=10uF。

输入脉冲由高位计数器74LS190提供，输出脉冲用于驱动蜂鸣器与LED。

又因为大多数时间单稳态电路输出低电平，在提示时输出高电平，所以我们设计将LED正极接555，负极接地。同时用NPN三极管驱动蜂鸣器。电路图如下：

3.实际电路图：

四、电路焊接及调试

由于此前已经焊接过多块电路板，积累了一定的经验，焊接比较顺利，我们特别注意有没有出现虚焊漏焊等错误。调试是本次课程设计耗时最多的环节。主要有2个位置的调试。

第一、光电转换部分。一开始，我们担心对射管输出电平难以与芯片接口，设计了继电器电路，光电转换效果良好，但是一个非常严重的问题就是抖动太严重。通光一次应当计一个数，但数码管显示数字完全没有规律。我们甚至担心计数器有问题，我们单独测试计数器，计数器工作正常，于是我们开始研究继电器部分，查阅资料后发现，继电器内部有触点开关，抖动就是由这个触点开关引起的。于是我们将对射管输出电平直接送给低位计数器，并且通过一个电容接地，过滤抖动脉冲，最后测试良好。

第二、单稳态电路。我们使用Proteus仿真定时电路，定时准确，我们按电路图焊接，发现实际结果与仿真相反，计数未满时LED闪，蜂鸣器响，计数满时LED灭，蜂鸣器不响，我们使用万用表测量，得到的结果与仿真不同：仿真显示输出2秒的脉冲为低电平，而实际上输出为高电平。很长时间我们并没有发现这一点，甚至更换了555芯片。万用表测试后，我们意识到这一点，最后定时电路工作良好。

五、总结：

光电计数器，使我们做出的第一个具有实际功能的系统，刚拿到题目是感觉系统很复杂，很难入手。我们从功能出发，由简到繁，逐渐增加功能，确定实际方案。然后利用软件Proteus进行电路仿真，调试。仿真实现功能后，我们购置器件，开始焊接，实物调试。

实际制作时，我们先利用开关电路代替光电转换电路，把比较熟悉的计数器部分实现，再加上译码显示电路。然后才与光电转换电路接口，至此实现计数功能。在此基础上，我们最后再加上定时电路与提示电路。

后期是功能的完善，包括加减控制，预置数，开关电源等。最终完成设计，效果良好。

六、感想：

balabala

参考文献：

1 《电子技术基础实验、综合设计实验与课程设计》 侯建军 高等教育出版社

2 《数字电子技术基础》 侯建军  高等教育出版社

3 《电子系统课程设计》 电子教案

第二篇：光电计数器资料

图 4-1 数字式光电计数器原理图

电路接通电源后，红外线发光二极管发出稳定的红外线信号。当红外线接收管VT接收到红外线发光二极管LED发出的红外线信号时，其集电极输出低电平，此低电平送至电压比较器IC2B，比较器的参考电压由电阻R3 、R4分压获得。送至IC2B反向输入端的低电平信号使得反相输入端电位低于同相输入端的电位，IC2B输出高电平。IC2B输出的高电平送至电压比较器IC2A的反相输入端。IC2A的参考电压同样由电阻R3 、R4分压获。送至IC2A反向输入端的高电平高于同相输入端电位，IC2A输出低电平，使得光电耦合器得电工作，VT导通，其集电极输出低电平。

当有物体通过LED和VTD之间时，红外线被阻挡，VTD接收不到红外线信号，其集电极输出高电平，使得比较器IC2B输出低电平，IC2A输出高电平，光电耦合器停止工作VT截止，其集电极输出高电平。由此，当有物体从红外线发光二极管LED和接收管VTD之间通过时，VT就截止1次，其集电极电位也随之跳变1次，相当于输出1 个计数脉冲。如果有物体不断通过，VT就输出连续的计数脉冲。

双十进制同步计数器集成电路CD4518对VT的集电极输出的计数脉冲的下降沿进行计数。为了满足下降沿计数的要求，需要将CD4518的正脉冲计数输入1CP端1脚接地，计数脉冲由EN端2脚输入。本电路将CD4518的第一级计数器的输出端Q3连接第二级的2EN端10脚，构成两级串联计数，可实现0——99计数。R12和C2是计数器的上电清零电路，电路接通电源的瞬间，CD4518的清零端15脚得到一个高电平脉冲，计数器被清零。

两片四线-七线锁存、译码驱动器CD4543和共阴极型LED数码管构成了计数显示电路，计数器CD4518输出的BCD码计数脉冲送至CD4543进行译码锁存处理，驱动LED数码管显示计数结果，本电路可显示0——99。

电路中，C4和R12组成开机复位电路，接通电源后由RC电路产生一个复位脉冲的复位端R，计数器自动清0.本电路中的计数器采用脉冲下降沿触发方式，计数脉冲由EN端输入，这时应将CP端接地。