数字显示式光电计数电路的制作Word文档格式.docx
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在电源输入端输入7-9V电压,经稳压调幅成6V左右在电压,经过光电输入电路、计数脉冲形成电路、显示电路组成和显示计数部分完成电路功能。
◆2总体设计方案
2.1方案一:
图1、光电显示电路
原理:
如图所示电路,当光敏三极管VT1接收到红外发光二极管射来的红外光线时,VT1导通,比较器IC2-B的反相输入端6脚为低电平,7脚输出高电平,加到比较器IC2-A的反相输入端,使1脚输出低电平,则光电耦合器4N35内的发光管点亮,对应的光敏管导通,三极管VT2也导通,VT2集电极输出低电平。
当有物体通过红外发光二极管VD1和接收管VT1之间,红外线被挡住,VT1截止,IC2-A的1脚输出高电平,4N35截止,VT2截止,VT2集电极输出高电平,故当有物体通过VT1时,便在VT2集电极上输出计数脉冲信号,该信号送到十进制计数器,再送到译码显示电路,显示出相应的数据。
缺点:
输入电源需要220V较大,连接不好容易烧坏原件
2.2方案二:
图2光电数字显示电路
该电路有光电输入电路(VD,3DU12),脉冲形成电路(IC1A,IC1B组成电压比较器;
光电耦合器;
晶体管开关电路)和记数与显示电路等组成.当光敏三极管VD接收到红外发光二极管射来的红外光线时,3DU12中VT1导通,比较器IC1-A的反相输入端为低电平,输出高电平,加到比较器IC1-B的反相输入端,使输出低电平,则光电耦合器4N35内的发光管点亮,对应的光敏管导通,三极管也导通,集电极输出低电平。
当有物体通过红外发光二极管VD和接收管VT之间,红外线被挡住,VT截止,IC1-B的1脚输出高电平,4N35截止,VT截止,VT集电极输出高电平,故当有物体通过VT时,便在VT集电极上输出计数脉冲信号,该信号送到十进制计数器,再送到译码显示电路,显示出相应的数据。
电路的计数脉冲形成部分比较复杂,焊接起来连线比较复杂
以上电路基本都可以实现本课程项目的要求,但是经过比较改进,我们选用了以下这个电路:
◆3原理方框图
图3
◆4总图体电路
图4光电数字显示电路
◆4主要元件原理介绍
4.1LED数字显示管
数码管显示的数码均是由七个发光二极管构成的。
每段上加上合适的电压,该段就点亮。
我们在这个电路中用的是共阴型,共阴型就是七个发光管的负极都连在一起,作为一条引线。
4.2CD40110
CD40110计数集成电路运用该电路能完成十进制的加法、减法、进位、借位等计数功能,并能直接驱动小型七段LED数码管,其逻辑功能见图。
R为清零端,R=1时,计数器复位,CP为时钟端(CPU为加法计数时钟,CPO为减法计数时钟),QCO输出进位脉冲,QBO输出借位脉冲,TE为触发器使能端,TE=0时,计数器工作,TE=1时,计数器处于禁止状态,LE为锁存控制端。
七段数码管器件为小型LED共阴极数码,CD40110与它配套使用可直接驱动显示。
CD40110计数为十进制加计数器,逢十时自QCO端输出进位脉冲,送至下一个相同计数器CPu端(9脚)将继续累加(即为十位数),由555电路组成脉冲发生器,3脚VO端输出连续脉冲加至CD40110加法输入端,调整RP,可改变脉冲速度。
集成电路CD40110是可逆计数器。
CD40110集计数、译码、锁存、驱动为一体的
电路中VCC,VSS为电源端;
a-g为数码笔段输出端;
CPU为加计数脉冲输入端;
CPD为减计数脉冲输入端;
MP为清零端,高电平时计数器清零;
QCO为进位脉冲输出端,作加法计数时,每当计数满10后输出一个进位脉冲;
QBO为借位脉冲输出端,作减法计数时,每当计数满10后输出一个借位脉冲;
TE为触发器控制端,TE=0时计数器工作,TE=1时计数器处于禁止状态,不计数;
LE为锁存控制端,当LE=0时正常显示,LE=1时显示数被锁定。
图5、CD40110引脚图
4.3CD4017
CD4017是十进制计数器/时序译码器,内部有一个十进制计数器和一个时序译码器,图14-9是其引脚图,CP为时钟脉冲输入,上升沿计数,
为允许计数,低电平有效,计数时Q0~Q9的十个输出端依次为高电平,RD为异步清零端,RD=1时Q0=1。
计数器的输出Q0~Q4=1时进位Co=1,Q5~Q9=1时Co=0。
普通计数器作为分频时,从计数器输出引脚可以得到CP的2、4、8…分频的信号,用N进制计数器可以得到N分频信号。
依此原理用CD4017可以方便得到2~10分频信号,将CD4017输出端Q2~Q9分别与复位端相连,可以构成2~9的分频。
如图14-10所示构成3分频,当高电平移到Q3时,计数器复位,重新计数,3分频信号可以从Q0~Q2中一个输出,不接反馈复位则可以得到10分频。
图6 CD4017引脚图
4.4光电开关
红外线属于一种电磁射线,其特性等同于无线电或X射线。
人眼可见的光波是380-780nm,发射波长为780nm-1nm的长射线称为红外线,根据光电开关在检测物体时,发射器所发出的光线被折回到接收器的途径的不同,看分为漫反射式,镜放射式,对射式等。
输出形式:
分npn二线,npn三线,npn四线,pnp二线,pnp三线,pnp四线,AC二线,AC无线。
有槽型还有漫反射型光电开关。
图7漫反射光电开光工作原理
漫反射光电开光工作原理
在这个电路中我们用到的是漫反射光电开关,是一种集成发射器和接收器于一体的传感器,当有被检测物体经过是,将光电开关发射的足够量的光线放射到接收器,于是光电开关就产生了开关信号。
当被检测物体的表面光亮或其反光率极高是,漫反射式的光电开关是首选的检测模式。
4.5555
1脚:
外接电源负端VSS或接地,一般情况下接地。
8脚:
外接电源VCC,双极型时基电路VCC的范围是4.5~16V,CMOS型时基电路VCC的范围为3~18V。
一般用5V。
3脚:
输出端Vo
2脚:
低触发端
6脚:
TH高触发端
4脚:
是直接清零端。
当端接低电平,则时基电路不工作,此时不论、TH处于何电平,时基电路输出为“0”,该端不用时应接高电平。
5脚:
VC为控制电压端。
若此端外接电压,则可改变内部两个比较器的基准电压,当该端不用时,应将该端串入一只0.01μF电容接地,以防引入干扰。
7脚:
放电端。
该端与放电管集电极相连,用做定时器时电容的放电
图8555引脚图
4.67806稳压器
稳压IC型号中的78系列,7806同来输出电压为正6V,过热及调整管的保护电路,使用起来可靠、方便,而且价格便宜。
可以用来做分立元件的稳压电源,也课可用作电子设备。
焊接时工作电源注意三端集成稳压电路的输入、输出和接地端绝不能接错,不然容易烧坏。
一般三端集成稳压电路的最小输入、输出电压差约为2V,否则不能输出稳定的电压,一般应使电压差保持在4-5V,即经变压器变压,二极管整流,电容器滤波后的电压应比稳压值高一些。
◆5电路原理介绍
电路主要从电源输入端输入7-9V的电压,经过7806稳压器输出稳定的6V左右电源。
连接漫反射光电开关,当有被检测物体经过的时,将光电开关发射器发射的足够量的光反射到接收器,VD导通,三极管VT也导通,VT集电极输出低电平。
当有物体通过红外发光二极管VD和接收管VT之间,光线被挡住,VT截止,VT集电极输出高电平,故当有物体通过VT时,便在VT集电极上输出一个高电平,经过555时基电路,555电路有开关信号形成计数脉冲CP,CP通过倍率调节电路CD4017,CD4017有连续脉冲输入时,其对应的输出端依次变为高电平状态,故可直接用作顺序脉冲发生器,通过14脚输出CP给CD40110,CD40110计数集成电路能完成十进制的加法、减法、进位、借位等计数功能,并能直接驱动小型七段LED数码管,第一个LED数码管通过10脚进位给第二个LED数码管,形成两位计数器,由此形成两位的光电数字显示电路。
◆6实验调试
6.1实验调试步骤
首先在电源输入端输入7-9V电压,然后用遮挡物挡住开关一下,让其产生一个高电平,555就开始输出方波脉冲,电路开始计数。
在调试中,我们遇到了以下几个问题:
①接通电源后,数字显示管总是多亮了一个灯;
②接通电源后,挡住光电开关,但是数字显示管不会计数;
③用一个脉冲信号直接接入到CD4017芯片的14脚,数字显示管不会计数。
解决方案:
1检查电路,查看电路是否有引脚接通的现象,用万用表检查是否有引脚接通。
2光电开关可能正负极接反了,安装时要求发光管与接收管正对,同时为避免自然光线干扰引起的误计数,应在接收管上套一段黑色圆筒作遮光筒。
或者是查看555是否有工作,检查555的3脚是否有输出方波。
3加入的脉冲信号的电压过低,至少要大于6V。
6.2实验数据分析:
调试过程中,电压大概是6~9V之间波动,电流大概为1.5,电路显示较为稳定。
◆7心得体会及思路扩展
7.1心得体会
李婷婷---这次我们在设计电路的时间,遇到了很多挫折。
刚开始我们是决定做电源保护报警电路的,通过查阅书籍,还有网上一些资料,遇到很多知识都不理解,通过老师、还有师兄师姐,才懂得一些,但是由于对这方面的了解还很不够,觉得设计这个电路不适合我们。
后来我和我的同伴决定设计数字电路,通过数字电路学到的知识还有自学的一些知识,做起来比较顺利。
通过一段时间完成电路以后,给老师检查,老师给一些意见后经过改进,我们就开始焊接电路了。
先列出原件清单,到电子城买齐原件开始焊接,。
焊接的时候,遇到很多困难,才发现都是对知识的掌握不够牢固的结果。
在焊接LED显示管的时候,需要很细心,因为电路中有很多电阻的连接,不然将不能正常计数。
通过设计,焊接电路,还有多次的调试,让我都那些元器件有了多一些的了解,他们的功能和使用等。
通过这次课程设计,把学到的东西真正运用到实践,对于电子仪器的运用也加深了不少,万用表、电源、脉冲输入、示波器等都能够正确的使用帮助检测电路。
思路扩展:
数字计数电路是一种很实用的电路,在平时生活中广泛运用,商场‘游乐城等等都用得比较多,而其电路的实现也是多种多样,希望能够在价格上,还有使用灵敏度上,争取能够做出更完美的计数电路。
7.2思路扩展
实验总结
我查看了相关的芯片引脚资料,还有实践过,觉得电路还有可以改进的地方,就是SA1和SA2其实可以只是接3脚输出端,11脚可以不接。
如果想进行更多位的计数,可直接对计数显示部分进行扩展。
CD40110可以继续连接一个CD40110和LED数码管,形成三位或者更多位的数字显示电路。
数字计数电路是一种很实用的电路,在平时生活中广泛运用,商场,游乐城等等都用得比较多,而其电路的实现也是多种多样,希望能够在价格上,还有使用灵敏度上,争取能够做出更完美的计数电路。
◆8元器件列表
表1
元件型号
数目
共阴极LED数码管
2个
CD40110芯片
CD4017芯片
7806稳压器
1个
555
红外线光电开关
拨动式开关
按钮式开关
400欧电阻
14个
360欧电阻
20K欧电阻
100欧电阻
150K欧电阻
470欧电阻
1000uF电容
0.1uF电容
0.01uF电容
◆9参考文献
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暨南大学出版社
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[9].曹国清
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[10].杨绪东
刘景行《实用电子电路精选》·
化学工业出版社
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