江西省电子设计大赛题目及电路解析

2 0 1 2年江西省大学生电子设计制作现场赛赛题

某县，有一个免费参观的“陶渊明故里纪念馆”，其入口与出口分道进出，且采用如同地铁的入口、出口的措施，确保单向通行。在入口与出口处还设有红外检测、声响、累加计数器装置，当游人进（出）馆时，须穿过红外检测器。凡有人进入检测区，立即发出清晰、响亮的声响“叮…当…，，，然后计数器自动加1 。这样，可自动统计每天的参观人数，同时当工作人员下班、闭馆前，先检查出、入口累加计数器的计录。若出口计录小于入口计录数，说明馆内还有游人。工作人员便发出通知。直至出、入口计数器计录相等，工作人员便闭馆下班。

请参赛者在赛场提供的器材中，选取所需器材，利用传感器技术及模拟电路、数字电路知识，设计、制作一个能模拟完成上述入口（或出口）处的红外检测、声响、计数功能的电子作品，限于竞赛条件，累加计数器只用2位，即计数范围为“1-99"。

要求：

1)红外检测部件间距：可客人的中指缓慢穿过而不会碰及红外管，为此要求发射管与接收管工作面间距至少有2 5mm，即俯视看万能板，发射管与接收管的工作面，二者间至少相隔1 0个焊孔的距离。

2)手动清零：进入工作状态前，先手动清霉（复位），显“00"，再处于等待工作的状态（不是自动复位）。

3)声响要求：“叮…当…”，．必须是清晰、响亮的双音（犹如门铃声），单音无效。

4)工作顺序：必须先进入检测、再发出“叮…当…”声响，最后累加计数并显示计录结果。彼此动作连贯，但能分清先后，当发．出“叮…”声时门闸打开，发出“当…”声时游人进门，计数显示。：_

5)扬声器固定在万能板上：为防止作品在评审时出故障，扬声器必须固定在万台皂

板的元件面，可用IN4007多余的引线剪下后，一头从板的元件面穿过再焊在万能板上，另一头（较长）留在元件面，往下压扣住扬声器，这样，一般有2根足矣。

6)电源输出用绿色发光管指示，红外管输出用黄色发光管指示。

核心芯片管脚图：

CD4518 CD4520 引脚图CD4511管脚图

2012年电子设计大赛仿真电路图

电路模块解析：

1.光耦合器端，电阻R20调节红外发射管的灵敏度，使得红外接收管与电阻R1分压。当用手指挡住红外接收管时，红外接收管两端的电压高，此时LED指示灯D1亮，当手松开时，接收管两端的电压降低接近于0V，此时LED指示灯D1不亮。如此循环计数，

2.LM358的作用是波形的整形，使得红外接收管的输出信号为规则的脉冲波，便于计数芯片计数。

3.C3、R12构成上电复位电路，利用电容对交流短路的特性，在上电的瞬间电容短路，电阻两端的电压即为电源电压，电容充满电后电阻两端电压即为0V，电容旁边的按键为复位按键，即为手动清零。

4.计数由CD4518完成，后面接CD4511驱动数码管显示数字，R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11为输入下拉电阻，用于保持电路的稳定性。一般取值10KR。RN1 RN2为数码管的限流电阻，一般取值500R。

5.三极管Q1用于驱动继电器，D2与继电器构成放电回路，用于保护开关管。继电器在此切换电阻，改变NE555的输出频率。从而使得喇叭发出两种声音。

附：CD4518详细资料：

CD4518/CC4518是二、十进制（8421编码）同步加计数器，内含两个单元的加计数器，其功能表如真值表所示。每单个单元有两个时钟输入端CLK和EN，可用时钟脉冲的上升沿或下降沿触发。由表可知，若用ENABLE信号下降沿触发，触发信号由EN端输入，CLK 端置“0”；若用CL℃K信号上升沿触发，触发信号由CL℃K端输入，ENABLE端置“1”。RESET端是清零端，RESET端置“1”时，计数器各端输出端Q1～Q4均为“0”，只有RESET 端置“0”时，CD4518才开始计数。

CD4518采用并行进位方式，只要输入一个时钟脉冲，计数单元Q1翻转一次；当Q1为1，Q4为0时，每输入一个时钟脉冲，计数单元Q2翻转一次；当Q1=Q2=1时，每输入一个时钟脉冲Q3翻转一次；当Q1=Q2=Q3=1或Q1=Q4=1时，每输入一个时钟脉冲Q4翻转一次。这样从初始状态（“0”态）开始计数，每输入10个时钟脉冲，计数单元便自动恢复到“0”态。若将第一个加计数器的输出端Q4A作为第二个加计数器的输入端ENB的时钟脉冲信号，便可组成两位8421编码计数器，依次下去可以进行多位串行计数。

CD4520/CC4520为二进制加计数器，由两个相同的内同步4级计数器构成。计数器级为D型触发器，具有内部可交换CP和EN线，用于在时钟上升沿或下降沿加计数。在单个单元运算中，EN输入保持高电平，且在CP上升沿进位。CR线为高电平时，计数器清零。计数器在脉动模式可级联，通过将Q3连接至下—计数器的EN输入端可实现级联，同时后者的CP输入保持低电平。

引脚功能：

引脚符号功能

1 9 CLOCK 时钟输入端

7 15 RESET 消除端

2 10 ENABLE 计数允许控制端

3 4 5 6 Q1A-Q4A 计数输出端

11 12 13 14 Q1B-Q4B 计数输出端

8 VSS 地

16 VDD 电源正

真值表功能：

CL℃K ENABLE RESET ACTION 上升沿 1 0 加计数

0 下降沿0 加计数

下降沿X 0 不变

X 上升沿0 不变上升沿0 0 不变

1 下降沿0 不变

X X 1 Q0～Q4=0

CD4518 CD4520时序图

纹波串联4个计数器正极性边缘触发

同步串联二进制计数器负边缘触发

极限参数：

DC Supply Voltage Range, (VDD) -0.5V to +20V (Voltage Referenced to VSS Terminals)

Input Voltage Range, All Inputs输入电压范围，所有投

-0.5V to VDD +0.5V

入

DC Input Current, Any One Input直流输入电流±10mA

Operating Temperature Range 工作温度范围-55℃ to +125℃

Storage Temperature Range (TSTG)储存温度范围-65℃ to +150℃

注意：其中CD4520与CD4518的引脚完全相同，功能也类似，内部也有两个相同的同步加

计数器，不同的是CD4518属二一十进制型，而CD4520属二进制型，