電工電子技術(shù)課程設(shè)計---紅外自動計數(shù)的模擬裝置

1、<p>　　題目：紅外自動計數(shù)的模擬裝置</p><p>　　班級：10機(jī)設(shè)（2）班</p><p>　　時間：2012.06.04—2012.06.10</p><p>　　電工電子技術(shù)課程設(shè)計任務(wù)書</p><p><b>　　目錄</b></p><p>　　前言………………………

2、……………………………………………………..4</p><p>　　總體方案與原理說明. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ……………….5</p><p>　　橋式整流電路. . . . . . . . . . . . . . . . . . ………………………………………….6</p>

3、<p>　　濾波穩(wěn)壓電路. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . …………......7</p><p>　　VDT紅外發(fā)射，接收電路. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4、 .8</p><p>　　光耦4N25電路 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ……………………………9</p><p>　　脈沖振蕩器ＮＥ５５５．．．．．．．．．．．．．．．………..……………………..．10</p><p>　　CD40110十進(jìn)制加減計數(shù)器／鎖存／七段……………………………

5、……12</p><p>　　LED數(shù)碼管……………………………………………………………………13</p><p>　　總體電路原理相關(guān)說明. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ………15</p><p>　　總體電路原理圖. . . . . . . . . . . . .

6、 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ………….16</p><p>　　元件清單…. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ………….17</p><p>　　參考文獻(xiàn). . . . . . . . . .

7、. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ……………….18</p><p>　　設(shè)計心得體會. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ……………19</p><p><b>　　前言</b&

8、gt;</p><p>　　現(xiàn)在是夏天了，天氣真的很熱。冷飲是很受歡迎的，綠茶，可樂，雪碧等，不知道大家知不知道，冷飲是整箱打包運(yùn)輸?shù)摹Ｔ邶嫶蟮纳a(chǎn)車間，不可能是人工數(shù)瓶子在打包，那樣效率太低了?，F(xiàn)在設(shè)計、制造能夠模擬飲料易拉罐自動計數(shù)且數(shù)顯計數(shù)量的裝置。成產(chǎn)單位常采用如下紅外自動計數(shù)裝置，將裝有飲料的易拉罐放在穿過紅外發(fā)射、接受系統(tǒng)，形成計數(shù)脈沖，然后計數(shù)脈沖電路加工、計數(shù)，在數(shù)顯易拉罐計數(shù)結(jié)果，就知道其生產(chǎn)量

9、。由于工廠的設(shè)備比較復(fù)雜。我們只能模擬。我們可以講紅外發(fā)射、接受系統(tǒng)安裝在萬用板上，二者保持1cm以上的距離。用卡片（VIP ，身份證等）先插入隨即抽出紅外發(fā)射、接收系統(tǒng)中?？ㄆ囊贿M(jìn)一出表示有易拉罐一個一個地穿過紅外線，于是在電路上同樣可形成計數(shù)脈沖。</p><p>　　要求：模擬裝置接入電源，電源指示燈（綠燈）亮?！謩忧辶?，顯示“0 0”?！M易拉罐傳動形成計數(shù)脈沖，計數(shù)脈沖指示燈（黃燈）閃亮?！S著模

10、擬易拉罐穿過紅外收、發(fā)系統(tǒng)的次數(shù)漸增，顯示器依次顯示01，02，03，.....20。一旦計數(shù)達(dá)20，計數(shù)脈沖脈沖形成電路便停止工作。此后沒有計數(shù)脈沖輸出，計數(shù)脈沖指示燈不在閃亮，顯示器也停止在“20”，無論紅外系統(tǒng)內(nèi)有否物件穿插，始終顯示“20”不變，表示此時4計滿一箱?！^續(xù)計數(shù)，必須先清零，顯示“0 0”，方可開始新一輪計數(shù)，知道顯示“20”表明又計滿一箱。必須能如此往復(fù)工作。</p><p><b

11、>　　總體方案與原理說明</b></p><p>　　現(xiàn)在看看作品設(shè)計總體方案</p><p><b>　　圖01 方案框圖</b></p><p>　　我們知道在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)實(shí)驗(yàn)中，主要采用交流電，但是在某些場合，如我們的電子線路和自動控制裝置中就要用電壓非常穩(wěn)定的直流電路。在此，就有要降壓，把交流電整流成直流電，但還

12、是不穩(wěn)定 ，此時要三端集成穩(wěn)壓器7809. 有了穩(wěn)定的電壓之后。通過紅外發(fā)射和接收脈沖和光耦合器件４Ｎ２５，接收到脈沖經(jīng)過ＮＥ５５５以及三極管的處理之后。這種脈沖是不能被LED數(shù)碼管所接收，十進(jìn)制加減計數(shù)器／所存／七段 CD40110就派上用場了。有東西在VDT紅外發(fā)射，接收系統(tǒng)通過時 ，我們就能在ＬＥＤ數(shù)碼管上看到顯示的數(shù)字。這就是該方案的設(shè)計思路。</p><p><b>　　橋式整流電路</

13、b></p><p>　　現(xiàn)在我們來看看IN4007。電壓, Vrrm:1000V 　　電流, If平均:1A 　　正向電壓Vf最大:1.1V 　　電流, Ifs最大:30A 　　封裝形式:DO-41 　　針腳數(shù):2 　　器件標(biāo)記:1N4007 　　封裝類型:DO-41 　　總功率, Ptot:2.5W 　　正向電壓,于If:1.1V 　　電流, Ifsm:30A。特性：正向?qū)妷航档停瑢?dǎo)通電流高，泄露電

14、流低，過載電流高，成本低。</p><p>　　圖02 IN4007的封裝</p><p>　　圖03 橋式整流電路</p><p>　　220V市電經(jīng)過220V/12V變壓器T降壓。在變壓器二次電壓u的正半周時，其極性為上正下負(fù)，即二極管Ｄ１和Ｄ３導(dǎo)通，Ｄ２和Ｄ４截止，這時，負(fù)載上得到一個半波電壓。在變壓器二次電壓u的負(fù)半周時，其極性為上負(fù)下正，即二極管Ｄ１和

15、Ｄ３截止，Ｄ２和Ｄ４導(dǎo)通，這時，負(fù)載上得到一個半波電壓。這就是整流電路。</p><p><b>　　濾波穩(wěn)壓電路</b></p><p>　　圖04 濾波穩(wěn)壓電路</p><p>　　這地方最引人注目的是那個集成芯片，從圖中我們知道它代號W7809，它是W78 ※※系列（輸出固定正電壓），它們有輸入（I）、輸出（O）和地（GND）或調(diào)整（A

16、DJ）三個端子，故稱為三端集成穩(wěn)壓器。</p><p>　　圖05 W7809的穩(wěn)壓電路</p><p>　　使用時只須在其輸入端和輸出端與地端之間個并聯(lián)一個電容即可。輸入和輸出電壓相差不得小于2V,一般在5V左右。對于濾波電容的選取，我們一般要求：RLC≥（3~5）,𝑇/-2.，式中，T是u的周期。在這我還要介紹發(fā)光二極管。普通發(fā)光二極管當(dāng)給這種二極管加2~3V正向電壓

17、，只要有正向電流通過時，他就能能會發(fā)出可見光，通常有紅光，黃光，綠光，藍(lán)光，紫外光等，由于光具有能量的，不同的色光能量所需電壓也是不同的。如紅光時最低需1.6V、發(fā)綠光時需要1.8V 、發(fā)藍(lán)光是需3V。發(fā)光二極管工作電壓低、電流小、發(fā)光穩(wěn)定、體積小，廣泛用于收錄機(jī)、音響設(shè)備以及儀器儀表等工業(yè)產(chǎn)品中。發(fā)光二極管可以用直流、交流、脈沖等電源驅(qū)動點(diǎn)燃。直流驅(qū)動線路，圖中R為限流電阻。改變R的阻值大小，可以改變發(fā)光管的工作電流，從而調(diào)整發(fā)光管的

18、亮度。同時Ｒ能防止發(fā)光二極管因工作電流過大而燒毀。Ｒ的數(shù)值公式估算：Ｒ＝（E-UF）/IF 式中E：電源電壓 ，UF：發(fā)光二極管的正向壓降，IF：工作電流 在本設(shè)計中R=（12-2）/0.25=400 𝛺 在此為了安全，可以取4K7</p><p>　　圖06 LED的限流電阻選取</p><p>　　VDT紅外發(fā)射，接收電路</p><p&g

19、t;　　這是一個比較很關(guān)鍵的部分，紅外發(fā)光二極管，常用的紅外發(fā)光二極管（如SE303.PH303)，其外形和發(fā)光二極管LED相似，發(fā)出紅外光。管壓降約1.4v，工作電流一般小于20mA。為了適應(yīng)不同的工作電壓，回路中常常串有限流電阻（在該電路中是用4K7限流的）。 紅外接收管就是將光信號（不可見光）轉(zhuǎn)換成電信號一般是接收、放大、解調(diào)一體頭，紅外信號經(jīng)接收管解調(diào)后，數(shù)據(jù) “0”和“1”的區(qū)別通常體現(xiàn)在高低電平的時間長短或信號周期上，單片機(jī)

20、解碼時，</p><p>　　圖07 紅外發(fā)射，接受電路</p><p>　　通常將接收頭輸出腳連接到單片機(jī)的外部中斷，結(jié)合定時器判斷外部中斷間隔的時間從而獲取數(shù)據(jù)。重點(diǎn)是找到數(shù)據(jù)“0”與“1”間的波形差別。 紅外線接收管是將紅外線光信號變成電信號的半導(dǎo)體器件，它的核心部件是一個特殊材料的PN結(jié)，和普通二極管相比，在結(jié)構(gòu)上采取了大的改變，紅外線接收管為了更多更大面積的接收入，電流則隨之增

21、大，紅外接收管分兩種，一種是二極管，一種是三極管。</p><p>　　特點(diǎn)：快速響應(yīng)時間 靈敏度比較高 小結(jié)電容 環(huán)保</p><p>　　紅外接收管是一個高速度和高靈敏銷光電二極管在一個標(biāo)準(zhǔn)的3Φ塑料包裝。該設(shè)備是可見光和紅外光譜匹配，一般都是配對于紅外發(fā)射管使用。</p><p><b>　　光耦4N25電路</b></p>

22、<p>　　由英國埃索柯姆(Isocom)公司、美國摩托羅拉公司生產(chǎn)的4N××系列(如4N25 、4N26、4N35)光耦合器，目前在應(yīng)用地十分普遍。光電偶合器件（簡稱光耦）是把發(fā)光器件（如發(fā)光二極體）和光敏器件（如光敏三極管）組裝在一起，通過光線實(shí)現(xiàn)耦合構(gòu)成電—光和光—電的轉(zhuǎn)換器件。當(dāng)電信號送入光電耦合器的輸入端時，發(fā)光二極體通過電流而發(fā)光，光敏元件受到光照后產(chǎn)生電流，CE導(dǎo)通；當(dāng)輸入端無信號，發(fā)光二極

23、體不亮，光敏三極管截止，CE不通。對于數(shù)位量，當(dāng)輸入為低電平“0”時，光敏三極管截止，輸出為高電平“1”；當(dāng)輸入為高電平“1”時，光敏三極管飽和導(dǎo)通，輸出為低電平“ 0”。若基極有引出線則可滿足溫度補(bǔ)償、檢測調(diào)制要求。</p><p>　　圖08 光耦工作原理</p><p><b>　　]</b></p><p>　　脈沖振蕩器ＮＥ５５５&l

24、t;/p><p>　　圖09 脈沖振蕩器555</p><p>　　NE555的特點(diǎn)有： </p><p>　　1.只需簡單的電阻器、電容器，即可完成特定的振蕩延時作用。其延時范圍極廣，可由幾微秒至幾小時之久。 </p><p>　　2.它的操作電源電壓范圍極大，可與TTL，CMOS等邏輯電路配合，也就是它的輸出準(zhǔn)位及輸入觸發(fā)準(zhǔn)位，均能與這些邏

25、輯系列的高、低態(tài)組合。 </p><p>　　3.其輸出端的供給電流大，可直接推動多種自動控制的負(fù)載。 </p><p>　　4.它的計時精確度高、溫度穩(wěn)定度佳，且價格便宜。</p><p>　　5.靜態(tài)電流 最大值 VCC = 5 V, RL = ∞ =6mA VCC =15 V, RL = ∞ =15mA</p><p>　　ne555

26、是一種應(yīng)用特別廣泛作用很大的的集成電路，屬于小規(guī)模集成電路，在很多電子產(chǎn)品中都有應(yīng)用。ne555的作用是用內(nèi)部的定時器來構(gòu)成時基電路，給其他的電路提供時序脈沖。ne555時基電路有兩種封裝形式有，一是dip雙列直插8腳封裝，另一種是sop-8小型（smd）封裝形式。其他ha17555、lm555、ca555分屬不同的公司生產(chǎn)的產(chǎn)品。內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理都相同。ne555的內(nèi)部結(jié)構(gòu)可等效成23個晶體三極管.17個電阻.兩個二極管.組成了比

27、較器.RS觸發(fā)器.等多組單元電路.特別是由三只精度較高5k電阻構(gòu)成了一個電阻分壓器.為上.下比較器提供基準(zhǔn)電壓.所以稱之為555. </p><p>　　Pin 1 (接地) -地線(或共同接地) ，通常被連接到電路共同接地。 </p><p>　　Pin 2 (觸發(fā)點(diǎn)) -這個腳位是觸發(fā)NE555使其啟動它的時間周期。觸發(fā)信號上緣電壓須大于2/3 VCC，下緣須低于1/3 VCC 。 &

28、lt;/p><p>　　Pin 3 (輸出) -當(dāng)時間周期開始555的輸出輸出腳位，移至比電源電壓少1.7伏的高電位。周期的結(jié)束輸出回到O伏左右的低電位。于高電位時的最大輸出電流大約200 mA 。 </p><p>　　Pin 4 (重置) -一個低邏輯電位送至這個腳位時會重置定時器和使輸出回到一個低電位。它通常被接到正電源或忽略不用。 </p><p>　　Pin

29、5 (控制) -這個接腳準(zhǔn)許由外部電壓改變觸發(fā)和閘限電壓。當(dāng)計時器經(jīng)營在穩(wěn)定或振蕩的運(yùn)作方式下,這輸入能用來改變或調(diào)整輸出頻率。 </p><p>　　Pin 6 (重置鎖定) - Pin 6重置鎖定并使輸出呈低態(tài)。當(dāng)這個接腳的電壓從1/3 VCC電壓以下移至2/3 VCC以上時啟動這個動作。 </p><p>　　Pin 7 (放電) -這個接腳和主要的輸出接腳有相同的電流輸出能力，當(dāng)輸

30、出為ON時為LOW，對地為低阻抗，當(dāng)輸出為OFF時為HIGH，對地為高阻抗。 </p><p>　　Pin 8 (V +) -這是555個計時器IC的正電源電壓端。供應(yīng)電壓的范圍是+4.5伏特(最小值)至+16伏特(最大值)。</p><p>　　圖10 NE555的引腳圖</p><p><b>　　參數(shù)功能特性： </b></p>

31、;<p>　　?供應(yīng)電壓4.5-18V </p><p>　　?供應(yīng)電流3-6 mA </p><p>　　?輸出電流225mA (max) </p><p>　　?上升/下降的時間100 ns</p><p>　　圖11 555的內(nèi)部原理圖</p><p>　　CD40110十進(jìn)制加減計數(shù)器／鎖存／七段

32、</p><p>　　圖11 40110譯碼顯示</p><p>　　IC3與IC4與數(shù)碼管組成顯示電路，40110 為十進(jìn)制可逆計數(shù)器/鎖存器/譯碼器/驅(qū)動器，具有加減計數(shù)，計數(shù)器狀態(tài)鎖存，七段顯示譯碼輸出等功能，并能直接驅(qū)動小型七段LED數(shù)碼管，其邏輯見表</p><p>　　圖12 CD40110引腳圖</p><p>　　R（5腳）

33、為清零端，R＝1時，計數(shù)器異步清零。 </p><p>　　CP為時鐘端，CPu（9腳）為加法計數(shù)時鐘，CPD（7腳）為減法計數(shù)時鐘。</p><p>　　Qco（10腳）加計數(shù)進(jìn)位輸出，QBO（11腳）減計數(shù)借位輸出。</p><p>　　TB（4腳）為觸發(fā)器使能端，TE＝0時，計數(shù)器工作，TE＝1時，計數(shù)器處于禁止?fàn)顟B(tài)，即不計數(shù)。</p><

34、p>　　LE（6腳）為鎖存控制端，LE＝1，顯示數(shù)據(jù)保持不變，但它的內(nèi)部計數(shù)器仍正常工作。</p><p>　　a，b，c，d，e，f，g（1，15，14，13，12，3，2腳）為信號輸出端，與七段顯示器連接。</p><p><b>　　圖13 邏輯圖</b></p><p>　　圖14 CD40110邏輯功能表</p>

35、<p><b>　　LED數(shù)碼管</b></p><p>　　將多只LED的陰極連在一起即為共陰式，而將多只LED的陽極連在一起即為共陽式。以共陰式為例，如把陰極接地，在相應(yīng)段的陽極接上正電源，該段即會發(fā)光。當(dāng)然，LED的電流通常較小，一般均需在回路中接上限流電阻。假如我們將"b"和"c"段接上正電源，其它端接地或懸空，那么"b&q

36、uot;和"c"段發(fā)光，此時，數(shù)碼管顯示將顯示數(shù)字“1”。而將"a"、"b"、"d"、"e"和"g"段都接上正電源，其它引腳懸空，此時數(shù)碼管將顯示“2”。</p><p>　　圖15 LED內(nèi)部圖解</p><p>　　總體電路原理相關(guān)說明</p><

37、;p>　　關(guān)于電路的總體設(shè)計，綜合運(yùn)用電工技術(shù)，電子技術(shù)課程（數(shù)電、模電）中的所學(xué)到的理論知識來完成?？梢詮目傮w的電路圖可以看見，電路可以劃分幾個模塊，其實(shí)這也是在電路設(shè)計時的一種技能，擺在面前的龐然大物，我們可以把它拆分成幾小塊，各個擊破。向220V的交流電壓，我們要設(shè)法讓它降壓，降到適合自己實(shí)驗(yàn)的電壓值，這就很容易想到高中物理所學(xué)的表壓器原理。雖然是降壓了，電子電路是要直流的。在運(yùn)用到二極管的單向?qū)ㄐ?，可以整流。整流之后，?/p>

38、那些高頻電壓是有干擾電路的。設(shè)法要把它過濾掉，這正好就用到我們的電工學(xué)的第18章的直流穩(wěn)壓源。發(fā)生信號的和接收信號的是核心之所在。通過卡片的遮擋，讓該電路產(chǎn)生脈沖。脈沖進(jìn)入到NE555中，計數(shù)脈沖發(fā)生器，最長見的多諧振蕩器是用ＮＥ555，它電路結(jié)構(gòu)簡單、性能良好。有了計數(shù)脈沖還得有這個CD40110十進(jìn)制加減計數(shù)器／鎖存／七段。有了它還是沒顯示的，題目是讓我們有顯示，這是LED數(shù)碼管就是可以用上了。這地方還有一個手動清理的按鍵，就是電路

39、圖最下面的那個。這測試的時候注意安全尤其是市電220Ｖ接到變壓器處要用絕緣膠布隔開，還是大電容是有極性的，不要接反了，那樣會爆炸的。在實(shí)</p><p><b>　　總體電路原理圖</b></p><p><b>　　元件清單</b></p><p><b>　　13.參考文獻(xiàn)</b></p&g

40、t;<p>　　王港元主編. 電工電子實(shí)踐指導(dǎo)[M].南昌：江西出版集團(tuán)，江西科學(xué)技術(shù)出版社，2009</p><p>　　秦曾煌,姜三勇,電工學(xué) 電子技術(shù)（第七版 下冊）[M].北京：高等教育出版社,2011</p><p>　　黃智偉 全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽常用電路模塊制作[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2011</p><p>　　劉小偉,

41、 劉宇, 溫培和編著Altium designer 6.0電路設(shè)計實(shí)用教程[M]北京：電子工業(yè)出版社，2009</p><p>　　張義申，陸坤等.電子設(shè)計技術(shù)[M].西安：電子科技大學(xué)出版.1996</p><p>　　李景宏，馬學(xué)文.電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)教程[M].沈陽：東北大學(xué)出版社.2000，</p><p>　　王永軍，李景華編著.數(shù)字邏輯與數(shù)字系統(tǒng)[M].北京：

42、電子工業(yè)出版社，2002</p><p>　　吉祥，易凡編著.電子技術(shù)基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計[M].北京：電子工業(yè)出版社，2002</p><p><b>　　14.設(shè)計心得體會</b></p><p>　　這個課程設(shè)計是這個星期一得到的題目，細(xì)細(xì)看了一下，看了老師給的要求。雖然是題目是自己選。作為我們。平時學(xué)習(xí)主要是課本上的理論知識。這次是要你自

43、己設(shè)計或者說是自己獨(dú)立早資料，自己畫圖。就我自己而言，這是一次很難得的機(jī)會，從中我能學(xué)到很多東西，理論的，能力。我很喜歡著這課程設(shè)計。我初略的想了一下，從星期一得到題，那天上午我就在想，要設(shè)計什么呢！雖然現(xiàn)在百度很牛叉，也有很多實(shí)例。復(fù)制粘貼儼然成為很多大學(xué)生的習(xí)慣性動作。復(fù)制粘貼是很簡單的操作，看題，審題，構(gòu)思，畫草圖。是設(shè)計不可或缺的過程。有些事情是看上去很容易或者說看著別人做很輕松，等到自己要做的話，你會遇到很多問題。這篇設(shè)計課程

44、是電子稿的，那你必須用到一些辦公軟件office。大家不要覺得簡單，里面有好多功能等著你去發(fā)現(xiàn)，我是覺得我對office的了解是又深了一個層次。還有以前是在看　Altium designer 6.9電路設(shè)計實(shí)用視頻教程。看著老師講自己覺得應(yīng)該可以。結(jié)果是等自己真的動手時，問題來了，怎樣添加元件庫，怎樣編輯元件的屬性，怎樣人工補(bǔ)點(diǎn)，怎樣運(yùn)用Altium designer來檢測電路的準(zhǔn)確性，怎樣根據(jù)原理圖生成元件清單等</p>