数电课程设计

题目：光控计数器。

学院：核工程技术学院。

专业：核技术。

学号：09026103

姓名：史镇玮。

作者（签名）：

完成日期：2024年6月日。

课题名称】光控计数器。

内容摘要】利用光线的通断来统计数目的光控计数器。其主要系统组成为：光电转换模块、整形模块、时序控制模块、计数译码模块和显示模块，通过对光电的转换，由时序逻辑电路控制，达到自动计数的功能。

设计内容及要求】

本设计主要是利用光线的通断来统计计数。要求设计两路光控电路，根据光控电路产生触发脉冲的先后顺序，来判断计数器进行加或减计数，要求计数器的最大计数容量为99，用数码管显示数字，并设置手动复位。

设计原理】1工作原理。

首先由光控电路将接收的光信号转换为电信号，经由555定时器组成的施密特触发器整形和555定时器组成的单稳态触发器触发脉冲，输出计数脉冲信号。再通过计数器和译码器，在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。

2.整个系统组成。

整个系统由五个部分组成：光控电路、触发脉冲、加减计数、显示译码和数码显示，其工作原理框图如下：

3.电路图（见附录）

单元电路设计及原理】

1.光电转换电路。

光电转换电路用于将光信号转换为系统所需的电信号。由于需要进行数目的加和减的运算，此部分需要两个相同的光控电路。每个电路的组成为：一个施密特触发器和单稳态触发器。

当光敏电阻处于光照时，电阻阻值较低，单稳态输出低电平。当遮住第一光敏电阻光时，电阻升高，单稳态触发器输出高，进入暂稳态，维持1.1s

施密特触发器：

一个555定时器芯片、r1、rg（光敏电阻），当rg有光照时，电阻下降。随之，th端电压下降，输出端3口输出高电平。反之，rg弱光时，电阻升高，th端电压升高，3输出低电平。

单稳态触发器：

用555芯片构成单稳触发器，每次触发产生一个1s左右的方波脉冲。当从施密特触发器3输出，单稳态触发器2（tr）输入高电平，3端立刻输出低电平。随之，当2输入低电平，3随即输出高电平。

然而，当2马上输入高电平时，3输出将维持一段时间，进入暂稳态。

维持时间：tw=rc ln3 = 1.1s

2、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，在此选用了一个双d触发器74lsls00芯片来实现。74ls74双d触发器，用于和其它芯片一起构成时序逻辑电路。由于74ls74是上升边沿触发的边沿d触发器，电路结构是维特—阻塞型的，所以又称维特—阻塞触发器。

它要求控制端d的信号应超前cp脉冲上升边沿2tpd1时间建立，并要求在cp脉冲触发边沿到来后继续维持1tpd1时间（此处的tpd1是ttl门的平均传输延迟时间）

当上端3输出由低到高的电平，高电平维持1.1s，在其维持的时间段中，给下端3输入一由低到高的电平，给d触发器cp一上升沿。这是，d触发器工作 q′=d′=0，同时两与非门的输出由低到高变化，给了下一模块一上升沿。

3、计数和译码和显示部分。

计数部分由两片74ls191异步级联而成。译码部分是由两片74ls47来完成，显示部分是由两个共阴极led数码显示管。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。

74ls191

74ls191是集成4位同步二进制加减计数器，可执行十六进制加减法计数及异步置数功能。可通过外电路连接构成其他进制的计数器，本课题连接成十进制计数器。

当14(cp)来上升沿时，191(1)开始计数，分为两种情况，u′/d输入为0，则进行加法计数，u′/d输入为1时，进行减法计数。

同时，2和7接与非门，输出端接置数端ld′和191(2)cp，191(1)的2和7输出1时，(2)cp为0，下一状态为1，上升沿到，进位计数。

74ls47和数码管。

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。当47译码器3端接地，数码管全部显示。

参数计数及器件选择】

1.测量光敏电阻在无光和有光时电阻。第一个，有光，rg=5.

34 kω，无光时，rg=29.8 kω。第二个，有光，rg=6.

1 kω，无光时，rg=34.5 kω。根据1/3rg(无光) ≤r1≤2/3 rg(有光)，选择r1=r3=10 kω

2. 对数码管检测。将数码显示管的的3端接地，用高电平依次接到除8以外的其他端，发现无任何显示。

说明使用的是共阳极数码显示管，应在3脚或8脚加电源（中间接限流电阻）。经再次测试，数码管显示正常。

组装与调试】

整个电路分为三个模块进行组装调试，分析。

1、施密特触发器与单稳态触发器的调试。

按图接好电路，r1选择10kω，接通电源，将3端接到发光二极管。这时，二极管正常发光。当对光敏电阻进行遮光处理，二极管为暗。第二个触发器的调试，同上述操作，r3为10kω。

当施密特触发器正常工作时，在检测单稳态触发器。此时二极管接到3端，二极管为暗。当对光敏电阻进行遮光处理，二极管正常发光，照光后，持续1.

1s。表示单稳态触发器调试良好。第二块单稳态触发器，同上述操作。

2、双d触发器与与非门测试。

d触发器的端输入高电平信号，检测q`=d`。

与非门按有“0必出1，11为零”的原则检测。

检测完成后，将其接入电路。

3、计数和译码和显示部分。

按图连好电路，将第一片191芯片14端输入单脉冲，观察数码管显示结果，当5端输入高电平时为减法，5端输入低电平时为加法，数码管正常计数，说明电路正常。调试完成后，按图将其接入总电路。

报错分析】1、计数部分调试时，发现只有第一个数码管计数，而第二个数码管停止不计。经检测，第二个74ls191芯片没有脉冲输入。由此判断，与非门74ls00芯片，出现问题。

更换后，计数正常。

2.电路连接完成后，只能做减法而不做加法。经调试，发现74ls74芯片出现问题。更换后，计数正常。

3.更换74ls74后，发现计数紊乱。与电路图对照后，发现，没有将74ls74的端接到高电平。

实验结果】整个模块进行调试，对第一模块rg遮光，马上对第二个rg遮光处理，数码显示管按预期的进行1次加法运算。但对第二块rg遮光，马上对第一块rg遮光，则进行2次减法运算。

应用及评估】

现今人们在生活、学习和工作中，经常需要对某种物品进行数量统计。如进出房间的人数统计。常规的机械计数和人工计数不仅麻烦，而且极为浪费时间和资源。

在学习了脉冲数字电路的基础上，本课题所设计的一种利用光线的通断来统计数目的光控计数器，用一种较为简单的设计解决了这一现实问题。而且此产品简单方便，非常易于用于实际生活中，有教高的实用价值。

所需元器件】

试验箱（含面包板） 1块。

555定时器 4片。

74ls74 1片。

74ls00 1片。

74ls191 2片。

74ls47 2片。

数码管 2个。

电阻：10k欧姆 4个。

1k欧姆 2个。

电容：100 f 2个。

0.01f 4个。

心得体会】经过两天的实验，使得在课堂上学习的知识得到巩固，同时增加了对电路的分析，连接，调试，错误分析等能力，思维得到了进一步的升华。

1）做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，由于课本上的知识太多，平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能，在这次课程设计过程中，我们了解了很多元件的功能，并且对于其在电路中的使用有了更多的认识。

2）通过动手实践让我们对各个元件映象深刻。认识**于实践，实践是认识的动力和最终目的，实践是检验真理的唯一标准。

3）调试过程是痛苦的，调试电路是需要非常强的理论作为基础的，但也是最能提升能力的部分，只有通过亲自调试电路，发现电路存在的问题，思考产生的原因，并想办法解决问题，才能加深对自己设计电路的认识。

4）此次课程设计，学到了很多课内学不到的东西，比如独立思考解决问题，出现差错的随机应变，能静下心来，不烦躁去解决问题等都受益非浅。

在整个课程设计当中，深刻体会到设计一个电路的难度。虽然已经有设计总电路图，但实验过程中并不是一帆风顺的，期间遇到过好多问题。但最终通过自己的能力得以解决。

当看到自己的成果时，发现其实课程设计是很有意思的。我们需要认真的去体会实验给我们带来的乐趣。总之，此次课程设计实验，使我受益匪浅。

参考文献】1. 阎石。《数字电子技术基础》.高等教育出版社。

管小明。《数字电子技术基础实验与课程设计》.电子与机械工程学院机电基础教学部。

附录。附：光控计数器电路总图。

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