光控计数器的设计原理课程设计Word文档格式.docx
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要求计数器的最大计数容量为99人，并用数码管显示数字。
第二章工作原理
由光控电路将接收的光信号转换为电信号，经施密特触发器整形触发脉冲，输出计数脉冲信号。
再通过计数器和译码器，在LED数码显示管上显示数目的增加或减少，实现自动计数的功能。
工作原理框图如上。
第三章电路设计
3.1元器件介绍
555定时器：
本设计用到3片555定时器，其中两片构成施密特触发器，用于对光控部分产生的脉冲进行整形。
另一片构成多谐振荡器，用于产生方波作为触发器和计数器的CP脉冲。
引脚图如下：
双D触发器：
本设计采用一片74LS74双D触发器，用于与其它芯片一起构成时序逻辑电路。
引脚图如下
非门和与非门：
本设计选用了两个74LS00芯片和一个74LS20芯片，与双D触发器一起构成时序控制电路。
其中与74LS00芯片引脚如图三，74LS00芯片结构及引脚图如图四，74LS20芯片中为两个四脚合一与非门，与74LS20类似。
图三
图四
加/减计数器：
本设计选用了74LS192可逆计数器。
其引脚图如下。
译码器
译码器用以连接计数器和显示部分。
本设计选用了CD4511芯片作为译码器。
其引脚图如右图。
3.1.7数码管
数码管通常有发光二极管（LED）数码管和液晶（LCD）数码管，本设计提供的为LED数码管（共阴极）。
3.2单元电路设计
光电转换电路
本电路的组成为：
一个发射管，一个接收管以及一个三极管，同时还有一个20欧姆，一个20K欧姆和5.1K欧姆的电阻。
图3.2.1
时钟脉冲产生电路
本设计采用了555定时器构成的多谐振荡器，使其产生需要的方波作为触发器和计数器的CP脉冲.振荡器的频率计算公式为:
f=1.43/（（R1+2*R2）*C）,通过计算选定参数确定了R1取430欧姆,R2取500欧姆,电容取1uF.这样得到了比较稳定的脉冲。
其电路图如下图所示：
图3.2.2
整形电路
此整形电路由555施密特触发器完成，对光电转换电路输出的脉冲信号进行整形，如上图。
时序控制电路
时序控制电路在本课题中主要用于判断计数的增加或是减少，在此选用了一个D触发器、两个74LS00芯片和一个74LS20芯片来实现。
设计思路如下：
设初始状态为0，由光控电路部分产生的两列脉冲分别为A，B，设置计数器为增加状态时，如图：
如上图时序逻辑分析图所示，可得真值表和卡诺图如下：
ABQ（t）Q（t+1）Z
00001
01001
10011
11001
00101
01101
10111
11110
ABQ（t+1）
00
01
1
10
因此，得Q（t+1）=AB′+AQ
=（（AB′）′（AQ）′）′
ABQ
11
Z=B′+Q（t）′+A′=（ABQ（t））′
同理：
设置计数器为减少状态时，
如上图时序逻辑分析图所示，可得真值表和卡诺图如下：
ABQ（t）Q（t+1）Z
01011
10001
01111
10101
11110
得：
Q（t+1）=BA′+BQ
=（（BA′）′（BQ）′）′
因此可得此部分时序逻辑图，如图3.2.4：
图3.2.4
计数和译码和显示部分
计数和译码由两个个计数器、两个译码器和两个数码管来完成，用于接收计数脉冲信号并将其转化成单独的信号输出并显示。
在本设计中选用了74LS192加减计数器、CD4511译码器和共阴极LED数码显示管，其电路图如下图
图3.2.5
3.3电路总图
此光控计数器电路总图见附录二。
第四章安装
在面包板上连线时一定细心，防止产生错误，连线之前一定要弄清面包板的连线方式，防止产生错误。
第五章调试
连好电路后，接通电源（由手机充电器提供5V电压），发现不能正常计数，原因为光控部分有问题，后改正。
第六章心得体会
几周的电子实习，得知是要设计一个成功的电路，必须要有一个好的设计。
设计思路是最重要的，只要设计思路是成功的，那设计已经成功了一半。
其次还要有耐心，要有坚持的毅力。
还要有团队合作精神。
另外此次课程设计，培养了设计思维，增加了实际动手能力。
附录
附录一：
元器件清单
面包板1块
脉冲开关（用于计数器复位）1个
发光二极管2个
发射二极管2个
接收二极管2个
三极管（9013）2个
74LS041片
74LS741片
74LS002片
74LS201片
74LS1922片
CD45112片
NE555P3个
共阴数码管2个
电阻：
5.1K欧姆2个
20欧姆2个
20K欧姆2个
500欧姆1个
430欧姆1个
100欧姆2个
电容：
1µ
F1个
0.01µ
F1个
附录二：
电路总图
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