光电报警器设计Word格式.docx
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4.1报警模块5
4.2数字显示模块6
4.3光电转换模块6
5总体电路原理8
6电路的焊接与调试8
6.1焊接的注意事项8
6.2电路的焊接9
6.3电路的调试9
7心得体会10
附录1：
元件清单11
附录2：
总体电路图12
参考文献13
1设计内容
1.1设计基本要求
1.采用双光路结构，当任一光路被遮挡时，报警器发出间歇式声光报警；
2.采用LED显示被遮挡的路数，无报警显0，1路显1，2路显2，同时遮挡显3；
3.采用5V供电。
【主要参考元件】：
光耦，555，74LS32，74LS247。
1.2设计方案
根据课题设计要求初步建立如下系统框图：
图1-1系统原理框图
2总体电路设计
由图1-1可知，本电路由3部分组成：
电信号转换成数字信号系统，数字显示系统，555报警系统。
通过光照光敏3级管输出高低电平来控制74LS247显示数字是哪路被挡，同时由555报警器发出间歇式的报警声。
芯片74LS247是驱动共阴数码管的译码器，所以在共阳数码管之前要加几个330欧的电阻本电路由3部分组成：
通过光耦的光敏三级管输出高低电平来控制74LS247显示数字是哪路被挡，同时由555报警器发出间歇式的报警声。
3元器件介绍
3.1光耦（H92B4）：
光耦原理图见图2-1
光耦的型号为H92B4，由发光二极管和光敏三极管构成的，有4个管脚。
当光敏三极管接收到二极管发射的光时，其工作在饱和导通状态，当光敏三极管无法接收到二极管发射的光时，三极管工作在截止状态。
1和4脚接电源，并要加限流电阻。
图2-1光耦原理图
3.2或门（74LS32）
74LS32管脚图如图2-2所示
图2-274LS32管脚图
74LS32为四2输入或门。
实现逻辑为：
Y=A+B
其中A，B为输入端，Y为输出端，GND为电源负极，VCC为电源正极
3.3译码器（74LS247）
74LS247管脚排列如下图所示：
图2-374LS247管脚图
74LS247为BCD—七段译码器/驱动器，低电平时有效。
集电极开路输出直接驱动显示器；
有灯测试装置；
前沿/后沿零熄灭；
能调节灯光强度；
耐压为15V。
3.4数码管
数码管分为共阳数码管管和共阴数码管。
发光原理是一样的，只是它们的电源极性不同而已。
7段LED数码管在一定形状的绝缘材料上，利用单只LED组合排列成“8”字型的数码管，分别引出它们的电极，点亮相应的点划来显示出0-9的数字。
LED的电流通常较小，一般均需在回路中接上限流电阻。
本次课程设计使用的为共阳数码管。
共阳数码管在应用时应将公共极COM接到+5V，当某一字段发光二极管的阴极为低电平时，相应字段就点亮。
当某一字段的阴极为高电平时，相应字段就不亮。
其测量方法如下：
找公共共阴和公共共阳首先，我们找个电源（3到5伏）和1个1K（几百的也欧的也行）的电阻， VCC串接个电阻后和GND接在任意2个脚上，组合有很多，但总有一个LED会发光的找到一个就够了，，然后用GND不动，VCC（串电阻）逐个碰剩下的脚，如果有多个LED（一般是8个），那它就是共阴的了。
相反用VCC不动，GND逐个碰剩下的脚，如果有多个LED（一般是8个），那它就是共阳的。
也可以直接用数字万用表，红表笔是电源的正极，黑表笔是电源的负极。
3.5555定时器
555定时器是一种模拟和数字功能相结合的中规模集成器件。
一般用双极性工艺制作的称为555，用CMOS工艺制作的称为7555，除单定时器外，还有对应的双定时器556/7556。
555定时器可在4.5V~16V工作，7555可在3~18V工作，输出驱动电流约为200mA，因而其输出可与TTL、CMOS或者模拟电路电平兼容。
555定时器只需外接几个电阻、电容，就可以实现多谐振荡器、单稳态触发器及施密特触发器等脉冲产生与变换电路。
图2-5NE555引脚排列图图2-6NE555内部结构图
图2-5中
（1）地GND；
（2）触发；
（3）输出；
（4）复位；
（5）控制电压（6）门限（阈值）；
（7）放电；
（8）电源电压。
图2-6内部含有两个电压比较器，一个分压器，一个RS触发器，一个放电晶体管和一个功率输出级。
两个比较器的输出电压控制RS触发器和放电管的状态。
在电源与地之间加上电压，当5脚悬空时，则电压比较器A1的反相输入端的电压为2VCC/3，A2的同相输入端的电压为VCC/3。
若触发输入端TR的电压小于VCC/3，则比较器A2的输出为1，可使RS触发器置1，使输出端OUT=1。
如果阈值输入端TH的电压大于2VCC/3，同时TR端的电压大于VCC/3，则A1的输出为1，A2的输出为0，可将RS触发器置0，使输出为0电平。
3.6蜂鸣器的结构原理
本设计采用的是压电式蜂鸣器，压电式蜂鸣器主要由多谐振荡器、压电蜂鸣片、阻抗匹配器及共鸣箱、外壳等组成。
多谐振荡器由晶体管或集成电路构成。
当接通电源后（1.5~15V直流工作电压）,多谐振荡器起振,输出1.0~2.5kHZ的音频信号，阻抗匹配器推动压电蜂鸣片发声。
压电蜂鸣片由锆钛酸铅或铌镁酸铅压电陶瓷材料制成。
在陶瓷片的两面镀上银电极，经极化和老化处理后，再与黄铜片或不锈钢片粘在一起。
4单元模块介绍
4.1报警模块
通过555定时器构成自激多谐振荡器产生的矩形脉冲来控制喇叭的间歇式的叫声。
对于多谐振荡器可根据:
式4-1
来确定间歇时间，导通时间为：
式4-2
充电时间
由电路图可以算出导通时间为：
式4-3
报警电路如图4-1所示：
图4-1报警电路图
4.2数字显示模块
电路图如下所示：
图4-2数字显示电路图
此模块由74LS247及共阳数码显示器组成，74LS247驱动共阳数码显示器工作。
74LS247的2，6脚因无输入，故接低电平，3，4，5脚接高电平，而1,7脚则与光电转换模块中光敏三极管输出的连接。
此时74LS32正常工作，驱动共阳数码显示器工作，以显示数字0到3。
译码显示电路如下：
实现1端和7端为低电平时，数码管显示0；
1为高电平7为低电平时，数码管显示1；
1为低电平7为高电平时，数码管显示2；
1为高电平7同时为高电平时，数码管显示3。
74LS247是一款低电平驱动的数字译码芯片，输出有效点位为低电平，可以配上共阳的数码管，我们也可以选着74LS48高电平驱动的和共阳数码管，更具自己的喜好选着不同芯片，本为采用的是74LS247。
芯片74LS247驱动共阳数码管的译码器，所以在共阳数码管之前要加7个100欧的电阻，以保护数码管不被烧坏，倘若数码管显示的过亮就要增大电阻的
阻值。
下图为74LS247与数码管的连接图：
4.3光电转换模块
再次光电转换采用光耦，光耦内由发光二极管和光敏三极管构成：
采用5V直流供电，为防止光耦烧坏，应该在二极管串联一个510Ω电阻。
同时挡光的用具可以使用不透明的纸张，光耦中的小功率的发光二极管正常工作电流在10mA～30mA范围内，根据欧姆定律，由I=U/R，U=5V，10mA<
I<
30mA，故与红外发光二极管串联的电阻值为510欧，光敏三管级管要串联一个240Ù
的电阻以防止被击穿。
图4-3光电转换图
光敏3级管受到光照时C，E级相当于短路。
被遮挡时相当于断路。
这就有了高低电平的输出来控制后面的数字电路部分，实际上这部分是实现了把电信号转换成数字信号的功能。
另外电路中还用到了一个或门74LS32，其管脚排列图和真值表如下所示：
图4-474LS32的管脚图
表4-174LS32的真值表
输入
输出
A
B
Y
H
X
H
H
L
5总体电路原理
由上述的方法，设计出了附录二中的电路图，下面简单的叙述先电路的工作原路，电路中的左侧为第一路，右侧电路为第二路电路，当两路电路都没有被遮挡的时候，光耦是导通的，即光耦上端两端电压都为低，然后经过74LS32或门以后的总的电压为低，低电压与555的管脚4相连，RS使得555输出一直为低，不能驱动蜂鸣器响，故不会响铃，同时光耦上端的的低电平信号与74LS247中的1、7脚输入的信号，输出的信号通过共阳数码管显示为0。
当光耦有其中一路被遮挡后，挡住的光耦不能短路，处于断开，两个光耦上端的点平有一个为高，另一个为低，然后经过74LS32或门以后的总的电压为高，高电压与555的管脚4相连，使得555能够正常工作，产生1.23KHZ的矩形脉冲，使蜂鸣器会响铃。
同时光耦上端的的高、低电平信号与74LS247中的1、7（7、1）脚输入的信号，输出的信号通过共阳数码管显示为1、2。
当两路光耦都被遮挡的时候，光耦就会都不导通，光耦在截止状态，即光耦上端两端电压都为高，然后经过74LS32或门以后的总的电压为高，低电压与555的管脚4相连，使得555输出一直为矩形脉冲，驱动蜂鸣器响，故会响铃，同时光耦上端的的高电平信号与74LS247中的1、7脚输入的信号，输出的信号通过共阳数码管显示为3。
6电路的焊接与调试
6.1焊接的注意事项
良好的焊接是实验成功的重要保证；
反过来说，焊接不良，往往会使实验失败，甚至损毁元器件。
虽然焊接技术并不复杂，但如果认为它操作简单而掉以轻心，也会造成种种不良后果。
所以应注意以下几点：
a.电烙铁焊接音乐集成芯片的时候，一定要等电烙铁加热后，拔掉电源插头，用电烙铁的余热焊。
否则，温度过高的焊接，会烫坏音乐芯片。
b.焊接扬声器的时候，一定要将连接电源正、负极的导线分别焊接在扬声器标有“＋”、“—”符号的一端。
扬声器的下方还有两个类似焊点的地方，如果错将导线焊在那儿，扬声器就会损坏，不能使用了。
c.烙铁使用日久后，烙铁头容易被“烧死”，即在表面出现一层黑色氧化物，而且变得凹凸不平。
“烧死”的烙铁头很难熔化和沾取焊锡，需用锉刀将它重新挫亮。
尽量使用市场上出售的空心焊锡丝，它是将焊锡做成直径2～4毫米的细管状，在管内装进松香粉。
使用这种焊锡丝，能保护烙铁头不易被“烧死”。
6.2电路的焊接
在连接电路的时候，要严格按照电路图连接电路，也要注意烙铁与电路板接触的时间，不要烧坏电路板。
并在联好电路以后进行测量，即使发现问题与改正。
焊接时尤其应该注意各个原件的具体位置及芯片的引脚排列，切不可马虎大意，正确插放各原件，从小到大逐次焊接。
6.3电路的调试
接好电路，接通电源，看到的是数码管显示0，表示正常。
接着拿小刀挡住光敏三级管，不管挡住哪路都没有反应，数码管还是显示0，而且报警器也没有报警。
问题出现：
随即就拿5V电压直接接到555多谐电路，蜂鸣器发出响声，说明这部分电路没有问题。
之后就从译码器的A，B端牵出2根导线，先将其中1路接到5V电源，2路接地，结果数码管显示为1，1路接地，2路接电源，数码管就显示2，两路都接电源时就显示3。
所以这部分也没错。
那就是光耦中的发光二级管和光敏三级管的问题了，一想可能是和发光二级管和光敏三级管串联的电阻阻值太小了导致烧掉了，测量了电阻才发现电阻阻值与其上表的相差太多，二十欧的电阻居然只有不到两欧，当时把元件拿到手的时候自己没有拿万用表测一下，于是换了电阻和光耦，焊接好之后，重新接好电源，正常了。
7心得体会
时光荏苒，实训的时间过得是很快的，很快我们的《数字电子技术》课程设计就要告一段落了。
这次课程设计是对我们本学期所学知识的综合考察，既检查了我们所学的理论知识，又锻炼了我们的实践能力。
在这次课程设计中，通过对“光电报警器”的设计、安装以及调试，我从中学到了不少知识。
在做这个题目的过程中，我和搭档一起查资料、学习、设计。
这些必要的准备工作完成后，又一起安装电路、焊接电路、测试改进、分析问题。
最后得出了比较满意的结果。
本次实践中，进一部加深了我们对平时所学理论知识的理解和掌握，也了解到要把学到的知识用于实践中，不只重视理论，要考虑学到的东西能用在那方面，这个实训正是对我们所学《数字电子技术》只是的考察。
本次实验培养了我们的自学能力和独立找出问题、分析问题的能力和动手能力。
在本次实验中，我懂得了做任何事情都要有耐心，电路焊好并不代表你已经成功了，调试也是一个很重要的阶段。
在调试的过程，我掌握了一些电路调试的方法和一般规律，同时也掌握了如何来检查和排除实验中的所遇到的一些常见故障。
不是电路在电脑上能仿真出来连接到电路板上就能测试成功，可能在实验的过程中要不断修改方案。
本次设计实验通过利用光耦及对管这两个廉价的元器件制造出了实用价值更高的光电报警器，该报警器通过555多谐振荡器，74LS32，74LS247，数码管，蜂鸣器，发光二极管与光耦，对管的巧妙结合，实现了光电报警器可用价值。
元件清单
序号
名称
数量
1
共阳数码管
1个
2
74LS247芯片
3
光耦
2个
4
555芯片
5
蜂鸣器
6
74LS32芯片
7
电容10nf
1个
8
电容330uf
1个
9
电阻510欧
10
电阻20千欧
3个
11
电阻5.1千欧
12
电阻330欧
7个
总体电路图
参考文献
[1]杨兴瑶。
实用电子电路500例。
化学工业出版社。
1996。
[2]阎石。
数字电子技术基础。
高等教育出版社。
1997。
[3]庞振泰、王采斐、屈宗明（译）.光电接口器件手册.清华大学出版社.1998
[4]王毓银.数字电路逻辑设计.北京:
高等教育出版社.2005
[5]彭介华.电子技术课程设计.北京：
高等教育出版社.2003.
[6]谢自美.电子线路设计•••实验•测试（第二版）.武汉：
华中科技大学出版社.2004.
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