电子系统课程设计设计报告设计题目：光电计数器小组成员所在学院指导教师年月日目录前言 (2)一、设计任务 (2)二、设计要求及技术指标 (3)三、设计方案比较 (3)四、主要元件介绍 (5)五、电路设计 (10)六、电路焊接与调试、故障分析与解决 (16)七、收获与体会 (17)八、参考文献 (17)九、附仿真图、元件清单和实物图 (17)光电计数器指导教师摘要：数字式电子计数器有直观和计数精确的优点，目前已在各种行业中普遍使用。

数字式电子计数器有多种计数触发方式，它是由实际使用条件和环境决定的。

有采用机械方式的接触式触发的，有采用电子传感器的非接触式触发的，光电式传感器是其中之一，它是一种非接触式电子传感器。

这种计数器在工厂的生产流水线上作产品统计，有着其他计数器不可取代的优点。

该例光电触发式电子计数器只有两位数，但通过级联可以扩展为四位，甚至多位。

本文针对光电计数器的设计要求，翻阅了一些资料，基本能实现其所要求的功能。

关键词：电子计数器计数触发光电式传感器Abstract:Digital electronic counter intuitive and counting accurate advantages, has currently in various industries commonly used. Digital electronic counter have multiple counts, it is triggered by the actual conditions of use and environments. Using the contact of mechanical way, have use trigger non-contact electronic sensors, photoelectric sensor trigger is one of these, it is a kind of non-contact electronic sensors. This counter on the factory production lines for product statistics, has the advantages of other counter irreplaceable. This example photoelectric trigger type electronic counter only two digits, but through the cascade can be extended for four, even more. Aiming at the design requirements of photoelectric counter, looked up some material, basic can realize its the required functions.KEY WORDS: electronic counters counting trigger photoelectric sensor前言在啤酒、汽水和罐头等灌装生产线上，常常需要对随传送带传送到包装处的成品瓶进行自动计数，以便统计产量或为计算机管理系统提供数据。

光电计数器是通过红外线发射和接收进行计数，有直射式和反射式两种，通常用于流水线作业工件计数。

直射式的发射、接收分体，发生器和接收器分别置于流水线两边，中间没有阻挡时发射器的红外线射到接收器，接收器收到发射来的红外线，经相反处理使之没有信号输出，有工件经过时挡住光路，接收机失去红外线信号的便输出一个脉冲信号到运算累加器进行计数。

发射式是发射、接收同体，置流水线一边，前面没有工件往下流时，发射器发出的红外线直接射出没有发射，接收器没有接收到反射来的红外线信号没有输出。

有工件经过时挡住光电路使发射器发出的红外线信号发射到接收器上，接收器接收到反射来的红外线信号便输出一个脉冲信号到运算累加器进行计数。

一、设计任务设计并制作一个光电计数器装置。

二、设计要求及技术指标1．基本部分（1）发光器件和光接收器件之间的距离大于1m；（2）有抗干扰技术，防止背景光或瓶子抖动产生误计数；（3）每计数100，用灯闪烁2s指示一下；（4）LED数码管显示计数值。

2．发挥与扩展部分（1）每计数100，用灯闪烁2s指示一下，同时喇叭发出提示音；（2）设计一个倒计数器。

实现功能实现方法发光器件和光接收器件之间的距离等于3m 采用调制解调管，并且在发送端通过三极管对信号进行放大，接收端用聚光头以达到更好的接受效果有抗干扰技术，防止背景光产生误计数采用180k调制管产生单一频率红外光，接收端采用配套的180k解调管，从而防止了其他频率背景光的干扰。

防止瓶子抖动产生误计数采用施密特反相器对接收端输入信号整形，防止瓶子抖动产生的干扰脉冲带来的错误。

LED数码管显示计数值译码器输入端来自计数器输出端，输出端接到数码管的相应管脚。

每计数100，用灯闪烁2s指示一下，同时喇叭发出提示音单稳态电路产生2s的正脉冲，对方波发生器产生的5Hz和625Hz的信号产生2s的定时作用，分别控制LED发光和蜂鸣器发生。

设计一个倒计数器计数器采用74LS190，可实现加/减计数，只要控制相应管脚即可三、设计方案比较方案一：采用组合逻辑电路和时序逻辑电路实现电路框图如图3-1所示图3-1 方案一电路框图主要设计思路为：没有瓶子挡光时，光接收电路输出低电平，有瓶子挡光时，光接收电路输出高电平。

所以每当有一个瓶子通过时，光电转换电路输出一个正脉冲通过单稳态电路给计数电路，计数电路累加计数。

由于当计数达到99后，若再有瓶子通过，由555组成的单稳态电路便会输出一个持续时间为2s的高电平脉冲，与另一个由555组成的方波发生器电路一起经过一个与门以及三极管驱动后使LED灯闪烁2s，同时蜂鸣器发出响声作为提示音。

方案二：采用单片机编程实现利用单片机外部中断方式，当光电转换电路检测到外界有物体移动时，输出由高电平变为低电平。

将这一负跳变信号传送给单片机可使其产生一次外部中断，进而执行中断中的指令，由中断服务程序控制计数，LED灯闪烁以及蜂鸣器响。

程序流程图如图3-2所示图3-2 方案二电路框图方案比较：方案一采用组合与时序逻辑电路,采用模块化方法设计电路图，易于实现对电路的检查，且制作成本较低。

但其运用了较多的模拟器件，比较容易受到外界的影响。

方案二运用单片机编程，可降低设计电路的周期。

但编程与程序调试过程较为复杂，且购买单片机成本较高。

故综合考虑后，我们决定采用了方案一完成本次课程设计，具体各部分电路图如下文所述。

四、主要元件介绍1.1 74LS19074LS190 为十进制同步加/减计数74LS190。

其管脚图和功能表如图4-1和图4-2所示：图4-1 74LS190 管脚图图4-2 74LS190 功能表74LS190 的预置是异步的，当置入控制端（ LD ）为低电平时，不管时钟CP 的状态如何，输出端（Q0～Q3）即可预置成与数据输入端（D0～D3）相一致的状态。

74LS190 的计数是同步的，靠CP 加在4 个触发器上而实现。

当计数控制端（CT ）为低电平时，在CP 上升沿作用下Q0～Q3同时变化，从而消除了异步计数器中出现的计数尖峰。

当计数方式控制（U /D）为低电平时进行加计数，当计数方式控制（U /D）为高电平时进行减计数。

只有在CP 为高电平时CT 和U /D 才可以跳变。

74LS190 有超前进位功能。

当计数溢出时，进位/错位输出端（CO/BO）输出一个低电平脉冲，其宽度为CP 脉冲周期的高电平脉冲；行波时钟输出端（ RC ）输一个宽度等于CP 低电平部分的低电平脉冲。

利用 RC 端，可级联成N 位同步计数器，当采用并行CP控制时，则将RC 接到后一级CT ；当采用并行CT 控制时，则将RC 接到后一级CP。

我们的设计中也用到了这个功能。

1.2 74LS47译码器74LS47管脚图和功能表如图4-3和图4-4所示：图4-3 74LS47管脚图图4-4 74LS47功能表74LS47是驱动共阳极LED数码管的译码驱动器。

为了直接驱动指示灯，74LS47的输出端是低电平作用的，即输出为0是，对应的字段点亮；输出为1时，对应的字段熄灭。

译码器有4个使能端，灯测试输入LT、静态灭灯输入BI、动态灭零输入RBI、动态灭零输出RBO。

当LT接低电平且BI/RBO端接高电平时，译码器各段输出低电平，数码管七段全亮，因此可利用此端输入低电平对数码管进行测试。

RBI是动态灭零输入使能端，LT=1，RBI =0时，如果输入数码DCBA=0000，译码器各段输出端均为高电平，数码不显示数字，并且灭零输出RBO为0。

利用RBI端，可对无意义的零进行消隐。

BI是静态灭灯输入使能端，它与灭零输出RBO共用一个输出端，当BI=0，不论DCBA为何值状态，译码器各段输出均为高电平，显示器各段均不亮，利用BI可对数码管进行熄灭或工作控制。

RBO是动态灭零输出，当RBI=0，LT=1，DCBA=0000时，表示译码器出于灭零状态，此时BI/RBO为输出端，输出RBO=0。

RBO端的设置主要用于多个译码器级联时，对无意义的零消隐。

1.3 数码管图4-5 数码管管脚图中小型的荧光数码管和发光二极管显示器多采用七段形式显示。

荧光数码管是一种真空管，其外形引脚如上图所示，灯丝兼作阴极，阳极由涂发光物质的材料制成，其形状为a 、b 、c 、d 、e 、f 、g ，七个笔画段构成的8字，也可增加一个点状显示灯表示小数点。

阳极与阴极之间设有栅极，当灯丝加热时发射电子，经加20V 电压的栅极加速后撞击到阳极，如该阳极接有20V 高压则发出荧光；若该阳极未接高压则不发荧光，由此显示相应的字形。

七段发光二极管显示器的原理与荧光显示器相似，用七个发光二极管构成a 、b 、c 、d 、e 、f 、g 七个笔画段，并分为共阳极和共阴极两种连接方法。

共阳极是将七个发光二极管的阳极接在一起并接在正电源上，阴极接到译码器的各输出端，当哪个发光二极管的阴极为低电平时对应的那个发光二极管就导通发光。

共阴极则是将七个发光二极管的阴极联在一起并接地，阳极译码器的各输出端，哪一个阳极为高电平时对应的那个二极管就发光。

我们在实验中用到的是共阳极的数码管，在连接电路的时候将3、8两个管脚都接到正电源上。

1.4集成555定时器集成555定时器的管脚图、内部结构图和功能表如图4-6、图4-7和表4-1所示：图4-6 成555定时器的管脚图 图4-7集成555定时器内部结构图U U7 放电表4-1集成555定时器功能表TH（6）TR（2）R(4) OUT(3) T管D（7）× × L L 导通L＞2/3UDD × H L 导通L＜2/3UDD ＞1/3UDD H 不变不变不变＜2/3UDD ＜1/3UDD H H 截止H 555定时电路由2个比较器、1个基本RS触发器、1个反相缓冲器、1个漏极开路的NMOS管和3个5K的电阻组成分压器组成。