08电气2班 光控计数器 课程设计.doc

光控计数器 学院：物理与电子信息学院 2008级电气2班 组长：石明利20081342097 组员：王森林 20081342118 王本宽 20081342108 王春生 20081342111 张亚敏 20081342163 周玲玲 20081342177 指导老师：韦民红 前 言 现今人们在生活、学习和工作中，经常需要对某种物品进行数量统计。而在学校的教学中，也时常要对教室或实验室里的人数进行统计，以便了解需要准备的教学仪器或是参考资料的数目。常规的机械计数和人工计数不仅麻烦，而且极为浪费时间和资源。随着社会自动化的不断普及，人们日渐需求一种自动计数的装置。在学习了脉冲数字电路的基础上，笔者设计了一种利用光线的通断来统计数目的光控计数器。其主要系统组成为：光电转换模块、整形模块、时序控制模块、计数译码模块和显示模块，通过对光电的转换，由时序逻辑电路控制，达到自动计数的功能。此产品简单方便，非常易于用于实际生活中,有教高的实用价值。 第一章 设计要求 本设计主要是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；要求计数器的最大计数容量为99人，并用数码管显示数字。 第二章 系统组成及工作原理 2.1 系统组成 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： 2.2 工作原理 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。 第三章 电路设计 3.1元器件介绍 3.1.1施密特触发器 经光电部分出来的波形是不规则的，需要经过施密特触发器进行整形。在此课题中选用的施密特触发器是74LS04芯片，因此输出与输入反相。芯片结构及引脚图如图一。 图一 3.1.2 555定时器 555定时器是一种应用极为广泛的中规模集成电路。它使用灵活、方便，只需外接少量的阻容元件就可以构成单稳、多谐和施密特触发器，广泛用于信号的产生、变换、控制和检测。在此课题中主要是用555定时器构成多谐振荡器，产生双D触发器所需要的时钟脉冲。其引脚图如图二。 图二 3.1.3 双D触发器 本课题中选用的是74LS74双D触发器，用于和其它芯片一起构成时序逻辑电路。由于74LS74是上升边沿触发的边沿D触发器，电路结构是维特—阻塞型的，所以又称维特—阻塞触发器。它要求控制端D的信号应超前CP脉冲上升边沿2Tpd1时间建立，并要求在CP脉冲触发边沿到来后继续维持1Tpd1时间（此处的Tpd1是TTL门的平均传输延迟时间）。其中一个D触发器引脚结构如图三。 图三 与非门 本课题中选用了两个74LS00芯片和一个74LS20芯片，与双D触发器一起构成时序控制电路。其中74LS00芯片结构及引脚图如图四。74LS20芯片中为两个四脚合一与非门，74LS08为与门，与74LS00芯片类似，不再具体介绍。 图四 3.1.5 加/减计数器 因为本课题中需要对人数统计进行加和减的运算，所以笔者选用了74LS192可逆计数器。其引脚图如图五。 图五 3.1.6 译码器 译码器用以连接计数器和显示部分。本课题选用了CD4511芯片作为译码器。其引脚图如上图。 3.1.7 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，本设计提供的为LED数码管（共阴极）。其引脚图如图六。 图六 3.2 单元电路设计 3.2.1 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，一个接收管以及一个三极管，同时还有一个20欧姆和一个20K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，三极管电流增大，内阻减小，集电极输出低电平，送至施密特触发器。电路图如图3.2.1： 图3.2.1 3.2.2 时钟