课程设计--人数计的制作-毕业论文.doc

大学学院系课程设计人数计的制作 学生姓名学 号所 在 系专业名称班 级指导教师成 绩 大学学院二一一年十二月摘要：近几年来，在我国以信息化带动的工业化正在蓬勃发展，光电计数器该产品应用广泛，常用于测量流水线上的产品的数量。本电路的指导思想是设计一电路光控电路，放置在流水线旁。当有产品通过光电门时，都会先触发光控电路，根据光控电路产生触发脉冲令计数器进行加计数，要求计数器的最大计数容量是9999个，并用数码管显示数字。该系统具有结构简单、成本低廉、计数准确的特点，适用于本次设计的系统。该光电计数器只有四位数，如果四位数不满足需要也可通过级联可以扩展为多。关键字：编码器，译码器，锁存器，计数器，光电效应。Abstract: In recent years, in our country，the informationization industrialization is booming, photoelectric counter products are widely use. often used to measuring the quantity of the product line. The guideline of this circuit is to design the electric circuit, which is placed in the assembly line. When a product through the photoelectric door, It will firstly trigger electric circuit, according to the electric circuit that trigger pulse to counter add count, the biggest count capacity requirements counter is 9999 ,and the digital pipe display Numbers. The system has simple structure, low cost, counting exact characteristic, it is appropriate for the design of this system. The photoelectric counter only has four digits, if four figures do not satisfy the need ,it also can through cascade expand for manyKey words: Encoder,Decoder , Latches ,Counter ,Photoelectric effect目 录前言.01. 绪论.11.1 概述11.2 光电计数的现状及发展前景11.3 主要芯片元器件引脚图及功能介绍21.3.1 74HC14反相器21.3.2 74HC160计数器21.3.3 74HC4511芯片32. 系统的设计原理.52.1 系统设计要求52.2 系统的组成与结构52.3 光电技术器系统原理图52.4 计数方式53. 光电技术器的系统原理.63.1 硬件电路设计63.1.1 电源设计63.1.2 放光电路设计63.1.3 受光电路设计73.1.4 显示电路设计73.1.5 系统复位电路84. 系统调试94.1 电路仿真软件94.2 光电技术器的功能105. 设计总结116. 参考文献117. 附录13前言近几年来，在我国以信息化带动的工业化正在蓬勃发展，对一个地方的进出的人数进行统计在生活中变得尤其重要，本系统地介绍了光电计数器的基本原理、特性、发展趋势与应用等。为了培养面向21世纪的电子技术人才，也为了我们能适应高校等多代表队单位活动的需要，本次所做的课程设计就是光电技术器系统，讲述了电路各部分的设计原理及所能实现的功能和芯片74HC14，74HC160，74HC4511，发光器，受光器的熟悉，并能加以运用。光电技术器系统在生活有很大的用处。比如超市、广场等等能够在第一时间知道这些场所的人数就有利于管理，能知道这时是否增加场所的通道，这样就减少了不必要的经济损失和人员伤亡。并且能流水线上的产品的数量。光电技术器系统主要是用单片机等一些小器件够它小巧、构造精简、价格便宜是它立于市场发展的最大前提。并适用于超市、广场等各种场合。光电技术器系统市面上的产品已经非常的多，对于自己设计的这个电子产品也自知有许多的不足，在实现相同功能的基础上节约成本也是非常有意义的，还有助于提高自己的动手能力，丰富课余生活。还有就是对自己学习的一种检验，看看自己在专业课中学习的不足，并加以改正。1. 绪论1.1 概述当今社会是信息时代，是获取信息和处理信息，以及信息应用的时代。传感信息与检测技术的重要性在于它是获得信息并对信息进行一定处理的基础技术，是获取信息的信息加工处理的重要手段之一。传感与检测技术是一门知识面广、综合程度高、实用性很强的专业课程。它从传感器的基本理论入手，着重讲叙传感器的结构与感测原理，传感器是一个二端口的装置，不同的传感器输入-输出特性不同，同一传感器适应不同的被测信号呈现的特性也有所不同。尤其当被测信号为静态信号时两种状态下，传感器的输入-输出特性完全不同。感测技术在许多新知识里都有应用，以信息的传感、转换、处理为核心，从基本物理概念入手，阐述热工量、机械量、几何量等参数的测量原理及方法。光电式传感器是将光信号转化为电信号的一种传感器。它的理论基础是光电效应。这类效应大致可分为三类。第一类是外光电效应，即在光照射下，能使电子逸出物体表面。利用这种效应所做成的器件有真空光电管、光电倍增管等。第二类是内光电效应，即在光线照射下，能使物质的电阻率改变。这类器件包括各类半导体光敏电阻。第三类是光生伏特效应，即在光线作用下，物体内产生电动势的现象，此电动势称为光生电动势。这类器件包括光电池、光电晶体管等。光电效应都是利用光电元件受光照后，电特性发生变化。敏感的光波长是在可见光附近，包括红外波长和紫外波长。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。数字式电子计数器有多种计数触发方式，它是由实际使用条件和环境决定的。有采用机械方式的接触式触发的，有采用电子传感器的非接触式触发的，光电式传感器是其中之一，它是一种非接触式电子传感器。采用光电传感器制作的光电式电子计数器。这种计数器在工厂的生产流水线上作产品统计，有着其他计数器不可取代的优点。该例光电触发式电子计数器只有两位数，但通过级联可以扩展为四位，甚至多位。1.2 光电计数的现状及发展前景随着科学技术的发展，电子计数器的辅助功能也逐渐增加，现在已经出现了多功能计数器，多功能计数器产品的响应度较高，交直、流电两用、耗能低、价格低、无机械碰撞、无磨损、使用寿命长，既可计数，又可计算。例如在毛衣编织机上运用，除可计数和计算外，还可实现断线报警。通用计数器不仅可测频率、周期还可以测多周期平均、时间间隔、频率比和累计等。频率计数器专门用于测量高频和微波频率的计数器。微波计数器是以通用计数器和频率计数器为主配以测频扩展器而组成的微波频率计。它的测频上限已进入毫米波段，有手动、半自动 、全自动3类。系列化微波计数器是电子计数器发展的一个重要方面。1.3 主要芯片元器件引脚图及功能介绍1.3.1 74HC14反相器反相器是可以将输入信号的相位反转180度，其结构图如图1.1所示。这种电路应用在摸拟电路，比如说音频放大，时钟振荡器等。在电子线路设计中,经常要用到反相器时钟振荡器。具体功能如74HC14真值表表1。表1 74HC14真值Input（输入）Output（输出）LHHL表1中: L表示信号为低 H表示信号为高芯片74HC14的内部结构图如下：图1 74HC14引脚图1.3.2 74HC160计数器74HC160是一种典型的高性能、低功效CMOS4位可预置BCD异步清除计数器，它的工作电压在1.2V3.6V电源电压范围内工作，其所有逻辑输入端都可以耐受高达5.5V的电压。74HC160结引脚图如图2。图2 74HC160结引脚图其中D0为最低有效位，LSB、D3为最高有效位，一个低电平有效位的预置数据控制（），一个低电平有效的清除输入（），两个计数允许控制（CTp、CTt），一个时钟输入CP和BCD计数输出Q0Q3，串行进位输出（），74HC160功能表如表2。表2 74HC160功能表输入输出CPCTpCTtD0D1D2D3Q0Q1Q2Q3LLLLLHHLH禁止计数和进位HLHH禁止计数HLLH禁止计数和进位HLD0D1D2D3D0D1D2D3HHHH加计数表中H高电平 L表示低电平 表示任意 表示低电平到高电平跳变1.3.3 74HC4511芯片74HC160是一种典型的高性能、低功效CMOS器件，8421位的BCD-to-seven段解码器,贵司和输出驱动 灯泡测试、落料、和门闩分别是用来测试残疾,关闭或脉冲调节亮度的显示、存储BCD编码，它可以直接或间接的用来与发光二极体,白炽灯、荧光灯、气体dis -费用,或液晶这七部分的读数，应用包括仪器显示驱动、电脑显示驱动程序,驾驶舱显示屏驱动,以及各种时钟、手表、定时器的用户。图3 74HC411引脚图74HC4511的功能表能够十分清楚的观察出输入对应的输出，并且在芯片里面的输出端口还有锁存器，在输入没有变化的时候，它能够很好的锁存前面的输入并输入在数码管上显示。表3 74HC4511功能表输入输出LEDCBAabcdefg显示LHHHHHHH8LLHLLLLLLLLHHLLLLHHHHHHL0LHHLLLHLHHLLLL1LHHLLHLHHLHHLH2LHHLLHHHHHHLLH3LHHLHLLLHHLLHH4LHHLHLHHLHHLHH5LHHLHHLLLHHHHH6LHHLHHHHHHLLLL7LHHHLLLLHHHHHH8LHHHLLHLHHLLHH9LHHHLHLHHHLLHHLHHHLHHLLLLLLLLHHHHLLLLLLLLLLHHHHLHLLLLLLLLHHHHHLLLLLLLLLHHHHHHLLLLLLLLHH表中H高电平 L表示低电平 表示任意 表示没有2. 系统的设计原理2.1 系统设计要求设计一电路光控电路，放置在流水线旁。当有产品通过光电门时，都会先触发光控电路，根据光控电路产生触发脉冲令计数器进行加计数，要求计数器的最大计数容量是9999个，并用数码管显示数字。2.2 系统的组成与结构发光电路受光电路运算放大电路译码锁存电路显示计数电路图4 光电计数器系统结构图整个光电计数器系统是由放光电路、受光电路、运算放大电路、译码和锁存电路、显示计数电路五个部分组成的，如图4所示。光电传感电路把被计数的物体的变化转换成电信号，由显示计数电路计数，再由数码显示管显示。2.3 光电技术器系统原理图原理图给我们一个清晰整体设计。让我们知道用到了那些器件，而我们的驱动程序也就是根据原理图的接口，它是电器或电器设备设计的工作原理，配件布置，接线方式和电路的总体方案。（见附录1）2.4 计数方式本次系统采用的时BCD码二进制计数，当系统的受光被挡住时感光器感受不到光源信号这时就会给进一个信号，信号在经过放大电路放大传送到计数器74HC160芯片上，在经过锁存器在数码管上显示出来，4位二进制计数器状态表如表4。表4 4位二进制计数器状态表计数顺序状态进位输出Q3Q2Q1Q000000010001020010030011040100050101060110070111081000091001010101013. 光电技术器的系统原理3.1 硬件电路设计3.1.1 电源设计为使模块稳定工作，须有可靠电源。我们采用独立的稳压电源。此方案的优点是稳定可靠，且有各种成熟电路可供选用，电路图如图5。图5 电源电路图3.1.2 放光电路设计我们主要使用放光器是把电转化光源，为接受光信号做好准备。放光电路主要由电阻、74HC14方向器、电容、发光器等组成电路图如图6。在图中D1是发光器。图6 发光电路图3.1.3 受光电路设计为了能准确地远距离地感应到产品经过光电门，就必须选择敏感性高且稳定的信号感应器件，而光电耦合器满足这个条件。电路图如图7。在图中D2是接受光源它主要是把光信号转化为我们需要的电信号，在经过放大电路对信号的放大传送到74HC160芯片上去驱动计数器。图7 受光电路图3.1.4 显示电路设计LED数码管是由多个发光二极管封在在一起组成“8”字型的器件，引线已在内部连接完成，只需引出它们的各个笔划，公共电极。LED数码管常用段数一般为7段有的另加一个小数点。引脚定义如图8。图8 数码管引脚定义图光电计数器系统中的显示我们使用的是数码管来显示数据，主要是因为方便驱动，又简单，成本又低。在受光电路接受到信号后传送到74HC160计数器翻译成当前的数字再由74HC4511锁存器把相应的段码传送给数码管显示，电路图如图9。图9 显示电路图3.1.5 系统复位电路光电技术器的复位电路在系统中主要是对系统电路的复位。在开关闭合以后外部信号对74HC160计数器发送一个低电平，74HC160的清零端接受到低电平信号后对计数器清零，在经过74HC4511芯片锁存传送到数码光上显示出来0000。复位电路在系统中就是能够随时的改变系统的重计数。电路图如图10。图10 系统复位电路图4. 系统调试4.1 电路仿真软件ISIS 7 Professional 是英国Labcenter公司开发的电路分析与实物仿真软件，可以仿真、分析（SPICE）各种模拟器件和集成电路。具有强大的原理图绘制功能。软件图如下图11 仿真软件图4.2 光电技术器的功能光电技术器主要是对当时当地经过的人数进行统计。在ISIS 7 Professional的仿真图实在理想的环境下对其电路进行测试。其作用是对电路和程序的检测，下图是光电技术器在没有打开的时候哈没有处于计数状态。图12 电路仿真图当光电技术器接上电源总开关打开后，有人通过把发射光源挡住后，受光部分无法接受到光发射出一个信号经过转化后在数码管上显示出来。应为在ISIS 7 Professional的仿真上面无法挡住，所以在信号放大后的电路上装一个模拟开过相当于没有接受到光源后没有信号出来给计数器74HC160一个信号。如下图仿真。图13 计数仿真图5. 设计总结通过本次课程设计的完成，使我查阅资料的能力、对方案构造的思维能力得到了很大的提高。留给我印象最深的是要设计一个成功的电路，必须对相关器件和的专业知识有比较深入的了解，能够熟练的掌握在软件上画出相关的原理图和对程序的仿真。这次课程设计，也暴露了我的一些问题。由于平时没怎么重视理论知识所以在元器件的使用有很大的缺陷。提醒我以后要更加的重视理论知识。让我受益匪浅的是这次设计时我们的合作，在合作中强调的团队精神，我们团队成员之间要相互信任，相互帮助。遇到困难时要同心协力，也不相互推脱责任，我们心平气和的好好商量，以求的解决的方案。在团队管理中我们都充分的照顾好每一个人的意见，集思广益寻求最好的方案（俗话说：三个臭皮匠赛过诸葛亮）所以我们好好的运用了团队。这样我们的团队在不断的学习中进步。6. 参考文献1 张义和，陈敌北例说传感器，人民邮电出版社，1997.125-1332 康华光，皱寿彬.电子计数基础，高等教育出版社，2007.168-1983 贾好来电路原理及应用 ，机械工业出版社，2003.98-1514 赵健领数字电路开发宝典，电子工业出版社，2005.135-1565 余锡存微机原理及接口技术 ,西安电子科技大学出版社，2007.168-1986 刘同法陈忠平，电路模块系统实践，北京航空航天大学出版社，1999.123-1577 何宏电路原理与接口技术，国防工业出版社，2008.205-2298 楼然苗TTL芯片设计实例，北京航空航天大学出版社，2004.113-1569 刘迎春TTLL芯片原理及应用教程，清华大学出版社，2007.156-18910 李建平，唐远炎信号分析方法的应用M重庆：重庆大学出版社,1997.125-13311 秦前清,杨宗凯实用信号分析M西安：西安电子科技大学出版社,1994.125-13312 李建平小波分析与信号处理-理论、应用及软件实现M.重庆：重庆出版社，1997.12.125-13313 屈汉章,徐晨等连续信号变换及其应用M北京：中国电子音像出版社2002.125-13314 刘惯忠，邸双亮电路分析及其应用M西安：西安电子科技大学出版社,1993.125-1337. 附录附录1：电路原理图17