光控计数器的设计

郑州科技学院

《数字电子技术》课程设计

题目光控计数器的设计

学生姓名

专业班级

学号

院（系）信息工程学院

指导教师

完成时间 2013年11月29日

目录

1课程设计的目的 (1)

2课程设计的任务与要求 (1)

3设计方案 (1)

4 设计原理及功能说明 (2)

4.1 工作原理 (2)

4.2功能说明 (2)

5单元电路的设计 (6)

5.1 光控电路部分 (6)

5.2 脉冲整形部分 (6)

5.3 加减信号产生部分 (7)

5.4计数及数码管显示部分 (8)

6 硬件的调试 (9)

7 总结 (9)

参考文献 (11)

附录1：原理图 (12)

附录2：元器件清单 (12)

附录3：实物图 (14)

1 课程设计的目的

(1)熟悉逻辑门电路、集成芯片和555定时器等器件的内部结构和功能，合理运用其内部及其功能，完成相应的设计工作。

(2) 学会使用电路仿真软件如：Mutisim。

(3) 能够对电子电路、印刷电路板、电子元器件等一些相关与电子和焊接等方面的知识有进一步的认识，并独立对其进行测试与检查。

(4) 这次试验对焊接技术、排错调试、以及相关设备的使用等方面的得到了比较全面的锻炼和提高。并进一步巩固了在课堂上学习的理论知识。

2课程设计的任务与要求

基本功能：

(1) 使用逻辑门电路、集成芯片及555定时器等器件完成光控计数器的设计；

(2)使用光敏元件采集信息，通过调整进行计数；

(3)采用2位数码管进行计数，计数范围在0-99，可进行复位。

扩展功能：

对进出加以区分，进入时计数器进行加，出去时计数器进行减。3 设计方案

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，其系统整体框图如下：

图3-1系统整体框图

4设计原理及功能说明

4.1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。

4.2功能说明

光电转换电路：光电转换电路用于将光信号转换为系统所需的电信号。由于需要进行数目的加和减的运算，此部分需要两个相同的光控电路。每个电路的组成为：一个发射管，一个接收管，同时还有一个370欧姆和一个5.1K欧姆的电阻。接通电源后，接收管接收到发射管射来的红外光线。当有人通过两个二极管间时，内阻减小，集电极输出低电平，送至施密特触发器。

时钟脉冲产生电路：对于双D触发器所需要的1000Hz的脉冲，由于在本课题中电路对脉冲的精确度要求不是很高而晶体振荡需要

分频，所以采用了555定时器构成的多谐振荡器，使其产生需要的

方波作为触发器和计数器的CP脉冲。

时序控制电路：时序控制电路在本课题中主要用于判断计数的增加或是减少，在此选用了一个D触发器、三个74LS00芯片来实现。设计思路如下：设初始状态为0，由光控电路部分产生的两列脉冲分别为A，B，设置计数器为增加状态时，如图4-1所示。

图4-1 增加状态时序逻辑分析图

如上图时序逻辑分析图所示，可得真值表如表4-1所示：

A B Q（t）Q（t+1）Z

0 0 0 0 0

0 1 0 0 0

1 0 0 1 0

1 1 0 0 0

0 0 1 0 0

0 1 1 0 0

1 0 1 1 0

1 1 1 1 1

得卡诺图如图4-2所示：

图4-2 增加状态时序控制电路卡诺图

因此，得

Q （t+1）=AB ′+AQ (4-1)

=（（AB ′）′（AQ ））′ (4-2) Z=ABQ （t ） (4-3)

同理：设置计数器为减少状态时，其时序逻辑分析图如图4-3所示。

图4-3 减少状态时序逻辑分析图

如上图时序逻辑分析图所示，可得真值表如表4-2：

AB Q 00 01 11 10 0 1 1

1

1

表4-2 减少状态时序控制电路真值表

得卡诺图如图4-4所示：

图4-4 减少状态时序控制电路卡诺图

所以：

Q（t+1）= BA′+BQ (4-4)

=（（BA′）′（BQ））′(4-5)

Z=ABQ（t）(4-6) 计数和译码和显示部分：计数和译码由两个计数器、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。在本课题中选用了74LS192加减计数器、74LS47和共阳极LED数码显示管。

5单元电路的设计

5.1 光控电路部分

如图5-1，采用两个开关模拟两个光电管对，平时保持高电平，当有人通过，遮住光路时，输出低电平。在实际电路中，对于红外发光二级管，正极接一个510欧姆的限流电阻后接电源，负极接地；对于红外接收管，负极直接接电源，正极接一个3K欧姆的电阻后接地。脉冲信号从电阻上引出。

图5-1光控电路部分电路图

5.2脉冲整形部分

用555芯片构成单稳触发器，每次触发产生一个1s左右的方波脉冲（仿真时为10ms）。目的是将实际中可能不重合的脉冲信号变为重合的信号，同时，由于此触发器不具有重触发的功能，所以此电路还兼有消抖的功能。脉冲整形部分电路图如图5-2所示。