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。