課程設(shè)計(jì)——人數(shù)計(jì)的制作

1、<p>　　××大學(xué)××學(xué)院××系</p><p><b>　　課程設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　××大學(xué)××學(xué)院</b></p><p><b>　　二○一一年十二月</b>&l

2、t;/p><p>　　摘要：近幾年來(lái)，在我國(guó)以信息化帶動(dòng)的工業(yè)化正在蓬勃發(fā)展，光電計(jì)數(shù)器該產(chǎn)品應(yīng)用廣泛，常用于測(cè)量流水線上的產(chǎn)品的數(shù)量。本電路的指導(dǎo)思想是設(shè)計(jì)一電路光控電路，放置在流水線旁。當(dāng)有產(chǎn)品通過光電門時(shí)，都會(huì)先觸發(fā)光控電路，根據(jù)光控電路產(chǎn)生觸發(fā)脈沖令計(jì)數(shù)器進(jìn)行加計(jì)數(shù)，要求計(jì)數(shù)器的最大計(jì)數(shù)容量是9999個(gè)，并用數(shù)碼管顯示數(shù)字。該系統(tǒng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低廉、計(jì)數(shù)準(zhǔn)確的特點(diǎn)，適用于本次設(shè)計(jì)的系統(tǒng)。該光電計(jì)數(shù)器只有四

3、位數(shù)，如果四位數(shù)不滿足需要也可通過級(jí)聯(lián)可以擴(kuò)展為多。</p><p>　　關(guān)鍵字：編碼器，譯碼器，鎖存器，計(jì)數(shù)器，光電效應(yīng)。</p><p>　　Abstract: In recent years, in our country，the informationization industrialization is booming, photoelectric counter produ

4、cts 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 photoelectr

5、ic door, It will firstly trigger electric circuit, according to the electric circuit that trigger pulse to counter add count, the biggest count capacity requ</p><p>　　Key words: Encoder,Decoder , Latches ,Co

6、unter ,Photoelectric effect</p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　前言…………………………………………………………………………….0</p><p>　　1. 緒論…………………………………………………………………………..1</p><p><b&

7、gt;　　1.1 概述1</b></p><p>　　1.2 光電計(jì)數(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展前景1</p><p>　　1.3 主要芯片元器件引腳圖及功能介紹2</p><p>　　1.3.1 74HC14反相器2</p><p>　　1.3.2 74HC160計(jì)數(shù)器2</p><p>　　1.3.3 7

8、4HC4511芯片3</p><p>　　2. 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理…………………………………………………………….5</p><p>　　2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求5</p><p>　　2.2 系統(tǒng)的組成與結(jié)構(gòu)5</p><p>　　2.3 光電技術(shù)器系統(tǒng)原理圖5</p><p>　　2.4 計(jì)數(shù)方式5</p

9、><p>　　3. 光電技術(shù)器的系統(tǒng)原理……………………………………………………..6</p><p>　　3.1 硬件電路設(shè)計(jì)6</p><p>　　3.1.1 電源設(shè)計(jì)6</p><p>　　3.1.2 放光電路設(shè)計(jì)6</p><p>　　3.1.3 受光電路設(shè)計(jì)7</p><p>　

10、　3.1.4 顯示電路設(shè)計(jì)7</p><p>　　3.1.5 系統(tǒng)復(fù)位電路8</p><p><b>　　4. 系統(tǒng)調(diào)試9</b></p><p>　　4.1 電路仿真軟件9</p><p>　　4.2 光電技術(shù)器的功能10</p><p>　　5. 設(shè)計(jì)總結(jié)11</p>

11、;<p>　　6. 參考文獻(xiàn)11</p><p><b>　　7. 附錄13</b></p><p><b>　　前言</b></p><p>　　近幾年來(lái)，在我國(guó)以信息化帶動(dòng)的工業(yè)化正在蓬勃發(fā)展，對(duì)一個(gè)地方的進(jìn)出的人數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)在生活中變得尤其重要，本系統(tǒng)地介紹了光電計(jì)數(shù)器的基本原理、特性、發(fā)展趨勢(shì)與應(yīng)用

12、等。為了培養(yǎng)面向21世紀(jì)的電子技術(shù)人才，也為了我們能適應(yīng)高校等多代表隊(duì)單位活動(dòng)的需要，本次所做的課程設(shè)計(jì)就是光電技術(shù)器系統(tǒng)，講述了電路各部分的設(shè)計(jì)原理及所能實(shí)現(xiàn)的功能和芯片74HC14，74HC160，74HC4511，發(fā)光器，受光器的熟悉，并能加以運(yùn)用。</p><p>　　光電技術(shù)器系統(tǒng)在生活有很大的用處。比如超市、廣場(chǎng)等等能夠在第一時(shí)間知道這些場(chǎng)所的人數(shù)就有利于管理，能知道這時(shí)是否增加場(chǎng)所的通道，這樣就減少

13、了不必要的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。并且能流水線上的產(chǎn)品的數(shù)量。</p><p>　　光電技術(shù)器系統(tǒng)主要是用單片機(jī)等一些小器件夠它小巧、構(gòu)造精簡(jiǎn)、價(jià)格便宜是它立于市場(chǎng)發(fā)展的最大前提。并適用于超市、廣場(chǎng)等各種場(chǎng)合。</p><p>　　光電技術(shù)器系統(tǒng)市面上的產(chǎn)品已經(jīng)非常的多，對(duì)于自己設(shè)計(jì)的這個(gè)電子產(chǎn)品也自知有許多的不足，在實(shí)現(xiàn)相同功能的基礎(chǔ)上節(jié)約成本也是非常有意義的，還有助于提高自己的動(dòng)手能力，豐

14、富課余生活。還有就是對(duì)自己學(xué)習(xí)的一種檢驗(yàn)，看看自己在專業(yè)課中學(xué)習(xí)的不足，并加以改正。</p><p><b>　　1. 緒論</b></p><p><b>　　1.1 概述</b></p><p>　　當(dāng)今社會(huì)是信息時(shí)代，是獲取信息和處理信息，以及信息應(yīng)用的時(shí)代。傳感信息與檢測(cè)技術(shù)的重要性在于它是獲得信息并對(duì)信息進(jìn)行一定

15、處理的基礎(chǔ)技術(shù)，是獲取信息的信息加工處理的重要手段之一。</p><p>　　傳感與檢測(cè)技術(shù)是一門知識(shí)面廣、綜合程度高、實(shí)用性很強(qiáng)的專業(yè)課程。它從傳感器的基本理論入手，著重講敘傳感器的結(jié)構(gòu)與感測(cè)原理，傳感器是一個(gè)二端口的裝置，不同的傳感器輸入-輸出特性不同，同一傳感器適應(yīng)不同的被測(cè)信號(hào)呈現(xiàn)的特性也有所不同。尤其當(dāng)被測(cè)信號(hào)為靜態(tài)信號(hào)時(shí)兩種狀態(tài)下，傳感器的輸入-輸出特性完全不同。感測(cè)技術(shù)在許多新知識(shí)里都有應(yīng)用，以信息

16、的傳感、轉(zhuǎn)換、處理為核心，從基本物理概念入手，闡述熱工量、機(jī)械量、幾何量等參數(shù)的測(cè)量原理及方法?！　」怆娛絺鞲衅魇菍⒐庑盘?hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)的一種傳感器。它的理論基礎(chǔ)是光電效應(yīng)。這類效應(yīng)大致可分為三類。第一類是外光電效應(yīng)，即在光照射下，能使電子逸出物體表面。利用這種效應(yīng)所做成的器件有真空光電管、光電倍增管等。第二類是內(nèi)光電效應(yīng)，即在光線照射下，能使物質(zhì)的電阻率改變。這類器件包括各類半導(dǎo)體光敏電阻。第三類是光生伏特效應(yīng)，即在光線作用下，物體內(nèi)

17、產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)的現(xiàn)象，此電動(dòng)勢(shì)稱為光生電動(dòng)勢(shì)。這類器件包括光電池、光電晶體管等。光電效應(yīng)都是利用光電元件受光照后，電特性發(fā)生變化。敏感的光波長(zhǎng)是在可見光附近，包括紅外波長(zhǎng)和紫外波長(zhǎng)。數(shù)字式電子計(jì)數(shù)器有直觀和計(jì)數(shù)精確的優(yōu)點(diǎn)，目前</p><p>　　1.2 光電計(jì)數(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展前景</p><p>　　隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，電子計(jì)數(shù)器的輔助功能也逐漸增加，現(xiàn)在已經(jīng)出現(xiàn)了多功能計(jì)數(shù)器，多功能計(jì)數(shù)器產(chǎn)

18、品的響應(yīng)度較高，交直、流電兩用、耗能低、價(jià)格低、無(wú)機(jī)械碰撞、無(wú)磨損、使用壽命長(zhǎng)，既可計(jì)數(shù)，又可計(jì)算。例如在毛衣編織機(jī)上運(yùn)用，除可計(jì)數(shù)和計(jì)算外，還可實(shí)現(xiàn)斷線報(bào)警?！⊥ㄓ糜?jì)數(shù)器不僅可測(cè)頻率、周期還可以測(cè)多周期平均、時(shí)間間隔、頻率比和累計(jì)等。頻率計(jì)數(shù)器專門用于測(cè)量高頻和微波頻率的計(jì)數(shù)器。微波計(jì)數(shù)器是以通用計(jì)數(shù)器和頻率計(jì)數(shù)器為主配以測(cè)頻擴(kuò)展器而組成的微波頻率計(jì)。它的測(cè)頻上限已進(jìn)入毫米波段，有手動(dòng)、半自動(dòng) 、全自動(dòng)3類。系列化微波計(jì)數(shù)器是電子計(jì)數(shù)

19、器發(fā)展的一個(gè)重要方面。</p><p>　　1.3 主要芯片元器件引腳圖及功能介紹</p><p>　　1.3.1 74HC14反相器</p><p>　　反相器是可以將輸入信號(hào)的相位反轉(zhuǎn)180度，其結(jié)構(gòu)圖如圖1.1所示。這種電路應(yīng)用在摸擬電路，比如說音頻放大，時(shí)鐘振蕩器等。在電子線路設(shè)計(jì)中,經(jīng)常要用到反相器時(shí)鐘振蕩器。具體功能如74HC14真值表表1。</p

20、><p>　　表1 74HC14真值</p><p>　　表1中: L表示信號(hào)為低 H表示信號(hào)為高</p><p>　　芯片74HC14的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如下：</p><p>　　圖1 74HC14引腳圖</p><p>　　1.3.2 74HC160計(jì)數(shù)器</p><p>　　7

21、4HC160是一種典型的高性能、低功效CMOS4位可預(yù)置BCD異步清除計(jì)數(shù)器，它的工作電壓在1.2V—3.6V電源電壓范圍內(nèi)工作，其所有邏輯輸入端都可以耐受高達(dá)5.5V的電壓。74HC160結(jié)引腳圖如圖2。</p><p>　　圖2 74HC160結(jié)引腳圖</p><p>　　其中D0為最低有效位，LSB、D3為最高有效位，一個(gè)低電平有效位的預(yù)置數(shù)據(jù)控制（），一個(gè)低電平有效的清除輸入（）

22、，兩個(gè)計(jì)數(shù)允許控制（CTp、CTt），一個(gè)時(shí)鐘輸入CP和BCD計(jì)數(shù)輸出Q0—Q3，串行進(jìn)位輸出（），74HC160功能表如表2。</p><p>　　表2 74HC160功能表</p><p>　　表中H——高電平 L——表示低電平 </p><p>　　×——表示任意

23、 ↑——表示低電平到高電平跳變</p><p>　　1.3.3 74HC4511芯片</p><p>　　74HC160是一種典型的高性能、低功效CMOS器件，8421位的BCD-to-seven段解碼器,貴司和輸出驅(qū)動(dòng) 燈泡測(cè)試、落料、和門閂分別是用來(lái)測(cè)試殘疾,關(guān)閉或脈沖調(diào)節(jié)亮度的顯示、存儲(chǔ)BCD編碼，它可以直接或間接的用來(lái)與發(fā)光二極體,白熾燈、熒光燈、氣體dis -費(fèi)用,或

24、液晶這七部分的讀數(shù)，應(yīng)用包括儀器顯示驅(qū)動(dòng)、電腦顯示驅(qū)動(dòng)程序,駕駛艙顯示屏驅(qū)動(dòng),以及各種時(shí)鐘、手表、定時(shí)器的用戶。</p><p>　　圖3 74HC411引腳圖</p><p>　　74HC4511的功能表能夠十分清楚的觀察出輸入對(duì)應(yīng)的輸出，并且在芯片里面的輸出端口還有鎖存器，在輸入沒有變化的時(shí)候，它能夠很好的鎖存前面的輸入并輸入在數(shù)碼管上顯示。</p><p>

25、　　表3 74HC4511功能表</p><p>　　表中H——高電平 L——表示低電平 </p><p>　　×——表示任意 ※——表示沒有</p><p>　　2. 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原理</p><p>　　2.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求</

26、p><p>　　設(shè)計(jì)一電路光控電路，放置在流水線旁。當(dāng)有產(chǎn)品通過光電門時(shí)，都會(huì)先觸發(fā)光控電路，根據(jù)光控電路產(chǎn)生觸發(fā)脈沖令計(jì)數(shù)器進(jìn)行加計(jì)數(shù)，要求計(jì)數(shù)器的最大計(jì)數(shù)容量是9999個(gè)，并用數(shù)碼管顯示數(shù)字。</p><p>　　2.2 系統(tǒng)的組成與結(jié)構(gòu)</p><p>　　圖4 光電計(jì)數(shù)器系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　整個(gè)光電計(jì)數(shù)器系統(tǒng)是由放光電路、受

27、光電路、運(yùn)算放大電路、譯碼和鎖存電路、顯示計(jì)數(shù)電路五個(gè)部分組成的，如圖4所示。光電傳感電路把被計(jì)數(shù)的物體的變化轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，由顯示計(jì)數(shù)電路計(jì)數(shù)，再由數(shù)碼顯示管顯示。</p><p>　　2.3 光電技術(shù)器系統(tǒng)原理圖</p><p>　　原理圖給我們一個(gè)清晰整體設(shè)計(jì)。讓我們知道用到了那些器件，而我們的驅(qū)動(dòng)程序也就是根據(jù)原理圖的接口，它是電器或電器設(shè)備設(shè)計(jì)的工作原理，配件布置，接線方式和電路的

28、總體方案。（見附錄1）</p><p><b>　　2.4 計(jì)數(shù)方式</b></p><p>　　本次系統(tǒng)采用的時(shí)BCD碼二進(jìn)制計(jì)數(shù)，當(dāng)系統(tǒng)的受光被擋住時(shí)感光器感受不到光源信號(hào)這時(shí)就會(huì)給進(jìn)一個(gè)信號(hào)，信號(hào)在經(jīng)過放大電路放大傳送到計(jì)數(shù)器74HC160芯片上，在經(jīng)過鎖存器在數(shù)碼管上顯示出來(lái)，4位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器狀態(tài)表如表4。</p><p>　　表4

29、4位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器狀態(tài)表</p><p>　　3. 光電技術(shù)器的系統(tǒng)原理</p><p>　　3.1 硬件電路設(shè)計(jì)</p><p>　　3.1.1 電源設(shè)計(jì)</p><p>　　為使模塊穩(wěn)定工作，須有可靠電源。我們采用獨(dú)立的穩(wěn)壓電源。此方案的優(yōu)點(diǎn)是穩(wěn)定可靠，且有各種成熟電路可供選用，電路圖如圖5。</p><p><

30、;b>　　圖5 電源電路圖</b></p><p>　　3.1.2 放光電路設(shè)計(jì)</p><p>　　我們主要使用放光器是把電轉(zhuǎn)化光源，為接受光信號(hào)做好準(zhǔn)備。放光電路主要由電阻、74HC14方向器、電容、發(fā)光器等組成電路圖如圖6。在圖中D1是發(fā)光器。</p><p><b>　　圖6 發(fā)光電路圖</b></p>

31、<p>　　3.1.3 受光電路設(shè)計(jì)</p><p>　　為了能準(zhǔn)確地遠(yuǎn)距離地感應(yīng)到產(chǎn)品經(jīng)過光電門，就必須選擇敏感性高且穩(wěn)定的信號(hào)感應(yīng)器件，而光電耦合器滿足這個(gè)條件。電路圖如圖7。在圖中D2是接受光源它主要是把光信號(hào)轉(zhuǎn)化為我們需要的電信號(hào)，在經(jīng)過放大電路對(duì)信號(hào)的放大傳送到74HC160芯片上去驅(qū)動(dòng)計(jì)數(shù)器。</p><p><b>　　圖7 受光電路圖</b&

32、gt;</p><p>　　3.1.4 顯示電路設(shè)計(jì)</p><p>　　LED數(shù)碼管是由多個(gè)發(fā)光二極管封在在一起組成“8”字型的器件，引線已在內(nèi)部連接完成，只需引出它們的各個(gè)筆劃，公共電極。LED數(shù)碼管常用段數(shù)一般為7段有的另加一個(gè)小數(shù)點(diǎn)。引腳定義如圖8。</p><p>　　圖8 數(shù)碼管引腳定義圖</p><p>　　光電計(jì)數(shù)器系統(tǒng)中的

33、顯示我們使用的是數(shù)碼管來(lái)顯示數(shù)據(jù)，主要是因?yàn)榉奖泸?qū)動(dòng)，又簡(jiǎn)單，成本又低。在受光電路接受到信號(hào)后傳送到74HC160計(jì)數(shù)器翻譯成當(dāng)前的數(shù)字再由74HC4511鎖存器把相應(yīng)的段碼傳送給數(shù)碼管顯示，電路圖如圖9。</p><p><b>　　圖9 顯示電路圖</b></p><p>　　3.1.5 系統(tǒng)復(fù)位電路</p><p>　　光電技術(shù)器的復(fù)位

34、電路在系統(tǒng)中主要是對(duì)系統(tǒng)電路的復(fù)位。在開關(guān)閉合以后外部信號(hào)對(duì)74HC160計(jì)數(shù)器發(fā)送一個(gè)低電平，74HC160的清零端接受到低電平信號(hào)后對(duì)計(jì)數(shù)器清零，在經(jīng)過74HC4511芯片鎖存?zhèn)魉偷綌?shù)碼光上顯示出來(lái)0000。復(fù)位電路在系統(tǒng)中就是能夠隨時(shí)的改變系統(tǒng)的重計(jì)數(shù)。電路圖如圖10。</p><p>　　圖10 系統(tǒng)復(fù)位電路圖</p><p><b>　　4. 系統(tǒng)調(diào)試</b&g

35、t;</p><p>　　4.1 電路仿真軟件</p><p>　　ISIS 7 Professional 是英國(guó)Labcenter公司開發(fā)的電路分析與實(shí)物仿真軟件，可以仿真、分析（SPICE）各種模擬器件和集成電路。具有強(qiáng)大的原理圖繪制功能。軟件圖如下</p><p>　　圖11 仿真軟件圖</p><p>　　4.2 光電技術(shù)器的功

36、能</p><p>　　光電技術(shù)器主要是對(duì)當(dāng)時(shí)當(dāng)?shù)亟?jīng)過的人數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。在ISIS 7 Professional的仿真圖實(shí)在理想的環(huán)境下對(duì)其電路進(jìn)行測(cè)試。其作用是對(duì)電路和程序的檢測(cè)，下圖是光電技術(shù)器在沒有打開的時(shí)候哈沒有處于計(jì)數(shù)狀態(tài)。</p><p>　　圖12 電路仿真圖</p><p>　　當(dāng)光電技術(shù)器接上電源總開關(guān)打開后，有人通過把發(fā)射光源擋住后，受光部分無(wú)法

37、接受到光發(fā)射出一個(gè)信號(hào)經(jīng)過轉(zhuǎn)化后在數(shù)碼管上顯示出來(lái)。應(yīng)為在ISIS 7 Professional的仿真上面無(wú)法擋住，所以在信號(hào)放大后的電路上裝一個(gè)模擬開過相當(dāng)于沒有接受到光源后沒有信號(hào)出來(lái)給計(jì)數(shù)器74HC160一個(gè)信號(hào)。如下圖仿真。</p><p>　　圖13 計(jì)數(shù)仿真圖</p><p><b>　　5. 設(shè)計(jì)總結(jié)</b></p><p>　

38、　通過本次課程設(shè)計(jì)的完成，使我查閱資料的能力、對(duì)方案構(gòu)造的思維能力得到了很大的提高。留給我印象最深的是要設(shè)計(jì)一個(gè)成功的電路，必須對(duì)相關(guān)器件和的專業(yè)知識(shí)有比較深入的了解，能夠熟練的掌握在軟件上畫出相關(guān)的原理圖和對(duì)程序的仿真。</p><p>　　這次課程設(shè)計(jì)，也暴露了我的一些問題。由于平時(shí)沒怎么重視理論知識(shí)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視理論知識(shí)。</p><p>　　

39、讓我受益匪淺的是這次設(shè)計(jì)時(shí)我們的合作，在合作中強(qiáng)調(diào)的團(tuán)隊(duì)精神，我們團(tuán)隊(duì)成員之間要相互信任，相互幫助。遇到困難時(shí)要同心協(xié)力，也不相互推脫責(zé)任，我們心平氣和的好好商量，以求的解決的方案。在團(tuán)隊(duì)管理中我們都充分的照顧好每一個(gè)人的意見，集思廣益尋求最好的方案（俗話說：三個(gè)臭皮匠賽過諸葛亮）所以我們好好的運(yùn)用了團(tuán)隊(duì)。這樣我們的團(tuán)隊(duì)在不斷的學(xué)習(xí)中進(jìn)步。</p><p><b>　　6. 參考文獻(xiàn)</b>

40、</p><p>　　[1] 張義和，陳敵北．例說傳感器，人民郵電出版社，1997.125-133</p><p>　　[2] 康華光，皺壽彬.電子計(jì)數(shù)基礎(chǔ)，高等教育出版社，2007.168-198</p><p>　　[3] 賈好來(lái)．電路原理及應(yīng)用 ，機(jī)械工業(yè)出版社，2003.98-151</p><p>　　[4] 趙健領(lǐng)．?dāng)?shù)字電路開發(fā)寶

41、典，電子工業(yè)出版社，2005.135-156</p><p>　　[5] 余錫存．微機(jī)原理及接口技術(shù) ,西安電子科技大學(xué)出版社，2007.168-198</p><p>　　[6] 劉同法．陳忠平，電路模塊系統(tǒng)實(shí)踐，北京航空航天大學(xué)出版社，1999.123-157</p><p>　　[7] 何宏．電路原理與接口技術(shù)，國(guó)防工業(yè)出版社，2008.205-229<

42、/p><p>　　[8] 樓然苗．TTL芯片設(shè)計(jì)實(shí)例，北京航空航天大學(xué)出版社，2004.113-156</p><p>　　[9] 劉迎春．TTLL芯片原理及應(yīng)用教程，清華大學(xué)出版社，2007.156-189</p><p>　　[10] 李建平，唐遠(yuǎn)炎．信號(hào)分析方法的應(yīng)用[M]．重慶：重慶大學(xué)出版社,1997.125-133</p><p>　

43、　[11] 秦前清,楊宗凱．實(shí)用信號(hào)分析[M]．西安：西安電子科技大學(xué)出版社,1994.125-133</p><p>　　[12] 李建平．小波分析與信號(hào)處理-理論、應(yīng)用及軟件實(shí)現(xiàn)[M].重慶：重慶出版社，1997.12.125-133</p><p>　　[13] 屈漢章,徐晨等．連續(xù)信號(hào)變換及其應(yīng)用[M]．北京：中國(guó)電子音像出版社．2002.125-133</p>&l