课程设计说明书-光控计数器.doc

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Harbin Institute of Technology
课程设计说明书(论文）

课程名称: 电子技术课程设计
设计题目： 光控计数器
院 系： 自动化测试与控制系
班 级：
设 计 者：
学 号:
指导教师: 齐 明
设计时间： 2010.12.23

哈尔滨工业大学

哈尔滨工业大学课程设计任务书
姓 名： 郝冰涛 院 (系）： 电气学院 自动化测试与控制系
专 业: 光电信息工程 班 号： 0801201（1080120109）
任务起至日期： 2010年 11月 24日至 2010年 12月 25日

课程设计题目： 光控计数器

已知技术参数和设计要求：
利用光线的通断来统计进入实验室人数。要求设计两路光控电路，一路放置在门外，另一路设置在门里，当有人通过门口时（无论是进入或走出房间），都会先触发一个光控电路，再触发另一个光控电路,要求根据光控电路产生触发脉冲的先后顺序,判断来人是进入还是离开实验，当有人进入实验室时令计数器进行加计数，当有人离开实验室时进行减计数，并用数码管显示数字.

工作量：
利用课余时间，约1个月时间,完成电路设计、仿真、面包板上搭电路、调试及验收。

工作计划安排：
11月24日—-12月12日，电路设计及仿真调试
12月13日——12月19日，搭电路及调试
12月20日——12月23日,电路调试及验收

同组设计者及分工：
同组人：娄越（1080120123)
分工：郝冰涛同学负责电路的设计及仿真调试工作.
娄越同学负责搭电路和电路调试.

指导教师签字___________________

年 月 日

教研室主任意见：

教研室主任签字___________________

年 月 日
＊注：此任务书由课程设计指导教师填写。
1、实验器件：
电板 1块
发光二极管 2个
接收二极管 2个
74LS74 1片
74LS47 2片
74LS00 3片
74LS192 2片
555定时器 2片
数码管 2个
电阻:5.1K欧姆 2个
370欧姆 2个
310欧姆 14个
电容:1 µF 2个
1 nF 3 个
2、 设计原理及思路：
整个系统由五个部分组成：光控电路、触发脉冲、加减计数、显示译码和数码显示,其工作原理框图如下：

首先由光控电路将接收的光信号转换为电信号，经施密特触发器整形触发脉冲，输出计数脉冲信号.再通过计数器和译码器，在LED数码显示管上显示数目的增加或减少，实现自动计数的功能。
各部分说明:
光电转换电路：光电转换电路用于将光信号转换为系统所需的电信号.由于需要进行数目的加和减的运算,此部分需要两个相同的光控电路。每个电路的组成为：一个发射管，一个接收管，同时还有一个370欧姆和一个5.1K欧姆的电阻。接通电源后，接收管接收到发射管射来的红外光线。当有人通过两个二极管间时，内阻减小，集电极输出低电平，送至施密特触发器.
时钟脉冲产生电路:对于双D触发器所需要的1000Hz的脉冲，由于在本课题中电路对脉冲的精确度要求不是很高而晶体振荡需要分频，所以采用了555定时器构成的多谐振荡器，使其产生需要的方波作为触发器和计数器的CP脉冲.
时序控制电路：时序控制电路在本课题中主要用于判断计数的增加或是减少，在此选用了一个D触发器、三个74LS00芯片来实现.设计思路如下：设初始状态为0，由光控电路部分产生的两列脉冲分别为A，B,设置计数器为增加状态时，如图

如上图时序逻辑分析图所示，可得真值表和卡诺图如下：
A B Q（t) Q（t+1) Z
0 0 0 0 0
0 1 0 0 0
1 0 0 1 0
1 1 0 0 0
0 0 1 0 0
0 1 1 0 0
1 0 1 1 0
1 1 1 1 1
AB Q
00
01
11
10
0

1
1

1
1

因此,得Q（t+1)=AB′+AQ
=（（AB′）′（AQ））′
Z=ABQ（t）

同理：设置计数器为减少状态时，

如上图时序逻辑分析图所示，可得真值表和卡诺图如下：
A B Q（t） Q（t+1） Z
0 0 0 0 0
0 1 0 1 0
1 0 0 0 0
1 1 0 0 0
0 0 1 0 0
0 1 1 1 0
1 0 1 0 0
1 1 1 1 1
AB Q
00
01
11
10
0

1

1

1
1

得：Q（t+1）= BA′+BQ
=（（BA′)′（BQ）)′
Z=ABQ（t）
计数和译码和显示部分：计数和译码由两个计数器、两个译码器和两个数码管来完成，用于接收计数脉冲信号并将其转化成单独的信号输出并显示。在本课题中选用了74LS192加减计数器、74LS47和共阴极LED数码显示管。
3、电路连接测试：
按照电路图在计算机上进行仿真以后，开始在面包板上连接线路。为了更有效的检测电路连接的正确性，采取边连接边测试的方法。总共测试了三个部分：
u 时钟脉冲部分：首先进行测试的是时钟脉冲部分。连接好线路后，连接电源，将555定时器的脉冲输出接口接入示波器,却未得到任何波形.经检查,发现是芯片的位置错了。重新安置芯片后，示波器得到如下波形：

u 计数显示部分：其次测试了计数显示部分。同样的,连接电源,信号发生源调至输出适当频率的脉冲信号，并将其输出接口触碰加减计数器的up/down两脚，数码管稳定而有序地进行数的加减.
u 光电转换部分:最后测试了光电转换部分。将数字万用表的负极端接地，正极端接在三极管的集电极,用硬纸片隔断发射管和接收管，集电极由原来的高电平变为低电平.

4、心得体会：

1)做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，由于课本上的知识太多，平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能，在这次课程设计过程中，我们了解了很多元件的功能,并且对于其在电路中的使用有了更多的认识。
2)通过动手实践让我们对各个元件映象深刻。认识来源于实践，实践是认识的动力和最终目的，实践是检验真理的唯一标准。
3）我们的工作是一个团队的工作。团结协作是我们实习成功的一项非常重要的保证。而这次实习也正好锻炼我们这一点。
4）此次课程设计，学到了很多课内学不到的东西，比如独立思考解决问题，出现差错的随机应变，和与人合作共同提高，都受益非浅，今后的制作应该更轻松，自己也都能扛的起并高质量的完成项目。
5）感谢老师的耐心指导和同学们的细心帮助！

参考资料

《数字电子技术基础》………………哈尔滨工业大学教材科
《电子技术基础实验教程》…………机械工业出版社

附电路总图