电工电子实习《红外计数器设计》课程设计报告Word格式文档下载.docx
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红外计数器设计
二、设计任务
1、设计一个红外计数器,要求能够实现非接触式的计数统计功能;
2、电路基本要求内含红外发射和接收装置、计数显示等;
3、电路焊接与调试,测试红外计数效果;
4、简易故障的判定及排除。
三、技术指标
a)计数器能从0计数至99;
b)红外对管距离要达到1CM以上。
四、设计报告
根据要求撰写设计报告
《红外计数器设计》
一、任务分析
计数器发展:
1666年,在英国SamuelMorland发明了一部可以计算加数及减数的机械计数机
1694年,德国数学家,GottfriedLeibniz,把巴斯卡的Pascalene改良,制造了一部可以计算乘数的机器,它仍然是用齿轮及刻度盘操作。
1893年,第一部四功能计算器被发明。
1939年11月,JohnVincentAtannsoff与JohnBerry制造了一部16位加数器。
它是第一部用真空管计算的机器。
1939-40年,Schreyer完成了用真空管的10位加数器,以及用氖气灯(霓虹灯)的存贮器。
1941年2月,Zuse完成V3”(后来叫Z3),是第一部操作中可编写程序的计数机。
1943年12月,TommyFlowers与他的队伍,完成第一部“Colossus”,它有2400个真空管用作逻辑部件,5个纸带圈读取器(reader),每个可以每秒工作5000字符。
之后的岁月计算机兴起,计数器基本运用于计算机技术中
本课程设计掌握微弱信号的传送方式,以及接受信号的放大、检波、反向处理、以及传感器知识;
掌握555时基电路构成单稳触发器、多谐振荡器的设计方法;
掌握数字电路计数、译码、显示系统的工作原理及设计方法。
所设计的计数器是采用红外线遮光方式,抗干扰性好,可靠性高。
可用于测量宾馆、饭店、商场、超市、博物馆、展览观、车站、码头、银行等场所的人员数量及人员流通数量,同时丝毫不会侵犯到被测人员的个人隐私。
该产品应用广泛,也可以测量流水线上的产品的数量,以及可检查产品有无缺损。
本电路的指导思想是利用红外发光管发射红外线,红外接收管接收此红外线,并将其放大、整流形成高电平信号。
当有人或物挡住红外光时,接收管没有接收到红外信号,放大器将输出低电平,同时计数器计数这个低电平脉冲,并经译码驱动电路使数码管显示数值。
这样就得到要统计的人或物的数量。
计数范围在0~99之间,如果需要还可扩展。
计数器的用途:
加减计数、定时、分频等功能
二、设计方案
1.总原理设计
利用红外对射管作计数传感器,当有物体通过时光被遮挡住,接收模块输出一个高电平脉冲,对此脉冲进行计数,从而实现对产品的统计。
基于这种光电检测原理,总原理图由光电输入电路、脉冲形成电路和计数与显示电路等组成。
红外线接收电路与计数电路连接,计数电路的输出端与显示电路连接。
2.主要部件分析
A.555芯片
555集成芯片是一种数字、模拟混合型中规模集成电路,它是一种产生时间延迟和多种脉冲信号的电路,内部采用三个5k电阻,故取名555电路。
图1555集成电路
2脚:
触发端(TR),下比较器的输入
3脚:
输出端(Vo),有0和1两种状态由输入端所加的电平决定
4脚:
复位端(MR),加上低电平时可使输出为低电平
5脚:
控制电压端(Vc),可用它改变上下触发电平值
6脚:
阈值端(TH),是上比较器的输入
7脚:
放电端(DIS),它是内部放电管的输出,有悬空和接地两种状态,也是由输入端的状态决定
8脚是电源端,1脚是地端
B.CD40110的功能:
为十进制可逆计数器、锁存器、译码器、驱动器,具有加减计数、计数器状态锁存、七段译码输出等功能。
图2CD40110芯片
C.七段LED数码管
LED数码管实际上是由七个发光管组成8字形构成的,加上小数点就是8个。
这些段分别由字a,b,c,d,e,f,g,vt,dp来表示。
当数码管特定的段加上电压后,这些特定的段就会发亮,以形成我们眼睛看到的字样了。
图3七段led数码管
三、电路设计
本次课程设计的电路图如图4所示:
图4课程设计电路图
四、焊接及调试
焊接步骤
1.预热:
l烙铁头成45度角,顶住焊盘和组件脚。
预先给组件脚和焊盘加热。
l烙铁头的尖部不可顶住PCB无铜皮位置,这样可能将板烧成一条痕迹;
烙铁头最好顺线路方向;
l烙铁头不可塞住过孔;
l预热时间为1-2秒。
2.上锡:
将锡线从组件脚和烙铁接触面处引入;
l锡线熔化时,掌握进线速度;
l当锡散满整个焊盘时,拿开锡线;
l锡线不可直接靠在烙铁头上,以防止助焊剂烧黑;
l整个上锡时间大概为1-2秒。
3.拿开锡线:
l拿开锡线,烙铁头继续放在焊盘上;
时间大概为1-2秒。
4.拿开烙铁:
l当焊锡只有轻微烟雾冒出时候,即可拿开烙铁焊点凝固。
调试:
1)断电检查——硬件电路完成之后,逐个检查焊点,及对照原理图检查硬件电路。
2)按照老师的指标、整个调试过程分层次进行,先调试单元电路,再调试模块电路,最后系统联调。
3)通电检查:
加入正常电压6V,观察各模块工作波形及工作电压有无异常。
4)单元电路调试:
利用信号源或其他实验仪器判断各单元电路的工作状态。
5)整机联调:
从最前端到末级进行统调,检查各级动态信号工作情况,分析是否满足设计要求。
6)先将红外发射管和红外接收管靠近并对准,确保红外接收管能接收到红外发射管发出的红外信号。
接通6V电源后,这时LED发射红外光,而后用手或其他物体挡在两管之间,手晃动时,数码管有指示。
数码管会从1开始计时到99.调试正常后,按下清零按钮,这时,数码管显示“00”,这表示调试结束,可以投入使用。
五、展望
在本次实验中,刚开始的时候,完全按照电路图将所给部件固定在电路板上,因为从电路图上,可以很直观、清晰的展现电路,但在接下来的焊接中,有些部件并非是电路图中看似那样,在用导线连接中,往往交叉重复太多,从而导致整个线路混乱,尤其是在CD40110芯片与七段晶体管的焊接中,两个部件各引脚都必须与其对应的引脚相连,特别容易接错,如何能够既简洁又正确的焊接线路,是需要在焊接前对整个电路及各部件功能结构有详细的了解,合理配置各部件之间的位置关系,对以后类似的实验有很大的帮助。
六、感想
在本次为期一周的课程设计中,通过老师的指导以及自身的努力,充分利用所学的知识,再结合一些课外知识,完全靠自己的能力去解决红外计数器,最终成功的完成了此次的课程设计。
在这一周的实践中,学到了很多:
①首先,在做事情前一定要有一个好的心态。
有些人在实验一开始,或急于求成,在焊接过程中错误连续不断,甚至是开始时没发现错误,到最后想修改都很难。
或无从下手,实验前没有准备,白白浪费了时间。
②其次,初次接触焊接,并初步的掌握了焊接的要点,在焊接中,锡丝的位置很重要,横焊和立焊的选择取决于所焊的部位,个人认为导线连接部件宜采用横焊,固定部件宜采用竖焊。
③最后,独立自主学习是最大的收获,此次课程设计,一些部件是我们在课堂上不曾接触过的,例如,555芯片,CD40110芯片以及七段LED数码管等。
在查阅芯片功能的同时可以了解另外具有相似功能的芯片,增加对芯片认识的范围,同时对设计电路的趣味性有很大的提高,激发自己的动手的积极性。
总的来说,此次从理论走向实践,我们所收获的不仅仅是对所学知识的回顾及运用,还有成功时的那一份喜悦,靠自己的辛劳与汗水获得的成果,是对自己所付出的时间与精力最好的回报。
参考文献:
【1】《红外探测与控制电路》陈永甫人民邮电出版社2005年
【2】NE555时基电路中源单片机网2006年
【3】电工学电工技术秦曾煌高等教育出版社2009年
【4】电工学电子技术秦曾煌高等教育出版社2009年
【5】高频电子线路高等教育出版社2006年
元件清单:
表1元件清单
元件名称
数量
备注
TLN104
1
TLP104
SW-SPST-MOM
弹簧式开关
555定时器
RES
470欧姆
CD40110芯片
2
LED
发光二极管
360欧姆
150K
14
400欧姆
LTS547G
数码管显示器
20K
C
3
0.1微法
导线
若干
单股细单线