毕业设计光电计数器.docx

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毕业设计光电计数器

本科毕业论文（设计）

题目光电计数器

学院XXXXXXXXXXX学院

专业XXXXXXXXXX

年级XXXXX级

学号XXXXXXXXXXXXXXX

姓名XXXX

指导教师XXXXXXXX_

成绩________________

毕业设计（论文）任务书

题目：

光电计数器的设计与制作

专业电子科学与技术学号姓名

主要内容、基本要求、主要参考资料等：

课题意义：

光电计数器的是实际使用电路之一，掌握它的设计与制作，体现主要对模拟、数字电子技术的理解与掌握、及本科毕业设计要求、适应今后的初步科研工作都有重要的意义。

任务内容：

光电计数器的设计与制作。

基本要求：

1、光电转换器件或电路；

2、计数器电路；

3、译码显示电路；

4、有清零、满刻度指示等要求；

5、建议采用大规模集成电路；

6、制作直流电源；

7、通过仿真；

8、实际印制电路板、焊接、调试；

9、编制规范毕业设计文本。

注：

不得采用单片机

相关技术：

模拟、数字电子技术较多内容；

一般电子电路设计方法。

参考文献：

1、学院要求的毕业设计规范

2、模拟、数字电子技术教材，童诗白、康华光编（高教）

3、电子技术课程设计，任为民编电大出版社

完成期限：

指导老师签名：

专业负责人签名：

光电计数器的设计与制作

摘要

如今工业生产的自动化程度在不断提高，对于快速高效的流水线生产中产品计数需要高速精确计数。

由此本文是对光电计数器进行设计研究，采用红外遮光式检测技术对产品进行计数。

利用红外检测技术可以减少对产品的损坏，以及检测产品效率高适用与工业化快速生产。

为了能够对光电计数器的原理详细分析，所以采用逻辑数字电路构建。

对光电计数器的每一步的信号产生和输出都做出详细的分析。

采用CD4510BE芯片构建计数器的计数功能电路，实现计数器的基本计数功能。

采用74HC573芯片和74LS85芯片构建具有存储和比较功能的逻辑电路，从而实现对计数器的计数量程可以手动设定，这样可以提前设定计数量程，当计满量程时计数器停止计数并发出报警信号，该功能可以应用于工业化自动控制。

计数器还增加有定时计数功能，该功能采用NE555芯片和CD4510BE组成的数字逻辑电路，实现具有时钟功能计数可以在规定时间范围内完成计数，该功能可以应用于工业可控制性生产，以及对一些低速转动装置可以测量其转动速率。

关键字红外遮光式检测技术；CD4510BE计数电路；计数量程设定；定时计数

DESIGNANDFABRICATIONOFOPTOELECTRONICCOUNTER

ABSTRACT

Todaythedegreeofautomationinindustrialproductioncontinuestoincrease,forthefastandefficientproductionpipelineproductsneedhigh-speedcountingexactcount.Thusthispaperistoanalyzethephotoelectriccounterdesign,theuseofinfrareddetectortechnologyshadingtheproductcount.Usinginfrareddetectiontechnologycanreduceproductdamageanddetectionproductssuitableforhighefficiencyrapidproductionandindustrialization.Tobeabletoanalyzeindetailtheprinciplesofphotoelectriccounter,sotheuseofdigitallogiccircuitsconstructed.Photoelectriccountersignalgenerationandoutputofeachstephavemadeadetailedanalysis.CD4510BEchipbuiltusingthecounterfunctionofthecircuit,toachievethebasiccountercountingfunction.Using74HC573chipand74LS85chiplogiccircuitsbuiltwithstorageandcomparisonfunctions,enablingthecounterrangecanbesetmanually,soyoucansetthecountrangeinadvance,whenthecountfullscalecounterstopsandanalarmsignal,thefunctioncanbeappliedtoindustrialautomation.CountercountsalsoincreasedonaregularfeaturethatusesdigitallogiccircuitscomposedofNE555chipandCD4510BEachieveaclockcountingfunctioncountcanbecompletedwithinthespecifiedtimeframe,thisfunctioncanbeusedinindustrialproductioncanbecontrolled,aswellassomeofthelow-rotatingmeanswhichcanmeasurethespeedofrotation.

KEYWORDSInfraredShadingDetectionTechniques;CD4510BECountingCircuit;CountRangeSetting;TimerCount

1.绪论

1.1设计的意义

如今社会飞速发展，工业生产快速化，一般采用流水线进行生产作业，而怎样对其线上的产品进行高效的、实时的、精确的自动化计数成为广大生产厂家十分关注的问题。

传统的机械式计数器故障率较高，容易损坏产品，维修比较困难，而设置预定数值不太方便，功能不易更改且功能过于单一，适用范围较窄。

通过技术的改进采用光电技术和电子技术相结合设计光电计数器，该种类计数器实现高效快速、精度高、功耗低、适用范围广。

1.2国内外研究现状

在这信息化时代,是获取信息、处理信息、信息应用的时代。

因此传感技术与检测技术在社会发展中起重要作用，主要在于对信息的获得和对信息进行处理，使得自动化工业快速发展。

光电技术在自动化检测领域得到较好应用。

现在的电子计数器已冲破了早期只能用于测量频率或计数的概念了，而且渗透到各个测量技术领域中成为尖端科技研究、通讯、导航以及精密计量不可缺少的设备。

电子计数器经历电子管、晶体管、集成电路三个阶段的发展。

由于集成电路的快速发展和应用，使得电子计数器采用最先进的电路元件和技术，因此功能和技术指标性得到很大的提高。

目前国外的电子计数器的直接计数能力达到1000MHZ，采用予定标法达1500MHZ，手控外差法达21GHZ，自动外差法达18GHZ，半自动置换振荡器法为40GHZ，自动计算置换法为24GHZ，取样置换法23GHZ，置换外差法26GHZ（加混频器达32GHZ）[1]。

可测得信号不仅是连续波、调幅波、调频波，而且可测脉冲信号、脉冲群和脉冲调制载频。

近年来在电子计数器中引入了计算技术，特别是引入微处理技术，使得电子计数器设计得到重大变革，出现了自动化、可程控的仪器或自动测量系统。

电子计数器除了在性能和功能方面有显著成就外，还由于一些新技术的采用使得成本大大降低。

光电检测技术具有测量精度高、速度快、非接触、频带宽与信息量极大、信息效率极高、以及自动化程度高等突出特点。

由于光电技术的发展，产生了无损检测技术，它主要运用物理学方法如电学、光学和声学等技术对产品进行分析检测，不仅不会破坏样品而且还具有高效、精确性。

光电检测技术也是一种无损检测技术，它在检测过程中不会对样品造成伤害，能够很好的获取样品的信息。

2.设计要求及方案

2.1设计要求

采用集成芯片构建逻辑电路，实现光电检测计数，计数器的计数量程可以在00～99范围内任意设定，当计数量程溢出时计数器停止工作发出报警信号，手动清零清除报警可以重新工作。

实现对低频转动装置进行转速测量。

2.2设计方案

2.2.1设计基本方案

方案采用红外遮光式检测，当物体通过时遮挡红外线将进行计数一次。

红外发射采用红外二极管使用直流电源对二极管供电，接收端使用光敏电阻构建光电转换电路。

光敏电阻在光照条件下阻值减小，无光照时阻值一般在几兆欧，所以采用光敏电阻构建电路可以将红外信号转换为电信号。

将电信号传输到计数芯片的CLK端，这样可以触发计数芯片计数。

将计数芯片输出的二进制信号一部分输入数码管驱动芯片，然后，通过数码管驱动芯片驱动七段LED数码管显示数值。

计数芯片输出的二进制信号另一部分输入比较器输入端，通过比较器与预先设定在锁存器的二进制数值进行比较然后输出比较结果，当比较器大于端输出高电平信号时，将启动报警电路工作并且控制计数芯片的使能端使其停止工作。

时钟电路采用NE555芯片，设计测量低频转速所以对时钟要求一般，NE555产生最高频率约500KHZ可以满足设计要求。

利用时钟定时进行计数，这样可以实现对低频转动装置进行测量转速。

2.2.2设计改进方案

上述方案中存在一定设计缺陷，红外二极管采用直流供电使其发射红外距离较短，所以改进成脉冲方式为红外二极管供电，这样可以增加红外检测距离[2]。

因为增加了检测距离所以接收端的信号有些减弱。

采用光敏三极管替换光敏电阻改进光电转换电路作为接收端，由于红外二极管发出的是脉冲红外信号，所以在光电转换电路中增加了RC低通滤波电路、施密特整形电路，另外还可以消除其他杂光对光电转换电路的干扰，得到理想的检测信号再输入计数器模块。

计数量程模块、定时电路模块、报警指示电路模块采用原设计方案。

对于施密特整形电路采用的方案是选择NE555构建，由于电路时钟应用的是NE555芯片，为减小整体电路芯片型号选择则设计首选NE555芯片。

3.总体方案设计

3.1设计框图

图3-1总设计结构框图

图3-1所示整体电路设计结构图,通过红外检测电路检测是否有物体通过,通过光电转换模块接收检测信号,然后将该信号输入计数器模块电路中。

经过计数器模块电路的处理将信号输入数码管驱动模块电路和计数量程判断模块，当小于计数量程时计数器正常工作报警模块不报警，当大于计数量程时计数器停止计数报警模块发出报警指示。

时钟电路模块产生1HZ的振荡信号为定时电路模块提供时钟信号，定时电路模块产生定时计数输入数码管驱动模块经过数码管显示电路显示定时的时间，当时间到时定时模块将驱动报警模块发出报警信号并驱动计数器模块停止计数。

二进制存储模块是由锁存电路构建的具有数据存储功能，存储预设计数量程二进制数[3]。

3.2各模块具体分析

3.2.1稳压直流电源模块

3.2.1.1稳压直流电源原理分析

220V交流电通过12V变压器转变成12V的交流电，其变压器原理是电磁互感，当变压器一次侧施加交流电压U1，