光控计数器课设说明书

H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y

课程设计说明书（论文）

课程名称：电子技术课程设计Ⅱ

设计题目：光控计数器

院系：

班级：

设计者：

学号：

指导教师：

设计时间：

哈尔滨工业大学

哈尔滨工业大学课程设计任务书

*注：此任务书由课程设计指导教师填写。

一、立项背景

从第一部可以用于加数和减数的机械计算机，到今天无处不在的计数器，在这几百年里，计数器等电子器件和电子产品，作为人类科技的发展，取得了很大的发展和进步，可以在人们生活中的各个方面满足=需求。光控计数器是一款在日常生活中广泛应用的电子产品，采用光控的光电转换，使不接触就可以完成计数。相比于传统的计数器，它有着直观和易于实现的优点，其利用光束通断时红外控制，通过红外发射器和接收器实现加减计数，在生活和生产中，如车间、实验室、门禁、场馆人控方面都有着广泛的应用。

二、项目内容、要求及原件选择

1.设计要求

设计一个利用光线的通断来统计进入实验室人数或清点物品的电路。

（1）设计两路光控电路，一路放置在门外，一路放置在门里。当有人进入或走出房间时，将先后触发两路光控电路产生脉冲信号。

（2）设计一个加减控制电路，根据光控电路产生脉冲的先后顺序，判断人员是进入房间还是离开房间，从而控制可逆计数器实现加法或减法的操作。

要求有人进入时，加法计数；有人离开时，减法计数。用两片可逆计数器（191或192）设计实现一个36进制的可逆计数器，并用数码管显示计数结果。要求当加法计数至35时，+1，计数器回到00；当减法计数至00时，-1，计数器回到35。

2.元器件的选择

三、项目实施方案

1、电路设计图

使用Multisim软件对电路进行仿真如图所示：

2、原理分析

（1）光控电路部分

采用两个开关模拟两个光电管，红外二极管通过限流电阻连接到电源一直导通发光，光电二极管通过电阻和电源相连。对于每组管子来说，在无人经过时，没有光反射，光电管不导通，保持高电平。当有人经过时，遮住光路光反射在上面，光电管导通，输出为低电平。脉冲信号从光电管和电阻间引出。整个电路如图所示：

（2）脉冲整形部分

用555计时器构成施密特触发器，每次触发产生一个方波脉冲信号，起到整形和消抖的作用。电路图如下：

由光电管产生的脉冲信号又TRI 端和THR 端（555计时器的2、6管脚）输入，经555计时器构成的施密特触发器从3管脚输出给D 触发器。

（3）加减信号产生部分

计数部分采用74ls192十进制双时钟型可逆计数器，根据其功能表设计控制信号。

出输入

输D C B A Q A Q B Q C Q D

⨯H H H

H

⨯⨯⨯⨯⨯⨯L L L L

D

C B A D

C B A ⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯

⨯

⨯

⨯

⨯L H ⨯H

保持

LD 表10.11 74LS192/193双时钟型可逆计数器的功能表

-CP +CP CR H L L L L

H 减计数加计数 由功能表可知，控制信号产生部分的输入输出波形应如下所示：

加计数时：

减计数时：

根据以上信息设计触发电路部分。（在一个时钟上升沿时，另一个时钟信号应为高电平。触发电路由两个D触发器构成，在输入信号都为低电平时，cp+和cp-都为高电平。在一个信号上升沿时检测另一个信号的电平。当为低电平时，输出高电平；当为高电平时，输出低电平，而后当时钟信号变为低电平时，输出再回到高电平，产生一个脉冲。原理图如下：

实际搭建时采用元件双D触发器74LS74，电路图如图：

（4）计数及数码管显示部分

计数部分采用两片74ls192十进制双时钟型可逆计数器级联而成。首先，把两片计数器级联，构成一百进制加减计数器。然后，按照计数要求设计电路，即当加法计数至35时+1，计数器回到00；当减法计数至00时-1，计数器回到35。74ls192为异步清零，从低位的QB，QC端和高位的QA,QB端经与非门引出异步清零信号，实现由35加一时应为的36回到00。当输出为36d(00110110b)时，清零。异步置数，从低位的QA，QD端和高位的QA,QD端经与非门引出异步置数信号，实现由00减一时应为的99回到35。输出为99d(10011001b)时，置数35d(00110101b)。由此，构成一个36进制可逆加减计数器。

数码管显示部分采用集成显示译码器74ls47和共阳数码管，实验时加入了限流电阻。电路如图：

四、实验调试和验证

实物照片:

在实验调试中，不是特别的顺利，到达实验室的时候将所有的电路在实验室原件充足的条件下连接好，并且合作制作了电源引线以及测量引线。在加入部分限流电阻和滤波电容后，进行了多次的调试，也遇到了不少问题。比如加减计数时，数字显示错乱，可能由于触发器74LS74的输出电压不稳。所以在74ls74的电源端接入一个大的电解电容用来稳定电压。此外光电二极管反应也不是很灵敏，在更换过几个二极管后才获得较为满意的结果。最终在老师的耐心帮助下完成了最后的实验过程，但是效果不是特别明显，分析可能是部分器件或线路出现不可知的问题，不过在最后得到了老师的验收和认可。

实验现象：

向上划过时两个管组时，计数器加计数，向下划过两个管组时则为减计数。在35时向上划过为00，在00时向下划过为35。

完成了36进制的光控加减计数的功能。

五、心得体会

此次设计光控计数器，重点和难点在于加减信号的产生部分和进制转化的问题。在设计过程中，深刻体会到生活中看似很常见很简单的电子器件其实设计起来也是一个很复杂的过程。我们借鉴了老师提供的ppt，通过双D触发器帮助我们解决了部分难题。在进制转化上，把将要变换的数字通过与非门使之在满足条件时清零或者置数成要转化成的数字，最终也得到了解决。

电路的连接部分是主要由我负责的，很有相关的体会。在仿真成功后，照着仿真图连接电路，每一根线，每一个元器件都是靠自己的辛勤的双手以及剪刀等工具一个一个插到面包板上的，很多，而且不能出差错，所以一定要细心细心再细心，一定要看好再插线！我就由于看花眼迷糊了一下将低位计数器最低位的线连到相邻的插孔上了，结果那个插孔还是连着地线，所以这个不管输出什么都是收到0，使之变成了“偶数计数器”，即低位数的末位只能是0，还好再仔细检查了之后较为轻松地发现了错误，没有造成太大的影响，不过还是耽误了时间和精力，所以一定要细心耐心地连线、检查，否则在实验时发生错误不说，而且检查特别费劲。同样，元器件的布局也很重要，会影响到布线，使个别地方较为拥挤，影响了连线的正确率增加了电路的错误率如短路现象。拔出原件还得重新连接相关导线，耽误时间又易出错。在电路的调试阶段中，也要耐心地分析电路，运用好万用表和示波器等工具，一次一次做出尝试和修改，并且善于团结合作，在仔细思考后向老师提出问题，最终争取得出令自己满意的实验结果。总之，无论在理论方面，还是在实验方面，都收获了很多，深感这门实验课对我们大有裨益，学校开设这门课对学生能力的增长也是很有意义的。

最后，感谢老师和助教老师在电路调试过程中给予的真诚指导和无私帮助，祝老师新年快乐，万事如意！