電子課程設(shè)計-雙通道計數(shù)器

1、<p><b>　　廈門大學(xué)</b></p><p><b>　　電子課程設(shè)計報告</b></p><p><b>　　目 錄</b></p><p>　　一、設(shè)計目的與意義3</p><p><b>　　二、設(shè)計要求3</b></p

2、><p>　　三、自行設(shè)計方案3</p><p>　　1)光電發(fā)射接收電路5</p><p><b>　　2)放大電路5</b></p><p>　　3)計數(shù)/譯碼電路6</p><p><b>　　4)顯示電路7</b></p><p>

3、;　　四、標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計方案7</p><p>　　1）原理方框圖7</p><p>　　2）各單元電路原理介紹9</p><p>　　a)光電發(fā)射接收電路9</p><p>　　b)信號處理電路9</p><p>　　c)信號互鎖電路10</p><p>　　d)計數(shù)/譯碼/

4、顯示電路10</p><p>　　e)輔助電源電路12</p><p>　　五、元器件清單12</p><p>　　六、PCB布線圖12</p><p>　　七、硬件制作與調(diào)試14</p><p>　　八、結(jié)論與心得14</p><p>　　九、成果圖展示15</p>

5、<p><b>　　一、設(shè)計目的與意義</b></p><p>　　1）通過這次設(shè)計，經(jīng)過親身操作之后，初步熟悉并學(xué)會了電路設(shè)計軟件Altium Designer的使用，了解了這一款軟件對于電路板設(shè)計的重要作用，這對于日后的學(xué)習(xí)及應(yīng)用有很大的幫助；</p><p>　　2）掌握電路設(shè)計的方法和技巧。將學(xué)習(xí)到的理論知識運用到實際當(dāng)中去，做到能夠活學(xué)活用，深

6、入的了解電子元器件的使用方法，了解各種元器件的基本用途和方法，能夠靈活敏捷的判斷電路中出現(xiàn)的故障，學(xué)會獨立設(shè)計電路，積累更多的設(shè)計經(jīng)驗，加強(qiáng)焊接能力和技巧，完成基本的要求；</p><p>　　3）本次課程設(shè)計的產(chǎn)品——雙通道計數(shù)器，除了可以應(yīng)用于流水線上產(chǎn)品數(shù)量的測量，還可以廣泛應(yīng)用于測量停車場、賓館、飯店、商場、超市、博物館、展覽觀、車站、碼頭、銀行等場所的人員或物品的數(shù)量及流通數(shù)量。</p>

7、<p><b>　　二、設(shè)計要求</b></p><p>　　設(shè)計并制作用于識別、計算通過管道的物品數(shù)目的光電識別計數(shù)器。</p><p>　　1）識別物品通過管道的方向：進(jìn)、出；</p><p>　　2）對進(jìn)出管道的物品進(jìn)行計件，物品進(jìn)入管道，識別器計數(shù)總數(shù)目增加，物品離開管道，識別器計數(shù)總數(shù)目減少；</p><

8、p>　　3）至少一位數(shù)碼管顯示。</p><p><b>　　三、自行設(shè)計方案</b></p><p>　　如圖1所示，電路包括入口和出口的光電發(fā)射接收電路、信號放大電路和兩位計數(shù)/譯碼/顯示電路。應(yīng)用到了電阻、發(fā)光二極管、光敏電阻、運算放大器、十進(jìn)制加減計數(shù)器CD40110及數(shù)碼管等元器件。</p><p>　　圖1 自行設(shè)計方案電路原

9、理圖</p><p><b>　　光電發(fā)射接收電路</b></p><p>　　如圖2所示，LED正向壓降1.66V，工作電流5mA，所以選擇阻值為665Ω的電阻R1、R2為保護(hù)電阻。</p><p><b>　　圖2 光電發(fā)射電路</b></p><p>　　如圖3所示，利用光敏電阻特性，使電橋電

10、路輸出電壓變化，產(chǎn)生脈沖。</p><p>　　Ra為蓋黑膠布的光敏電阻Ф3系列GL3516，亮電阻為10KΩ，暗電阻為600KΩ，提供溫度補償，電阻固定為600KΩ。</p><p>　　Rb為600KΩ，Rc為10KΩ。</p><p>　　Rd為光敏電阻Ф3系列GL3516，亮電阻為10KΩ，暗電阻為600KΩ。</p><p><

11、;b>　　圖3 光電接收電路</b></p><p><b>　　放大電路</b></p><p>　　如圖4所示，放大電路利用運算放大器，使脈沖電壓放大2倍，使信號更容易被識別。</p><p>　　R5為1 KΩ，R7為2 KΩ，R8為1 KΩ。放大倍數(shù)為(R7/ R5=)2倍。</p><p>&

12、lt;b>　　圖4 放大電路</b></p><p><b>　　計數(shù)/譯碼電路</b></p><p>　　如圖5所示，電路中的計數(shù)\譯碼功能由CD40110芯片完成，兩個芯片相連可實現(xiàn)進(jìn)、借位功能。</p><p>　　圖5 計數(shù)\譯碼電路</p><p>　　CD40110十進(jìn)制可逆加減計數(shù)器/鎖

13、存器/譯碼器/驅(qū)動器，是一個功能很強(qiáng)大的芯片，將計數(shù)/譯碼功能都集成到了一起，能很好的實現(xiàn)這些功能。</p><p><b>　　顯示電路</b></p><p>　　如圖6所示，由CD40110芯片譯碼后，數(shù)碼管可以將結(jié)果顯示出來。</p><p><b>　　圖6 顯示電路</b></p><p&g

14、t;<b>　　四、標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計方案</b></p><p>　　如圖7所示，電路包括光電發(fā)射接收電路、反相短路、信號互鎖電路、計數(shù)/譯碼/顯示電路和輔助電源電路五部分。其中Ra、Rb、Rc、Rd、Re為零歐電阻，可當(dāng)做導(dǎo)線，作用是在焊接電路時替代飛線。</p><p><b>　　原理方框圖</b></p><p>　　如圖

15、8所示，電路各部分工作原理及作用如下。</p><p><b>　　圖8 原理方框圖</b></p><p>　　圖7 標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計方案電路</p><p><b>　　各單元電路原理介紹</b></p><p><b>　　光電發(fā)射接收電路</b></p><

16、;p>　　如圖9所示，該部分電路采用ST168作為核心器件，當(dāng)有工件經(jīng)過ST168時，便會產(chǎn)生脈沖。</p><p>　　沒有物體經(jīng)過時，ST168內(nèi)部為通路，輸出為高電平。有物體經(jīng)過時，輸出為低電平。</p><p>　　ST168外形如圖10所示。內(nèi)部為高發(fā)射功率紅外光電二極管和高靈敏度光電晶體管，如圖11所示。</p><p>　　圖9 光電發(fā)射接收電

17、路 圖10 ST168外形圖</p><p>　　圖11底面示圖 內(nèi)部原理示意</p><p><b>　　信號處理電路</b></p><p>　　如圖12所示，因為由4069芯片對信號進(jìn)行反相，以便有物體經(jīng)過ST168時，輸入到74LS74的是高電平。</p><p>　　如圖13所示，

18、4069為6個反相器，引腳功能如圖。</p><p>　　圖12 信號處理電路</p><p>　　圖13 4069引腳功能圖</p><p><b>　　信號互鎖電路</b></p><p>　　如圖14所示，74LS74是上升沿觸發(fā)，此芯片將由4069芯片反相后輸出的后一個信號始終封鎖在高電平。</p>

19、<p>　　如圖15所示，74LS74是雙D觸發(fā)器，引腳如圖。</p><p>　　計數(shù)/譯碼/顯示電路</p><p>　　如圖16所示，信號互鎖電路輸出的信號，經(jīng)過40110芯片加減計數(shù)和譯碼后，驅(qū)動數(shù)碼管顯示。</p><p>　　圖14 信號互鎖電路</p><p>　　圖15 74LS74引腳圖</p>

20、<p>　　圖16 計數(shù)/譯碼/顯示電路</p><p><b>　　輔助電源電路</b></p><p>　　如圖17所示，利用7805芯片將9V電源轉(zhuǎn)為5V，芯片前后有兩組電容起濾波作用。</p><p>　　圖17 輔助電源電路</p><p><b>　　五、元器件清單</b>

21、;</p><p>　　如表1所示，共用到元器件23個。</p><p><b>　　表1 元器件清單</b></p><p><b>　　六、PCB布線圖</b></p><p>　　如圖18所示，用電路設(shè)計軟件Altium Designer設(shè)計原理圖并生成PCB文件后，對元器件位置及線路走向進(jìn)行

22、布置，最終結(jié)果如下。</p><p>　　圖18 PCB布線圖</p><p><b>　　七、硬件制作與調(diào)試</b></p><p>　　首先在電源輸入端輸入9V電壓，然后用遮擋物依次擋住兩個反射式紅外光電傳感器，讓其產(chǎn)生一個高電平，反相電路輸出低電平脈沖，電路開始計數(shù)。</p><p>　　在調(diào)試中，遇到了以下問題：

23、</p><p>　　1）接通電源后，數(shù)字顯示管顯示，LED燈不亮；</p><p>　　2）工件計數(shù)器無法實現(xiàn)計數(shù)功能；</p><p>　　3）工件計數(shù)器只能完成減法計數(shù)，無法完成加法計數(shù)。</p><p><b>　　解決方案：</b></p><p><b>　　1）換LED燈；

24、</b></p><p>　　2）檢查電路，查看是否所有線路都連接完全，是否有引腳沒有接通；</p><p>　　3）檢查是否焊接不好，線路中有斷路情況。</p><p><b>　　八、結(jié)論與心得</b></p><p>　　這一次的電子課程設(shè)計主要分成兩大部分：電路設(shè)計部分和電路板制作部分。</p&

25、gt;<p>　　在第一部分設(shè)計電路中，我們在得知課題是雙通道計數(shù)器后，按照課程設(shè)計要求，分光電發(fā)射接收、信號處理、計數(shù)顯示三部分設(shè)計電路，在搜索可用元器件過程中，我們了解到了許多課本里沒有但很常見的元器件，這拓寬了我們的視野。在此之后，我們重新溫習(xí)了學(xué)習(xí)過的數(shù)電知識，將知道的知識應(yīng)用到實際設(shè)計中，這不僅讓我們鞏固了之前的知識，也開發(fā)了我們自己的設(shè)計思維。但不足之處是我發(fā)現(xiàn)自己并不能很好的運用學(xué)過的知識，跟實際聯(lián)系不夠，設(shè)

26、計這樣一個簡單電路讓我感到很吃力。</p><p>　　在第二部分電路板制作時，由于學(xué)校統(tǒng)一發(fā)給我們一套電子器件，并給我們統(tǒng)一的電路圖，因此，在這一部分，我們主要是進(jìn)行焊接電路的實踐。在PCB布線過程中，我們熟悉并掌握了Altium Designer的DXP部分的使用，了解了一些實際制作電路板時會存在的問題，比如：在元器件布局的時候，應(yīng)把在一個電路內(nèi)的元器件放在一起，盡量按照電路功能布局；在布線過程中，不能交叉導(dǎo)

27、線，所以會遇到有連線沒法布置的情況，這時候就需要飛線，飛線可以用導(dǎo)線，導(dǎo)線最好連在正面板上，飛線也可以用零歐電阻，能夠避免在正面板連接導(dǎo)線。在焊接的過程中，我們學(xué)習(xí)到了一些焊接的小技巧，比如元器件放置時要留足夠的地方，避免焊接連線部分時造成短路等，焊接也鍛煉了我們的動手能力。而且在調(diào)試的過程中，我們對于萬用表等電子儀器的運用也更加熟練，對于計數(shù)器的電路有了更深層次的了解。</p><p>　　總之，通過這一次的電

28、子課程設(shè)計，我們不僅溫習(xí)了數(shù)電知識，還學(xué)到了很多新知識，更重要的是這讓我們掌握了一些最基本的設(shè)計電路的方法，可以將理論與實際結(jié)合，這對我們以后的學(xué)習(xí)幫助很大。</p><p><b>　　九、成果圖展示</b></p><p>　　焊接電路板正面如圖19所示，背面如圖20所示。</p><p>　　圖19 焊接電路板正面</p>