光控计数器的设计仿真与制作

课程设计任务书

学生姓名：专业班级：

指导教师：工作单位：信息工程学院

题目: 光控计数器的设计仿真与制作

初始条件：

集成显示译码器、计数器、555定时器、数码管、和必要的门电路或其他器件。

要求完成的主要任务:（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）

1、课程设计工作量：1周内完成对光控计数器电路的设计、仿真、装配与调试。

2、技术要求：

设计一个利用光线的通断来统计进入房间人数的电路，用2个数码管显示计数值。

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。（仿真时可用2个开关模拟光控开关）

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。

③确定设计方案，按功能模块的划分选择元、器件和中小规模集成电路，设计分电路，画

出总体电路原理图，分析工作原理。

3、查阅至少5篇参考文献。按《武汉理工大学课程设计工作规范》要求撰写设计报告书。全文用A4纸打印，图纸应符合绘图规范。

时间安排：

1）第1-2天，查阅相关资料，学习设计原理。

2）第3-4天，方案选择和电路设计仿真。

3）第4-5天，电路调试和设计说明书撰写。

4）第6天，上交课程设计成果及报告，同时进行答辩。

指导教师签名：年月日

系主任（或责任教师）签名：年月日

摘要

光电计数器主要分为光电检测转换部分和电子显示部分。光电传感器是一种将光信号转化为电信号的装置，它实现工作的理论基础是光电效应。光电效应大致可以分成三个类型：第一类就是外光电效应，在光的照射下使电子从物质的表面逸出；第二类是内光电效应，在光的照射下，物质的电阻率改变；第三类是光生伏特效应，在光的照射下，物质内产生电动势。实现转换的器件主要有光电二极管、光电三极管、光电倍增管、光电雪崩管等等。光电计数器的工作原理是，从光源发出一束集中的平行有效光，在流水线上，每出现一个物体，就会对光进行一次遮挡，光接收器无法接受到光源信息，电路的光电流就会产生改变，经过信号处理后计数器计数一次，即通过了一个器件。光电计数器常用来统计成品数量和参加展会人数。

数字式计数器因为其有使用方便，计数精确，显示直观等优点，被广泛应用于各行业生产线上的物件计数。本论文利用光敏电阻受光照强弱其值发生改变来接收光信号，并通过数字计数与显示电路设计了一种光电计数器。当物件从光敏电阻上通过时会对光束进行遮挡，光敏电阻阻值发生变化，从而使光电转换电路产生一个脉冲信号，经计数电路和LED数码管显示计数的数值。该光电计数器可以将机械或者人工的计数方式转变为电子自动计数，生活实用性很强。

关键词：光敏电阻；计数器；LED显示管

目录

1设计任务和要求 (1)

2设计分析和设计内容 (1)

2.1设计框图 (1)

2.2工作原理 (2)

2.3各模块的设计 (2)

2.3.1所用元器件 (2)

2.3.2各模块电路介绍 (5)

3电路原理图及元器件 (7)

3.1电路完整原理图 (7)

3.2元器件清单 (7)

4仿真图及调试分析 (8)

4.1电路仿真图 (8)

4.2调试分析 (8)

5设计心得体会 (9)

6参考文献 (10)

1设计任务与要求

1.1设计任务

本设计主要是利用光线的强弱来统计进入实验室人数。要求设计两路光控电路，一路放置在门外，另一路设置在门里，当有人通过门口时（无论是进入或走出房间），都会先触发一个光控电路，再触发另一个光控电路，要求根据光控电路产生触发脉冲的先后顺序，判断来人是进来还是离开实验室，当有人进入时实验室时令计数器进行加计数，当有人离开时实验室进行减计数。要求计数器的最大计数容量为99人，并用数码管显示数字。

1.2设计要求

（1）用两个数码管显示计数值。

（2）设计两路光控电路，其输出能令计数器实现加减计数。

2设计分析和设计内容

2.1设计框图

整个系统由5个部分组成：光控电路、触发脉冲、加减计数、显示译码、数码显示。

2.2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555定时器构成的施密特触发器和555定时器构成的单稳态触发器触发脉冲，输出计数脉冲信号，再由加减计数器和显示译码器在显示管上显示数目的增加或减少，从而实现自动计数的功能。

2.3各模块电路的设计

2.3.1所用元器件的介绍：

555定时器

555定时器是一种应用极为广泛的中规模集成电路。它使用灵活、方便，只需外接少量的阻容元件就可以构成单稳、多谐和施密特触发器，广泛用于信号的产生、变换、控制和检测。在此课题中主要是用555定时器构成多谐振荡器，产生双D触发器所需要的时钟脉冲。引脚图如图所示：

图2.1 555定时器引脚图

555定时器功能表：

双D触发器

本课题中选用的是74LS74双D触发器，用于和其它芯片一起构成时序逻辑电路。由于74LS74是上升边沿触发的边沿D触发器，电路结构是维特—阻塞型的，所以又称维特—阻塞触发器。它要求控制端D的信号应超前CP脉冲上升边沿2Tpd1时间建立，并要求在CP脉冲触发边沿到来后继续维持1Tpd1时间（此处的Tpd1是TTL门的平均传输延迟时间），引脚图如下图：

与非门

本课题中选用了两个74LS00芯片，与双D触发器一起构成时序控制电路。其中一个74LS00芯片结构及引脚图如下图：

加/减计数器

本课题选用的是74LS191计数器，其引脚图如下所示：

74LS191功能表：