电子课程设计-双通道计数器

厦门大学
电子课程设计报告
课题名称：双通道计数器
指导老师：
学生姓名：
专业：
年级：2009级
答辩日期：2012年7月
目录
一、设计目的与意义 (3)
二、设计要求 (3)
三、自行设计方案 (3)
1)光电发射接收电路 (5)
2)放大电路 (5)
3)计数/译码电路 (6)
4)显示电路 (7)
四、标准设计方案 (7)
1）原理方框图 (7)
2）各单元电路原理介绍 (9)
a)光电发射接收电路 (9)
b)信号处理电路 (9)
c)信号互锁电路 (10)
d)计数/译码/显示电路 (10)
e)辅助电源电路 (12)
五、元器件清单 (12)
六、PCB布线图 (12)
七、硬件制作与调试 (14)
八、结论与心得 (14)
九、成果图展示 (15)
一、设计目的与意义
1）通过这次设计，经过亲身操作之后，初步熟悉并学会了电路设计软件Altium Designer的使用，了解了这一款软件对于电路板设计的重要作用，这对于日后的学习及应用有很大的帮助；
2）掌握电路设计的方法和技巧。

将学习到的理论知识运用到实际当中去，做到能够活学活用，深入的了解电子元器件的使用方法，了解各种元器件的基本用途和方法，能够灵活敏捷的判断电路中出现的故障，学会独立设计电路，积累更多的设计经验，加强焊接能力和技巧，完成基本的要求；
3）本次课程设计的产品——双通道计数器，除了可以应用于流水线上产品数量的测量，还可以广泛应用于测量停车场、宾馆、饭店、商场、超市、博物馆、展览观、车站、码头、银行等场所的人员或物品的数量及流通数量。

二、设计要求
设计并制作用于识别、计算通过管道的物品数目的光电识别计数器。

1）识别物品通过管道的方向：进、出；
2）对进出管道的物品进行计件，物品进入管道，识别器计数总数目增加，物品离开管道，识别器计数总数目减少；
3）至少一位数码管显示。

三、自行设计方案
如图1所示，电路包括入口和出口的光电发射接收电路、信号放大电路和两位计数/译码/显示电路。

应用到了电阻、发光二极管、光敏电阻、运算放大器、十进制加减计数器CD40110及数码管等元器件。

图1 自行设计方案电路原理图
1)光电发射接收电路
如图2所示，LED正向压降1.66V，工作电流5mA，所以选择阻值为665Ω的电阻R1、R2为保护电阻。

图2 光电发射电路
如图3所示，利用光敏电阻特性，使电桥电路输出电压变化，产生脉冲。

Ra为盖黑胶布的光敏电阻Ф3系
列GL3516，亮电阻为10KΩ，暗电阻
为600KΩ，提供温度补偿，电阻固定
为600KΩ。

Rb为600KΩ，Rc为10KΩ。

Rd为光敏电阻Ф3系列GL3516，
亮电阻为10KΩ，暗电阻为600KΩ。

图3 光电接收电路
2)放大电路
如图4所示，放大电路利用运算放大器，使脉冲电压放大2倍，使信号更容易被识别。

R5为1 KΩ，R7为2 KΩ，R8为1 KΩ。

放大倍数为(R7/ R5=)2倍。

图4 放大电路
3)计数/译码电路
如图5所示，电路中的计数\译码功能由CD40110芯片完成，两个芯片相连可实现进、借位功能。

图5 计数\译码电路
很强大的芯片，将计数/译码功能都集成到了一起，能很好的实现这些功能。

4) 显示电路
如图6所示，由CD40110芯片译码后，数码管可以将结果显示出来。

图6 显示电路
四、标准设计方案
如图7所示，电路包括光电发射接收电路、反相短路、信号互锁电路、计数/译码/显示电路和辅助电源电路五部分。

其中Ra 、Rb 、Rc 、Rd 、Re 为零欧电阻，可当做导线，作用是在焊接电路时替代飞线。

1） 原理方框图
如图8所示，电路各部分工作原理及作用如下。

图8 原理方框图
图7 标准设计方案电路
2）各单元电路原理介绍
a)光电发射接收电路
如图9所示，该部分电路采用ST168作为核心器件，当有工件经过ST168时，便会产生脉冲。

没有物体经过时，ST168内部为通路，输出为高电平。

有物体经过时，输出为低电平。

ST168外形如图10所示。

内部为高发射功率红外光电二极管和高灵敏度光电晶体管，如图11所示。

图9 光电发射接收电路图10 ST168外形图
图11底面示图内部原理示意
b)信号处理电路
如图12所示，因为由4069芯片对信号进行反相，以便有物体经过ST168时，输入到74LS74的是高电平。

如图13所示，4069为6个反相器，引脚功能如图。

图12 信号处理电路
图13 4069引脚功能图
c)信号互锁电路
如图14所示，74LS74是上升沿触发，此芯片将由4069芯片反相后输出的后一个信号始终封锁在高电平。

如图15所示，74LS74是双D触发器，引脚如图。

d)计数/译码/显示电路
如图16所示，信号互锁电路输出的信号，经过40110芯片加减计数和译码后，驱动数码管显示。

图14 信号互锁电路
图15 74LS74引脚图
图16 计数/译码/显示电路
e)辅助电源电路
如图17所示，利用7805芯片将9V电源转为5V，芯片前后有两组电容起滤波作用。

图17 辅助电源电路
五、元器件清单
如表1所示，共用到元器件23个。

表1 元器件清单
元器件序号型号封装数量备注
P1、P2 ST168 HDR1X4 2
R1、R3 2 220Ω
R2、R4 2 20kΩR5 1 1kΩ
R6 1 510Ω
Ra、Rb、Rc、Rd、Re 5 0Ω4069 CD4069VBE DIP14 1
CT74LS74 HD74LS74AP DIP14 1
40110 CD40110BE DIP16 1
C1、C4 2 4.7μF
C2、C3 2 0.1μF
U2 L7805CV TO220ABN 1
S TL36WW15050 1
D LED0
六、PCB布线图
如图18所示，用电路设计软件Altium Designer设计原理图并生成PCB 文件后，对元器件位置及线路走向进行布置，最终结果如下。

图18 PCB布线图
七、硬件制作与调试
首先在电源输入端输入9V电压，然后用遮挡物依次挡住两个反射式红外光电传感器，让其产生一个高电平，反相电路输出低电平脉冲，电路开始计数。

在调试中，遇到了以下问题：
1）接通电源后，数字显示管显示，LED灯不亮；
2）工件计数器无法实现计数功能；
3）工件计数器只能完成减法计数，无法完成加法计数。

解决方案：
1）换LED灯；
2）检查电路，查看是否所有线路都连接完全，是否有引脚没有接通；
3）检查是否焊接不好，线路中有断路情况。

八、结论与心得
这一次的电子课程设计主要分成两大部分：电路设计部分和电路板制作部分。

在第一部分设计电路中，我们在得知课题是双通道计数器后，按照课程设计要求，分光电发射接收、信号处理、计数显示三部分设计电路，在搜索可用元器件过程中，我们了解到了许多课本里没有但很常见的元器件，这拓宽了我们的视野。

在此之后，我们重新温习了学习过的数电知识，将知道的知识应用到实际设计中，这不仅让我们巩固了之前的知识，也开发了我们自己的设计思维。

但不足之处是我发现自己并不能很好的运用学过的知识，跟实际联系不够，设计这样一个简单电路让我感到很吃力。

在第二部分电路板制作时，由于学校统一发给我们一套电子器件，并给我们统一的电路图，因此，在这一部分，我们主要是进行焊接电路的实践。

在PCB布线过程中，我们熟悉并掌握了Altium Designer的DXP部分的使用，了解了一些实际制作电路板时会存在的问题，比如：在元器件布局的时候，应把在一个电路内的元器件放在一起，尽量按照电路功能布局；在布线过程中，不能交叉导线，所以会遇到有连线没法布置的情况，这时候就需要飞线，飞线可以用导线，导线最好连在正面板上，飞线也可以用零欧电阻，能够避免在正面板连接导线。

在焊接的过程中，我们学习到了一些焊接的小技巧，比如元器件放置时要留足够的地方，避免焊接连线部分时造成短路等，焊接也锻炼了我们的动手能力。

而且在调试的过程中，我们对于万用表等电子仪器的运用也更加熟练，对于计数器的电路有了更深层次的了解。

总之，通过这一次的电子课程设计，我们不仅温习了数电知识，还学到了很多新知识，更重要的是这让我们掌握了一些最基本的设计电路的方法，可以将理论与实际结合，这对我们以后的学习帮助很大。

九、成果图展示
焊接电路板正面如图19所示，背面如图20所示。

图19 焊接电路板正面
图20 焊接电路板背面。