光控计数器.docx

光控计数器.docx

《光控计数器.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《光控计数器.docx（11页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

光控计数器

目录

一、课程设计任务

二、设计原理图分析，各模块的功能分析

2.1整个系统组成

2.2工作原理

2.3原理图

2.4各模块的介绍

三、组装与调试过程，报错分析

四、实验数据和结果分析

五、芯片介绍

六、实验心得

七、附录

一、课程设计任务

1、设计课题：

光控计数器

给定主要器件：

5554片74LS741片

74LS1912片74LS472片

数码显示器2只

2、课程设计要求：

本设计主要是利用光线的通断来统计计数。

要求设计两路光控电路，根据光控电路产生触发脉冲的先后顺序，来判断计数器进行加或减计数，要求计数器的最大计数容量为99，用数码管显示数字，并设置手动复位。

二、设计原理图分析，各模块的功能分析

2.1整个系统组成

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，经由555定时器组成的施密特触发器整形和555定时器组成的单稳态触发器触发脉冲，输出计数脉冲信号。

再通过计数器和译码器，在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。

2.3原理图

见附录

2.4各模块的介绍

A：

光电转换电路

该电路由两个施密特触发器和两个单稳态触发器组成，且上下对称，电路结构完全相同。

施密特触发器：

一个555定时器芯片、R1（阻值40欧左右）、RG（光敏电阻），当RG有光照时，电阻下降。

随之，TH端电压下降，输出端3口输出高电平。

反之，RG弱光时，电阻升高，TH端电压升高，3输出低电平。

单稳态触犯器：

电路组成如图，也是有555定时器组成，当从施密特触发器3输出，单稳态触发器2（TR）输入高电平，3端立刻输出低电平。

随之，当2输入低电平，3随即输出高电平。

然而，当2马上输入高电平时，3输出将维持一段时间，进入暂稳态。

维持时间：

Tw=RCln3=1.1s

该模块总体分析：

光敏电阻处于光照时，电阻阻值较低，单稳态输出低电平。

当遮住第一光敏电阻光时，电阻升高，单稳态触发器输出高，进入暂稳态，维持1.1s。

B、时序控制电路

时钟控制器：

有74LS74和两片与非门构成，结构简单，但作用相当大，其控制后面的191计数芯片的运作。

原理分析：

当上端3输出由低到高的电平，高电平维持1.1s，在其维持的时间段中，给下端3输入一由低到高的电平，给D触发器CP一上升沿。

这是，D触发器工作Q′=D′=0，同时两与非门的输出由低到高变化，给了下一模块一上升沿。

C、计数和译码和显示部分

功能原理分析：

74LS191

当14（CP）来上升沿时，191

（1）开始计数，分为两种情况，U′/D输入为0，则进行加法计数，U′/D输入为1时，进行减法计数。

同时，2和7接与非门，输出端接置数端LD′和191

（2）CP，191

（1）的2和7输出1时，

（2）CP为0，下一状态为1，上升沿到，进位计数。

74LS47和数码管

两个译码器和两个数码管来完成，用于接收计数脉冲信号并将其转化成单独的信号输出并显示。

当47译码器3端接地，数码管全部显示。

三、组装与调试过程，报错分析

整个电路分为三个模块进行组装调试，分析。

施密特触发器，单稳态触发器，双D触发器（74LS74）和74LS191，以及74LS47编码器和数码管构成的计数显示器。

A、施密特触发器的调试

按图接好电路，R1选择10KΩ，接通电源，将3端接到发光二极管。

对光敏电阻进行光照处理，二极管为暗，Vo为低电平，进行遮光后，二极管依然处于暗的状态，分析施密特触发器的输出特性，2、6端的电压一直大于2/3Vcc。

R1阻值过小，换为68KΩ，光敏电阻受光照时，电阻下降，二极管为亮，遮光时，二极管变暗，延迟时间合适，施密特触发器调试完成。

第二个触发器的调试，同上述操作，R1为68KΩ。

B、单稳态触发器

按图接好电路，将2端输入稳定的可控高低电平，对3端接到发光二极管测试。

当2端输入高电平时，3输出低。

2端跳变到低电平，3端输出高，同时延迟1.1s。

表示单稳态触发器调试良好。

第二块单稳态触发器，同上述操作。

调试完成后，将其与施密特触发器按图连接。

然后对光敏电阻进行光照与遮光处理，观察单稳态触发器第3端输出，与调试结果相同，则正常。

C、D触发器与与非门测试

D触发器的1、4端输入高电平信号，检测Q`=D`。

与非门按有“0必出1，11为零”的原则检测。

检测完成后，将其接入电路。

D、计数器部分

按图连好电路，将191芯片5端连接可靠的高低电信号，第一片191芯片14端输入单脉冲，观察数码管显示结果，当5端输入高电平时为减法，5端输入地电平时为加法。

调试完成后，按图将其接入总电路。

F、报错分析

1、对光敏电阻进行光照和遮光处理时，单稳态触发器输出端未出现变化，经过反复调试，发现施密特触发器的R1电阻阻值选择不合适，调整为68KΩ后，输出结果明显，延时正常。

2、计数部分调试时，将191芯片5端不论接高电平或低电平都只做减法运算，对5端输入高低电平检测时均为可靠的高低电平，但对芯片引脚进行检测时发现始终为高电平，得出结论为引脚与面包板接触不良导致引脚悬空，因为此芯片为TTL芯片，引脚悬空为高。

3、对计数部分进行调试时，发现数码管不能正常显示数字，将47芯片的3脚可靠接地后未出现数字8，得出结论数码显示管已经损坏。

四、实验数据和结果分析

实验数据：

经反复对光敏电阻匹配，R1与R3均设为68KΩ。

结果分析：

1、数码管检测无任何显示，对74LS47的3端接地，发现数码管也无任何显示。

由于使用的是对数码管为7447（共阳极），应在3脚和8脚加电源（中间接限流电阻）。

2、单稳态触发器3端输出，光敏电阻进行光照和遮光处理时，发光二极管反应不明显。

调节R1，最终达到反应灵敏状态。

3、连好电路后，连接电源处理时。

发现每当负极接地时，试验箱的所有发光的二极管的亮度减半，光控计数电路不工作。

经指导发现面包上的正负极相连，将电源和地都确认可靠接电源和地后，解决该问题。

4、检测施密特和单稳态构成的模块，每当对光敏电阻遮光和光照处理，单稳态3端输出延迟时间过短，还没来得及给第二个施密特和单稳态模块处理，上面的高电平已经转变。

分析：

延迟时间有R2和C3电容控制，将C3由68uF换成100uF时，延时显著。

5、整个模块进行调试，对第一模块RG遮光，马上对第二个RG遮光处理，数码显示管进行2次加法运算。

但对第二块RG遮光，马上对第一块RG遮光，则按预期的进行1次减法运算。

五、芯片介绍

A、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。

其结构及引脚图如下图。

B、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触发器引脚结构如下图。

C、与非门74LS00

本课题中选用了两个74LS00芯片芯片，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下图。

D、加/减计数器

74LS191是集成4位同步二进制加减计数器，可执行十六进制加减法计数及异步置数功能。

可通过外电路连接构成其他进制的计数器，本课题连接成十进制计数器。

其引脚图与功能表如下：

E、译码器

选用74LS47七段译码芯片，其引脚图及功能如下：

（1）LT`：

试灯输入，是为了检查数码管各段是否能正常发光而设置的。

当LT`=0时，无论输入A3，A2，A1，A0为何种状态，译码器输出均为低电平，若驱动的数码管正常，是显示8。

（2）BI`：

灭灯输入，是为控制多位数码显示的灭灯所设置的。

BI`=0时。

不论LT`和输入A3，A2，A1，A0为何种状态，译码器输出均为高电平，使共阳极7段数码管熄灭。

（3）RBI`：

灭零输入，它是为使不希望显示的0熄灭而设定的。

当对每一位A3=A2=A1=A0=0时，本应显示0，但是在RBI`=0作用下，使译码器输出全1。

其结果和加入灭灯信号的结果一样，将0熄灭。

（4）RBO`：

灭零输出，它和灭灯输入BI`共用一端，两者配合使用，可以实现多位数码显示的灭零控制。

（5）A0—A3：

地址输入端

（6）e—f：

译码输出端

F、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，本次选用共阳极七段数码管。

其引脚图如下图。

六、实验心得

经过三天的实验，使得在课堂上学习的知识得到巩固，同时增加了对电路的分析，连接，调试，错误分析等能力，思维得到了进一步的升华。

在整个课程设计当中，深刻体会到设计一个电路的难度。

虽然已经有设计总电路图，但实验过程中还是遇到不少问题，反复检测电路，其过程相当烦琐，可能花了很长一段时间调试，却仍未发现问题所在。

在平时的理论学习中，自认对知识的掌握比较到位，一些常见问题是平时提及过的，但真正应用到实际当中，却不是那么得心应手。

不过虽然实验过程中问题重重，但在自己积极思考和老师的指导下，顺利的完成了课程设计，学到了调试电路的方法，对一些问题的检测有了深刻的体会。

整个实验过程，我们都抱着积极的心态，专注于电路的调试和纠正，不断的探索，认真的体会实验给我们带来的乐趣。

总的来说，此次课程设计实验，使我受益匪浅。

在摸索电路问题所在及调试其功能时，学到了很多技巧。

同时，培养了自己的思维能力，增加了实际操作能力。

体会到了设计电路的艰辛的同时，更体会到成功的喜悦和成就感。

七、附录

附：

光控计数器电路总图

元器件清单

试验箱（含面包板）1块

555定时器4片

74LS741片

74LS001片

74LS1911片

74LS472片

数码管2个

电阻：

10K欧姆4个

20K欧姆2个

560欧姆2个

电容：

100µF2个

0.01µF2个