数电课程设计报告 对生产线产品计数的光电计数器设计 17页.doc

（理工科类）、课程设计（报告）题目：对生产线产品计数的光电计数器设计、课程设计（论文）工作内容一、课程设计目的1、通过电子技术基础（模电、数电）课程的学习，使学生在掌握基本理论知识的基础上，学会常见电子集成器件的使用。2、通过设计一个模数结合的小型电子电路系统，使学生了解电子电路设计的方法、步骤；学会元器件的选用；学会用软件仿真验证设计方案的正确性；培养综合运用知识和独立开展实践创新的能力。3、通过搭建调试电路，进一步熟悉相关仪器设备的使用。4、通过绘制电路图，熟悉Protel的使用，扩充专业知识技能。5、规范化训练学生撰写技术研究报告，提高书面表达能力。二、课程设计任务与要求1、基本部分：1）由光耦实现产品监测；2）由计数器对脉冲信号计数，计数结果经LED显示；3）计数范围099，电路具备手动清零功能。4）根据要求设计电路，画出原理图，用EWB仿真，验证设计方案；5）学习使用Protel，画出系统的PCB图。2、发挥部分：1）计数结果要求实现十位数的动态“零消隐”，即：当计数结果不超过10时，十位数的那个数码管无显示；2）报告第三部分给出其他设计方案，画出仿真实现的电路图，并与参考方案对比分析。三、课程设计考核平时20%；验收40%；报告40%摘要21世纪是信息时代，是获取信息，处理信息，运用信息的时代。传感与检测技术的重要性在于它是获得信息并对信息进行必要处理的基础技术，是获取信息和处理加工信息的手段，无法获取信息则无法运用信息。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。【关键词】光电效应光电传感器光电计数器ABSTRACTThe21stcenturyistheageofinformation,itistheaccesstoinformation,treatmentinformation,useoftheinformationage.Sensinganddetectiontechnologyisimportantbecauseitistheaccesstoinformationandtheinformationnecessarytodealwiththeunderlyingtechnology,isaccesstoinformationandmeansofprocessinginformation,unabletogetinformationyouwontbeabletouseinformation.Photoelectricsensorisalightsignalintoanelectricsignalofthesensor.Itisthetheoreticalbasisofthephotoelectriceffect.Theseeffectscanbebroadlydividedintothreecategories.Thefirsttypeisoutsideofthephotoelectriceffect,namely,indaylight,canmakethetungstensurface.Usethiseffectcausedbydevicewithvacuumphotocell,photomultipliertubes,etc.Thesecondcategoryisthephotoelectriceffect,i.e.,inthelight,canmaketheelectricalresistivityofthematerialchange.Suchdevicesincludevarioustypesofphotosensitivesemiconductor.Thethirdcategoryisphotovoltaiceffect,inthelight,theobjectswithintheEMFEMF,thisiscalledlight-inducedelectromotiveforce.Thisclassofdevices,includingphotovoltaiccells,photo-transistor,etc.Photoelectriceffectisusingoptoelectroniccomponentsaffectedbythelighting,theelectriccharacteristicschange.Sensitiveopticalwavelengthisvisibleinthevicinity,includinginfraredwavelengthandUVwavelengths.Digitalelectroniccountershaveintuitiveandcountsaccuratebenefits,hasbeeninwidespreaduseinvariousindustries.Thereareavarietyofdigitalelectroniccountercountermode,itistriggeredbytheactualuseconditionsandtheenvironment.Usingmechanicalmeansofcontactingfires,usingelectronicsensorsfornon-contacttypephotoelectricsensortriggered,isoneofthem,itisanon-contactelectronicsensors.Adoptsphotoelectricsensorproductionofopto-electroniccounters.Thiscounteristhefactorysproductionlinesforproducts,withothercountersirreplaceablethemerit.【Keywords】photoelectriceffectphotoelectricsensorphotoelectriccounter目录1、光电感应计数器课程设计12、课程设计（报告）任务书23、摘要（中文）34、摘要（英文）45、目录56、设计任务及方案67、光电计数器系统简介67.1计数器系统的基本特点67.2计数器系统的组成77.3电路整体原理107.4PROTEL99的学习及应用137.5调试及测试过程中的问题及查找故障的方法148、其它设计方案与比较149、结果1610、结束语1711、附录17第一章系统设计第一节设计任务及总体方案该计数器系统总体设计方案较为简单，用光电感应器实现对生产线产品的数量的采集，将信号传送到防干扰的迟滞比较器，共经过两级比较器，传输信号脉冲，通过74ls162计数器进行计数，计数范围是099，通过4511七段译码器进行译码，输出信号给LED数码管进行显示。其中，个位计数器的进位标志位接到十位计数器的计数控制端CET和CEP控制十位计数器工作计数，因为74ls162是十进制计数器，计数的结果是BCD码00001001，经过译码器数码管后显示的十进制0099。，本设计还实现了十位数的动态“零消隐”，（当计数结果不超过10时，十位数的数码管无显示，原理就是将十位计数器的输出端通过4072进行相或，从而只有当数码管个位显示时十位数码管BL端低有效，即十位数码管熄灭）。本设计还实现清零时，是两位数码管都显示0，因为这样可以让工作人员方便确定计数系统工作正常，原理就是利用7404的非门功能，输入端接复位端，输出与十位七段译码器的灭灯输入端BL端相接，每当复位时，BL就会输入高电平，从而使两个数码管都会清零。实际情况下，生产线上产品每经过光电传感器，信号在通过两级比较器后，就会有一个上升沿信号作为时钟信号，控制计数器工作，同时计数开始，可以连续实现对100个产品进行计数，如需重新开始，只要按下清零按键就能重新计数第二节光电计数器系统简介一、计数器系统的基本特点本系统具有体积小、硬件少、电路结构简单及容易操作等优点。本计数器可将机械或人工计数方式变为电子计数，并且采用数码显示，简单直观，可适用于诸多行业，以满足现代生产、生活等方面的需求。随着生产技术的不断改善和提高，在现代化生产的许多场合都可以看到计数器的使用。本计数器具有低廉的造价以及控制简单等特点。该系统还具有以下特点：、该系统具有清零功能，工作人员可以通过复位开关使两个数码管都显示零，这样可以方便进行人工操作以及确认计数器是否正常工作；原理就是利用7404的非门功能，输入端接复位端，输出与十位七段译码器的灭灯输入端BL端相接，每当复位时，BL就会输入高电平，从而是两个数码管都会清零。2、该系统还具有十位的“零消隐”功能，原理就是将十位计数器的输出端通过4072进行相或，从而只有当数码管个位显示时十位数码管BL端低有效，即十位数码管熄灭。3、该系统还采用了抗干扰较强的迟滞比较器，这样大大加强了其在实际生或中的应用能力，可以得到有效地推广。4、该例光电触发式计数器只有两位数，但通过级联可以扩展为四位，甚至多位二、计数器系统的组成1、74LS162图1.174LS162引脚图、个位计数器时钟脉冲给的是比较器的输出信号，计数器自上电起一直处于计数状态，每当有产品经过光电对管之间时，计数器的CP端就接收到上升沿信号，开始计数。进位输出端接到十位计数器的技术控制端CEP和CEP，四个输出引脚的信号作为七段译码器的输入信号。、十位计数器时钟脉冲给的是比较器的输出信号，计数器的CP端就接收到上升沿信号时，还不能进行计数，只有当个位的计数溢出时，CEP和CEP端才高有效，进行计数。为实现任务书中十位数的动态“零消隐”，四个输出引脚的信号必须经过或门作为七段译码器的输入信号。74LS162引脚功能表：PEParallelEnable(ActiveLOW)Input并行启用（低电平）输入P0P3ParallelInputs并行输入CEPCountEnableParallelInput计数启用并行输入CETCountEnableTrickleInput计数启用涓流输入CPClOCk(ActiveHIGHGoingEdge)Input时钟输入MRMasterReset(ActiveLOW)Input主复位（低电平）输入SRSynchronousReset(ActiveLOW)Input同步复位（低电平）输入Q0Q3ParallelOutputs(Noteb)并行输出（注b）TCTerminalCountOutput(Noteb)终端计数输出（注b）2、CD4511图2.1CD4511管脚图其电路原理如下：CD4511是一个用于驱动共阴极LED（数码管）显示器的BCD码七段码译码器的特点：具有BCD转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能的CMOS电路能提供较大的拉电流。可直接驱动LED显示其中abcd为BCD码输入，a为最低位。LT为灯测试端，加高电平时，显示器正常显示，加低电平时，显示器一直显示数码“8”，各笔段都被点亮，以检查显示器是否有故障。BI为消隐功能端，低电平时使所有笔段均消隐，正常显示时，B1端应加高电平。另外CD4511有拒绝伪码的特点，当输入数据越过十进制数9(1001)时，显示字形也自行消隐。LE是锁存控制端，高电平时锁存，低电平时传输数据。ag是7段输出，可驱动共阴LED数码管。另外，CD4511显示数“6”时，a段消隐；显示数“9”时，d段消隐，所以显示6、9这两个数时，字形不太美观，若要多位计数，只需将计数器级联，每级输出接一只CD4511和LED数码管即可。所谓共阴LED数码管是指7段LED的阴极是连在一起的，在应用中应接地。限流电阻要根据电源电压来选取，电源电压5V使用510的限流电阻。3、LM393图3.1LM393管脚图LM393参数如表3.1所示：表3.1引脚功能表：引出端序号功能符号引出端序功能符号1输出端1OUT15正向输入端21N+(2)2反向输入端11N-(1)6反向输入端21N-(2)3正向输入端11N+(1)7输出端2OUT24地GND8电源VCC4、数码管数码管通常有发光二极管（LED）数码管和液晶（LCD）数码管，数码管是共阴极数码管，译码器的输出端接到数码管的输入端，输出端与地之间接电阻510欧姆限流保护数码管，否则数码管容易烧坏。本设计提供的为LED数码管（共阴极）。其引脚图如图2所示。5、CD4072B设计中要实现“零消隐”，就要用到CD4072B四输入或门，将计数器74LS162的输出端Qa,Qb,Qc,Qd分别接入4072中，输出端接入译码器4511的BI端，就可实现“零消隐”,见图5.1图5.1CD4072B引脚图三、电路整体原理