1、設 計 報 告學 院電子與信息學院課程名稱電子電路課程設計設計題目數字顯示式光電計數電路的制作專 業班 級姓 名學 號指導教師時 間數字顯示式光電計數電路 1設計任務和要求1.1設計任務：實現數字顯示式光電計數器的功能，當用遮擋物擋住光電開關一下，它就自動計數一個，按一下SB就復位清零。可實現099的計數顯示。1.2設計要求： 在電源輸入端輸入79V電壓，經穩壓調幅成6V左右在電壓，經過光電輸入電路、計數脈沖形成電路、顯示電路組成和顯示計數部分完成電路功能。 2總體設計方案2.1方案一：圖1、光電顯示電路原理：如圖所示電路，當光敏三極管VT1接收到紅外發光二極管射來的紅外光線時，VT1導通，比

2、較器IC2-B的反相輸入端6腳為低電平，7腳輸出高電平，加到比較器IC2-A的反相輸入端，使1腳輸出低電平，則光電耦合器4N35內的發光管點亮，對應的光敏管導通，三極管VT2也導通，VT2集電極輸出低電平。當有物體通過紅外發光二極管VD1和接收管VT1之間，紅外線被擋住，VT1截止，IC2-A的1腳輸出高電平，4N35截止，VT2截止，VT2集電極輸出高電平，故當有物體通過VT1時，便在VT2集電極上輸出計數脈沖信號，該信號送到十進制計數器，再送到譯碼顯示電路，顯示出相應的數據。缺點：輸入電源需要220V較大，連接不好容易燒壞原件2.2方案二： 圖2光電數字顯示電路原理：該電路有光電輸入電路(

3、VD,3DU12),脈沖形成電路(IC1A,IC1B組成電壓比較器；光電耦合器；晶體管開關電路)和記數與顯示電路等組成. 當光敏三極管VD接收到紅外發光二極管射來的紅外光線時，3DU12中VT1導通，比較器IC1-A的反相輸入端為低電平，輸出高電平，加到比較器IC1-B的反相輸入端，使輸出低電平，則光電耦合器4N35內的發光管點亮，對應的光敏管導通，三極管也導通，集電極輸出低電平。當有物體通過紅外發光二極管VD和接收管VT之間，紅外線被擋住，VT截止，IC1-B的1腳輸出高電平，4N35截止，VT截止，VT集電極輸出高電平，故當有物體通過VT時，便在VT集電極上輸出計數脈沖信號，該信號送到十進

4、制計數器，再送到譯碼顯示電路，顯示出相應的數據。缺點：電路的計數脈沖形成部分比較復雜，焊接起來連線比較復雜以上電路基本都可以實現本課程項目的要求，但是經過比較改進，我們選用了以下這個電路： 3原理方框圖光電輸入電路(VD,VT)計數脈沖形成電路(555)倍率調節電路(IC5,IC6)顯示電路組成(CD40110)計數部分圖3 4總圖體電路圖4光電數字顯示電路 4主要元件原理介紹4.1 LED數字顯示管數碼管顯示的數碼均是由七個發光二極管構成的。每段上加上合適的電壓，該段就點亮。我們在這個電路中用的是共陰型，共陰型就是七個發光管的負極都連在一起，作為一條引線。4.2 CD40110 CD4011

5、0計數集成電路運用該電路能完成十進制的加法、減法、進位、借位等計數功能，并能直接驅動小型七段LED數碼管，其邏輯功能見圖。R為清零端，R=1時，計數器復位，CP為時鐘端(CPU為加法計數時鐘，CPO為減法計數時鐘)，QCO輸出進位脈沖，QBO輸出借位脈沖，TE為觸發器使能端，TE=0時，計數器工作，TE=1時，計數器處于禁止狀態，LE為鎖存控制端。七段數碼管器件為小型LED共陰極數碼，CD40110與它配套使用可直接驅動顯示。CD40110計數為十進制加計數器，逢十時自QCO端輸出進位脈沖，送至下一個相同計數器CPu端(9腳)將繼續累加(即為十位數)，由555電路組成脈沖發生器，3腳VO端輸出

6、連續脈沖加至CD40110加法輸入端，調整RP，可改變脈沖速度。集成電路CD40110是可逆計數器。CD40110集計數、譯碼、鎖存、驅動為一體的電路中VCC,VSS為電源端；a-g為數碼筆段輸出端；CPU為加計數脈沖輸入端；CPD為減計數脈沖輸入端；MP為清零端，高電平時計數器清零；QCO為進位脈沖輸出端，作加法計數時，每當計數滿10后輸出一個進位脈沖；QBO為借位脈沖輸出端，作減法計數時，每當計數滿10后輸出一個借位脈沖；TE為觸發器控制端，TE=0時計數器工作，TE=1時計數器處于禁止狀態，不計數；LE為鎖存控制端，當LE=0時正常顯示，LE=1時顯示數被鎖定。圖5、CD40110引腳圖

7、4.3 CD4017CD4017是十進制計數器/時序譯碼器，內部有一個十進制計數器和一個時序譯碼器，圖14-9是其引腳圖，CP為時鐘脈沖輸入，上升沿計數，為允許計數，低電平有效，計數時Q0Q9的十個輸出端依次為高電平，RD為異步清零端，RD=1時Q0=1。計數器的輸出Q0Q4=1時進位Co=1，Q5Q9=1時Co=0。普通計數器作為分頻時，從計數器輸出引腳可以得到CP的2、4、8分頻的信號，用N進制計數器可以得到N分頻信號。依此原理用CD4017可以方便得到210分頻信號，將CD4017輸出端Q2Q9分別與復位端相連，可以構成29的分頻。如圖14-10所示構成3分頻，當高電平移到Q3時，計數器

8、復位，重新計數，3分頻信號可以從Q0Q2中一個輸出，不接反饋復位則可以得到10分頻。圖6CD4017引腳圖4.4 光電開關紅外線屬于一種電磁射線，其特性等同于無線電或X射線。人眼可見的光波是380-780nm，發射波長為780nm-1nm的長射線稱為紅外線，根據光電開關在檢測物體時，發射器所發出的光線被折回到接收器的途徑的不同，看分為漫反射式，鏡放射式，對射式等。輸出形式：分npn二線，npn三線，npn四線，pnp二線，pnp三線，pnp四線，AC二線，AC無線。有槽型還有漫反射型光電開關。圖7 漫反射光電開光工作原理 漫反射光電開光工作原理在這個電路中我們用到的是漫反射光電開關，是一種集成

9、發射器和接收器于一體的傳感器，當有被檢測物體經過是，將光電開關發射的足夠量的光線放射到接收器，于是光電開關就產生了開關信號。當被檢測物體的表面光亮或其反光率極高是，漫反射式的光電開關是首選的檢測模式。4.5 5551腳：外接電源負端VSS或接地，一般情況下接地。8腳：外接電源VCC，雙極型時基電路VCC的范圍是4.5 16V，CMOS型時基電路VCC的范圍為3 18V。一般用5V。3腳：輸出端Vo2腳： 低觸發端6腳：TH高觸發端4腳： 是直接清零端。當 端接低電平，則時基電路不工作，此時不論 、TH處于何電平，時基電路輸出為“0”，該端不用時應接高電平。5腳：VC為控制電壓端。若此端外接電壓

10、，則可改變內部兩個比較器的基準電壓，當該端不用時，應將該端串入一只0.01F電容接地，以防引入干擾。7腳：放電端。該端與放電管集電極相連，用做定時器時電容的放電圖8 555引腳圖 4.6 7806穩壓器穩壓IC型號中的78系列，7806同來輸出電壓為正6V，過熱及調整管的保護電路，使用起來可靠、方便，而且價格便宜。可以用來做分立元件的穩壓電源，也課可用作電子設備。焊接時工作電源注意三端集成穩壓電路的輸入、輸出和接地端絕不能接錯，不然容易燒壞。一般三端集成穩壓電路的最小輸入、輸出電壓差約為2V，否則不能輸出穩定的電壓，一般應使電壓差保持在4-5V，即經變壓器變壓，二極管整流，電容器濾波后的電壓應

11、比穩壓值高一些。 5電路原理介紹電路主要從電源輸入端輸入7-9V的電壓，經過7806穩壓器輸出穩定的6V左右電源。連接漫反射光電開關，當有被檢測物體經過的時，將光電開關發射器發射的足夠量的光反射到接收器， VD導通，三極管VT也導通，VT集電極輸出低電平。當有物體通過紅外發光二極管VD和接收管VT之間，光線被擋住，VT截止， VT集電極輸出高電平，故當有物體通過VT時，便在VT集電極上輸出一個高電平，經過555時基電路，555電路有開關信號形成計數脈沖CP,CP通過倍率調節電路CD4017，CD4017有連續脈沖輸入時，其對應的輸出端依次變為高電平狀態，故可直接用作順序脈沖發生器，通過14腳輸

12、出CP給CD40110，CD40110計數集成電路能完成十進制的加法、減法、進位、借位等計數功能，并能直接驅動小型七段LED數碼管，第一個LED數碼管通過10腳進位給第二個LED數碼管，形成兩位計數器，由此形成兩位的光電數字顯示電路。 6實驗調試6.1實驗調試步驟首先在電源輸入端輸入7-9V電壓，然后用遮擋物擋住開關一下，讓其產生一個高電平，555就開始輸出方波脈沖，電路開始計數。在調試中，我們遇到了以下幾個問題：接通電源后，數字顯示管總是多亮了一個燈；接通電源后，擋住光電開關，但是數字顯示管不會計數；用一個脈沖信號直接接入到CD4017芯片的14腳，數字顯示管不會計數。解決方案： 檢查電路，

13、查看電路是否有引腳接通的現象，用萬用表檢查是否有引腳接通。 光電開關可能正負極接反了，安裝時要求發光管與接收管正對，同時為避免自然光線干擾引起的誤計數，應在接收管上套一段黑色圓筒作遮光筒。或者是查看555是否有工作，檢查555的3腳是否有輸出方波。 加入的脈沖信號的電壓過低，至少要大于6V。6.2實驗數據分析： 調試過程中，電壓大概是69V之間波動，電流大概為1.5，電路顯示較為穩定。 7心得體會及思路擴展7.1心得體會李婷婷-這次我們在設計電路的時間，遇到了很多挫折。剛開始我們是決定做電源保護報警電路的，通過查閱書籍，還有網上一些資料，遇到很多知識都不理解，通過老師、還有師兄師姐，才懂得一些

14、，但是由于對這方面的了解還很不夠，覺得設計這個電路不適合我們。后來我和我的同伴決定設計數字電路，通過數字電路學到的知識還有自學的一些知識，做起來比較順利。通過一段時間完成電路以后，給老師檢查，老師給一些意見后經過改進，我們就開始焊接電路了。先列出原件清單，到電子城買齊原件開始焊接，。焊接的時候，遇到很多困難，才發現都是對知識的掌握不夠牢固的結果。在焊接LED顯示管的時候，需要很細心，因為電路中有很多電阻的連接，不然將不能正常計數。通過設計，焊接電路，還有多次的調試，讓我都那些元器件有了多一些的了解，他們的功能和使用等。通過這次課程設計，把學到的東西真正運用到實踐，對于電子儀器的運用也加深了不少

15、，萬用表、電源、脈沖輸入、示波器等都能夠正確的使用幫助檢測電路。思路擴展：數字計數電路是一種很實用的電路，在平時生活中廣泛運用，商場游樂城等等都用得比較多，而其電路的實現也是多種多樣，希望能夠在價格上，還有使用靈敏度上，爭取能夠做出更完美的計數電路。 7.2思路擴展實驗總結我查看了相關的芯片引腳資料，還有實踐過，覺得電路還有可以改進的地方，就是SA1和SA2其實可以只是接3腳輸出端，11腳可以不接。如果想進行更多位的計數，可直接對計數顯示部分進行擴展。CD40110可以繼續連接一個CD40110和LED數碼管，形成三位或者更多位的數字顯示電路。數字計數電路是一種很實用的電路，在平時生活中廣泛運用，商場，游樂城等等都用得比較多，而其電路的實現也是多種多樣，希望能夠在價格上，還有使用靈敏度上，爭取能夠做出更完美的計數電路。 8元器件列表表1元件型號數目共陰極LED數碼管2個CD40110芯片2個CD4017芯片2個7806穩壓器1個5551個紅外線光電開關1個撥動式開關2個按鈕式開關1個400歐電阻14個360歐電阻1個20K歐電阻1個100歐電阻1個100歐電阻1個150K歐電阻2個470歐電阻1個1000uF電容1個0.1uF電容1個0.01uF電容1個 9參考文獻1. 韓克、柳秀山 電子技能與E