红外反射式计数器电路设计.docx
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红外反射式计数器电路设计
电子电路实验设计报告
设计题目:
红外反射式计数器电路设计
系别
：
光电技术系
作者
：
宋占永2005032019
专业
：
光信息科学与技术
班级
：
2005级1班
指导老师
：
电子实验室老师
红外反射式计数器电路设计
摘要：
本报告详细介绍了利用NE555芯片的多谐振荡电路作为发射部分，用常用芯片LM324组成的过零比较电路将小信号放大成完美的方波，送入可连续触发的SN74LS123N芯片产生单脉冲作为加减计数芯片HCF40110BE的触发信号，从而驱动数码管显示计数。
关键词：
仿真，整流，滤波，占空比，波形图，单稳态，多谐振荡
一、实验目的：
1．进一步掌握数字电路和模拟电路课程所学的理论知识。
2．熟悉常用元器件知识，并掌握其工作原理，进一步学会使用其进行电路设计。
3．了解电路设计的基本思想和方法，学会科学分析和解决问题。
4.学会对所设计电路的软件EWB5.0仿真过程。
6．了解protell99SE设计电路和了解绘制PCB板过程；
5.培养认真严谨的学习态度和实际动手能力；
7.培养遇到问题，分析原因，查找原因的能力，以及独立解决问题的能力；
8．学会独立查阅资料，自主学习的能力，以及设计创新的能力；
二、设计题目要求：
1.反射式计数有效距离>=5cm，反射一次计数一次；
2.计数灵敏度>=10ms；
3.能够日光灯的干扰；
4.设计成本低，工作稳定，元器件实验室有或是容易买到，用到的元器件要尽量少；
5．用万用板搭接电路或是制作PCB板，元件布局均匀，集成芯片要用底座；
6．要有方案的对比，从而分析各个方案的优缺点；
7．设计报告应该详细具体,参数要实事求是;
三、总体方案的设计与选择：
1．总体方案的设计
经过分析问题及初步的整体思考，二种可行性方案：
方案一的
电路图发射部分如右所示：
方案一的接收电路的前半部分电路（后面的显示电路相同，省略）如图：
（555的OUT经
电阻送入 HCF40110的9号引脚）
方案一的总体电路共分六大块
主体框图如下：
555多谐震荡器
1、发射电路部分
2、接收电路部分
高通滤波器
3、用LM324对小信号放大电路部分
目的：
整成直流
4、整流电路部分
低通滤波器
5、555单稳态电路部分
目的：
使接收到的信号形成单一的脉冲，
以便HCF40110芯片在上升沿做加法计数，
是数码管显示出来。
6、显示电路部分
方案二：
总体电路共分五大块。
主体框图如下：
555构成的多谐震荡器及其8550的射极功率放大电路
1、发射电路部分
2、接收电路部分
高通滤波器
3、用LM324过零比较电路部分
输出理想的方波信号
4、可连续触发的双Q触发器电路部分
受到反射信号时就只输出一个脉冲（此时
的脉冲宽度应设置的比输入时的大）
5、显示电路部分
2总体方案的选择
方案二与方案一最大的不同就在，后者将整流电路与单稳态电路两种功能融合在一起，且原理相对简单。
如此设计，其优点在于：
设计思想比较简单。
元件种类使用少，且易于组装电路。
难点则是：
SN74LS123N芯片没有接触过，是一次新的尝试和学习过程，包括此芯片的逻辑功能表，引脚图，其工作电压范围，以及外围电路的连接方法和参数设定等等，都是新的内容。
但只要勤于好学好问，谨慎认真，就不容易出错。
且采取方案二元件使用少，也便于组装和调试，同时由于电路连接简单，则势必会减少一些不定对电路的干扰。
虽然应用原理已经成熟的方案一，一定可以做出实验要求的结果，但学习是个新东西的过程，我们还选择了连线少，易于组装和调试，但须查阅SN74LS123N.pdf芯片资料的方案二。
五单元电路的设计
1.发射电路部分
555构成的多谐震荡器及其8550的射极功率放大电路
电路图如下：
2.1．接收电路及其高通滤波电路部分，电路如下：
2.2过零比较电路部分
电路图如下：
2.3．可连续触发的双Q触发器电路部分
电路图如下:
2.4．数码管显示及其复位清零电路
由一片HCF40110BE加上适当电容及电阻实现。
电解电容取：
2.2μf电阻取：
10kΩ300Ω
电路图以及HCF40110BE的引脚图如下：
五、总体电路图
SN74LS123N输入输出波形对照图如下:
SN74LS123N连接图：
SN74LS123N引脚图如右图：
SN74LS123N功能表：
SN74LS123N输出脉宽的计算：
六、实验数据（工作电压=5V，室温20摄氏度）
感应反射有效垂直距离：
约22cm（SN74LS123N工作电压U范围4.75V~5..25基本电压是
5V）
过零比较器的输出波形占空比
Q=1.2/4.0
0.3
数码管a~g的电压U
4.32V
发射脉宽
T=（10K+2*10K）*C*ln2
约2.07ms
过零比较器的输出电流I
0.29mA
发射频率
f=1/T
约483HZ
过零比较器的输出脉宽T’
约2ms
发射管的电流
I
约8.4mA
发射管的电压
0.6V
发射管的波形占空比
0.7：
1.4
0.5
接收管的静态电压
2.2V
多谐震荡器的3脚输出端波形占空比
1.4：
0.7
2
接收管的动态电压
1.8V（18cm高处反射时）
多谐震荡器的输出电压
U
约3.0V
SN74LS123N输出脉宽Twmax
19.8ms
SN74LS123N静态输出电压
U
0V
SN74LS123N动态输出
电压
U=4.37
V
过零比较器的输出电压峰峰值
Up-p
3.17V
SN74LS123N输出脉宽Twmin
3.3ms
七、元器件清单列表
1.电路所用的元件：
LM324——1片
SN74LS123N（可连续触发的双Q触发器）—1片
NE555——1片
红外发射管——1个
红外接收管——1个
共阴数码管——1个
开关——1个
瓷片电容：
0.1μf（104）——2个
0．01μf（103）——1个
电解电容1μf——1个
2.2μf——1个
电阻：
10kΩ——4个
470Ω——1个
300Ω——4个
1kΩ——2个
8脚底座——1个
14脚底座——1个
16脚底座——1个
管脚——10个
10cm*10cm铜板——1块
2．工具及仪器：
镊子，剪钳，电烙铁，万用表各一个，导线若干；焊锡丝若干，松香1块，（或松香水）
，直流电源一台，模拟示波器一台，小螺丝刀一个；
八、电路组装、调试过程，以及遇到的问题及解决办法
1、在电路组装之前，先用实验板搭接电路，一边用示波器进行信号跟踪，以便及时发现问题及时更正不当之处；
2、在实验板调试时，一定不要接反电源，这样极易烧坏芯片；加上电先用手触摸芯片看有没有发热的异常现象，这样就确保芯片不会被烧；
3、在实验板上调试的时候，少接根地线，结果让我们浪费了很多时间，还以为是芯片坏了；
4、在调试SN74LS123N时，刚开始数码管灵敏度非常低，几乎1s变一次；结果是因为没有按照SN74LS123N的连接图连，少了那根引向地的线，接了后，电容的电荷就可以通过这条线一下释放，示波器的持续高电平，一下就下来了，真正理解了那条线的作用！
5、在严格按照SN74LS123N的连接图在PCB板上焊接之后，发现在调可变电阻RT（SN74LS123N的连接图中RT对应的可变电阻）的时候，SN74LS123N会慢慢的发热，我们就
不敢调了，我们想到可能是我们调到了RT电阻的最小值了，使得Rext/Cext的电压等于了电源电压，我们就加了个10K的固定电阻（如原理图中所示），就解决了这个问题。
事后，看到DM4LS123的连接图中是和我们的连接方法是一致的。
如下图所示：
6、在调试的过程中，有时数码管在不停的闪变，当我们用手挡过之后，它就静止在一个数字上，我们猜想这可能是日光灯的干扰，就想法做了个圆筒罩住了接收管，问题就解决了。
九、分析与心得
课程设计刚开始，拿着选定的题目不知如何入手。
毕竟课程设计不同于实验课，电路图都要自己设计。
静下心来，仔细分析题目，再加上指导老师的说明与提示，心中才有了谱。
将整个系统根据不同的功能化分成模块，再分别进行设计，逐个攻破，最后再将其整合即可。
在设计过程中，既有用过的芯片，又有没用过的，只能自己查表，分析功能。
即学即用。
最后调试阶段，哪怕一个小小的错误也会使结果出不来。
只好一条线一条线地查，一个孔一个孔地测。
结果终于出来了，又发现有的地方还应改进。
通过这次课程设计，使我们受益颇多。
既巩固了课堂上学到的理论知识，又掌握了常用集成电路芯片的使用。
在此基础上学习了数电和模电的基本思想和方法，学会了科学地分析实际问题，通过查资料、分析资料及请教老师和同学等多种途径，独立解决问题。
同时，也培养了我们认真严谨的学习态度。
实在是“尽信书则不如无书”，有些资料也是有待改进的，所以还是要相信自己的判断，坚信自己一定能解决遇到的问题，就不怕有问题！
参考资料：
1、《电子电路300例》（在图书馆）
2、XX
3维库电子市场网
4、电子工程世界
5、电子电路图网
6、21IC中国电子网-电子工程师的网站
7、《电子技术基础实验》
8、HCF40110.pdfSN74LS123N.pdfDM4LS123.pdf
报告编写：
王浩，宋占永
资料查找：
王浩，宋占永
焊接：
王浩，宋占永
电路分析：
王浩，宋占永
调试，参数测定：
王浩，宋占永
2008-4-16
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