光电计数器优秀课件.ppt

光光光光电计电计电计电计数器数器数器数器第1页，本讲稿共30页一、设计任务一、设计任务 设计并制作一个光电计数器装置。设计并制作一个光电计数器装置。二、设计要求及技术指标二、设计要求及技术指标1基本部分基本部分（1）发光器件和光接收器件之间的距离大于）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；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）每计数100，用灯闪烁，用灯闪烁2s指示一下；指示一下；（4）LED数码管显示计数值。数码管显示计数值。2022/10/212第2页，本讲稿共30页2发挥与扩展部分发挥与扩展部分（1）发光器件和光接收器件之间的距离大于）发光器件和光接收器件之间的距离大于2m；（2）每计数每计数100，用灯闪烁，用灯闪烁2s指示一下，同时喇叭发出提指示一下，同时喇叭发出提示音；示音；（3）设计一个倒计数器）设计一个倒计数器。2022/10/213第3页，本讲稿共30页三、设计流程三、设计流程设设设设计计计计要要要要求求求求方方方方案案案案比比比比较较较较电电电电路路路路设设设设计计计计电电电电路路路路仿仿仿仿真真真真绘绘绘绘原原原原理理理理图图图图器器器器件件件件采采采采购购购购硬硬硬硬件件件件实实实实现现现现整整整整机机机机调调调调试试试试指指指指标标标标测测测测试试试试编编编编撰撰撰撰报报报报告告告告成成成成果果果果答答答答辩辩辩辩2022/10/214第4页，本讲稿共30页选择方案选择方案设计单元电路设计单元电路选择元器件选择元器件计算参数计算参数画出总体电路图初稿画出总体电路图初稿审图审图仿真和实验仿真和实验画出正式的总体电路图画出正式的总体电路图电路设计过程。电路设计过程。电路设计过程。电路设计过程。2022/10/215第5页，本讲稿共30页四、设计方案选择时注意事项四、设计方案选择时注意事项 要有全局观点，抓住主要矛盾，有时局部方案为最要有全局观点，抓住主要矛盾，有时局部方案为最优，但优，但系统方案系统方案系统方案系统方案不一定不一定是最佳的。是最佳的。在方案选择时要考虑诸多因素，不仅要考虑方案在方案选择时要考虑诸多因素，不仅要考虑方案是否可行，还要考虑怎样保证是否可行，还要考虑怎样保证性能可靠性能可靠，如何降低成本，如何降低成本，降低功耗，减小体积等许多实际的问题。降低功耗，减小体积等许多实际的问题。2022/10/216第6页，本讲稿共30页五、设计单元电路的一般方法和步骤五、设计单元电路的一般方法和步骤根据设计要求和已选定的总体方案的原理框图，根据设计要求和已选定的总体方案的原理框图，确定对各单电路的设计要求，必要时应详细拟订主要单确定对各单电路的设计要求，必要时应详细拟订主要单元电路的性能指标，与前后级之间的关系，分析电路的元电路的性能指标，与前后级之间的关系，分析电路的构成形式。构成形式。注意各单元电路之间的相互配合注意各单元电路之间的相互配合，输入注意，输入注意各部分信号、输出信号和控制信号的关系。尽量少用或各部分信号、输出信号和控制信号的关系。尽量少用或不用电平转换之类的接口电路，以简化电路结构，降低不用电平转换之类的接口电路，以简化电路结构，降低成本。成本。2022/10/217第7页，本讲稿共30页 拟订好各单元电路的要求后，应全面检查一拟订好各单元电路的要求后，应全面检查一 遍，确定无误后方可遍，确定无误后方可按信号流程顺序或从难到易或从易按信号流程顺序或从难到易或从易到难顺序到难顺序分别设计各单元电路。分别设计各单元电路。选择单元电路的组成形式。选择单元电路的组成形式。广泛查阅资料广泛查阅资料，从已掌握的知识和了解的各种电路中选择一个合适的从已掌握的知识和了解的各种电路中选择一个合适的电路。电路。2022/10/218第8页，本讲稿共30页六、元器件选择六、元器件选择 一般优先选用集成电路一般优先选用集成电路。集成电路的品种很多，选。集成电路的品种很多，选用方法一般是用方法一般是“先粗后细先粗后细”，即先根据总体方案考虑性能、即先根据总体方案考虑性能、价格等因选用某种型号的集成电路。价格等因选用某种型号的集成电路。可参照下表可参照下表1-1 CMOS产品产品TTL产品产品高速高速中速中速甚高速甚高速同一种功能的数字电路同一种功能的数字电路2022/10/219第9页，本讲稿共30页对器件性能的要求对器件性能的要求推荐器件推荐器件工作频率工作频率其它要求其它要求产品种类产品种类不高（例不高（例5MHZ下）下）使用方便、成本低、不易损使用方便、成本低、不易损坏坏肖特基低功耗肖特基低功耗TTL高（例高（例30MHZ）高速高速TTL较低（例较低（例1MHZ以下）以下）功耗小或输入电阻大，或抗功耗小或输入电阻大，或抗干扰容限大，或高低电平一干扰容限大，或高低电平一致性好致性好普通普通CMOS较高较高高速高速CMOS表表1-12022/10/2110第10页，本讲稿共30页阻容元件的选择阻容元件的选择电阻的选择：电阻的选择：（）频率不高并需要一定功率时可（）频率不高并需要一定功率时可用线绕电阻器（如右图）。用线绕电阻器（如右图）。（）高频电路中要选用分布参数（）高频电路中要选用分布参数很小的非线绕电阻器（如右图）。很小的非线绕电阻器（如右图）。（）如果对电阻器无特殊要求，（）如果对电阻器无特殊要求，一般选用通用型标准系列电阻器，一般选用通用型标准系列电阻器，经济又方便。经济又方便。2022/10/2111第11页，本讲稿共30页电容的选择电容的选择：电容器的主要技术参数电容器的主要技术参数标称容量和允许偏差标称容量和允许偏差额定工作电压额定工作电压绝缘电阻绝缘电阻能量损耗能量损耗使用环境温度和温度系使用环境温度和温度系数数工作频率范围工作频率范围 再考虑其它再考虑其它选用时选用时首先考虑首先考虑其次考虑其次考虑2022/10/2112第12页，本讲稿共30页器件的选择器件的选择二极管的选择：二极管的选择：根据不同的用途选择好二极管的类型，如光敏二根据不同的用途选择好二极管的类型，如光敏二极管、整流二极管、检波二极管、变容二极管、开关极管、整流二极管、检波二极管、变容二极管、开关二极管、发光二极管等。此外还要注意不同用途的二二极管、发光二极管等。此外还要注意不同用途的二极管对哪些参数要求严格。极管对哪些参数要求严格。2022/10/2113第13页，本讲稿共30页七、审图注意事项七、审图注意事项 从全局出发，检查总体方案是否合适，有无问题，从全局出发，检查总体方案是否合适，有无问题，是否有更佳方案。是否有更佳方案。检查各单元电路是否正确，电路形式是否适。检查各单元电路是否正确，电路形式是否适。模拟电路各电路之间的耦合方式有无问题，数字模拟电路各电路之间的耦合方式有无问题，数字电路各单元电路之间的电平、时序等配合有无问题，逻辑电路各单元电路之间的电平、时序等配合有无问题，逻辑关系是否正确，是否存在竞争冒险。关系是否正确，是否存在竞争冒险。2022/10/2114第14页，本讲稿共30页检查电路中有无繁琐之处，是否可简化。检查电路中有无繁琐之处，是否可简化。根据图中所出的各元器件的型号、参数，验算能根据图中所出的各元器件的型号、参数，验算能否达到性能指标，有无恰当的裕量。否达到性能指标，有无恰当的裕量。要特别注意检查电路图中各元器件工作是否安全，要特别注意检查电路图中各元器件工作是否安全，是否工作在额定值范围内。是否工作在额定值范围内。解决所发现的全部问题后，若改动较多，应复查解决所发现的全部问题后，若改动较多，应复查一遍。一遍。2022/10/2115第15页，本讲稿共30页八、总体方案设计八、总体方案设计根据电子系统任务要求，可以考虑多种设计方根据电子系统任务要求，可以考虑多种设计方案，权衡各方面的利弊，并从中选择一种方案实施。案，权衡各方面的利弊，并从中选择一种方案实施。考虑的因素诸如：抗干扰能力；元器件的来源、价考虑的因素诸如：抗干扰能力；元器件的来源、价格、体积大小及性能；设计工作量；以往在这方面格、体积大小及性能；设计工作量；以往在这方面的经验和熟悉程度。的经验和熟悉程度。关键任务回顾：关键任务回顾：(1)(1)光的发射与接收；光的发射与接收；(2)(2)根据接收到的光信号变化进行自动计数。根据接收到的光信号变化进行自动计数。2022/10/2116第16页，本讲稿共30页.方案一方案一光源光接收信号处理计数显示图图1 方案一电路系统框图方案一电路系统框图(1)方案一电路系统框图方案一电路系统框图2022/10/2117第17页，本讲稿共30页（）方案一工作原理（）方案一工作原理在实际的啤酒等灌装生产线上，当瓶子从光源和在实际的啤酒等灌装生产线上，当瓶子从光源和光接收器之间通过时，通过光电转换将光的变化转换光接收器之间通过时，通过光电转换将光的变化转换成输出电压的变化，把输出电压的变化转换成计数脉成输出电压的变化，把输出电压的变化转换成计数脉冲后，就可以实现自动计数。冲后，就可以实现自动计数。（）方案一的特点（）方案一的特点全部功能通过硬件实现，不需编程。全部功能通过硬件实现，不需编程。2022/10/2118第18页，本讲稿共30页（）方案一主要参考元器件（）方案一主要参考元器件红外发送接收器件、红外发送接收器件、555555定时电路、定时电路、74007400四四2 2输入与非门、输入与非门、7416074160计数器、计数器、74477447显示译码器、显示译码器、共阳极七段数码管、三极管、发光二极管、电阻、共阳极七段数码管、三极管、发光二极管、电阻、电容等。电容等。2022/10/2119第19页，本讲稿共30页5毫米高效率红外发毫米高效率红外发射射LED 1.31.3V V2020毫安毫安发射发射1010米米光敏二极管光敏二极管2 2CUCU2022/10/2120第20页，本讲稿共30页LED数码管2022/10/2121第21页，本讲稿共30页可编程逻辑器件可编程逻辑器件2022/10/2122第22页，本讲稿共30页语音提示模块语音提示模块2022/10/2123第23页，本讲稿共30页.方案二方案二(1)方案二电路系统框图方案二电路系统框图光源光源光接收光接收可编程可编程逻辑器件逻辑器件数码显示数码显示图图2 方案二电路系统框图方案二电路系统框图2022/10/2124第24页，本讲稿共30页（）方案一工作原理（）方案一工作原理 在实际的啤酒等灌装生产线上，当瓶子从光源在实际的啤酒等灌装生产线上，当瓶子从光源和光接收器之间通过时，通过光电转换将光的变化转和光接收器之间通过时，通过光电转换将光的变化转换成输出电压的变化，经过可编程逻辑器件实现自动换成输出电压的变化，经过可编程逻辑器件实现自动计数。计数。2022/10/2125第25页，本讲稿共30页（）方案二的特点（）方案二的特点 系统由软硬件共同实现，通过编程可随意增加系统由软硬件共同实现，通过编程可随意增加功能，控制灵活。功能，控制灵活。（）方案二主要参考元器件（）方案二主要参考元器件 红外发送接收器件、可编程逻辑器件、数红外发送接收器件、可编程逻辑器件、数码管、发光二极管等。码管、发光二极管等。2022/10/2126第26页，本讲稿共30页 调调试试过过程程是是发发现现错错误误、改改正正错错误误的的过过程程。能能够够越越早早地地发发现现错错误误，纠纠正正它它的的代代价价就就越越小小。错错误误可可以以分分为为：系系统统方方案错误；系统设计错误；系统实现错误。案错误；系统设计错误；系统实现错误。系系统统方方案案错错误误是是致致命命的的，如如果果在在制制作作后后期期才才发发现现它它，几乎就没有挽救的办法。几乎就没有挽救的办法。为为避避免免方方案案错错误误，在在设设计计前前要要进进行行周周密密的的方方案案论论证证。这这时时要要查查找找大大量量的的文文献献资资料料，必必要要时时开开发发部部分分原原型型或或进进行行计算机模拟。计算机模拟。九、调试九、调试九、调试九、调试2022/10/2127第27页，本讲稿共30页 系统设计错误系统设计错误通常意味要对物理线路作较大的改动。通常意味要对物理线路作较大的改动。一是使用计算机对电路进行模拟，例如验证滤波器的一是使用计算机对电路进行模拟，例如验证滤波器的特性，而且模拟的结果为物理线路的调试提供了参考依据。特性，而且模拟的结果为物理线路的调试提供了参考依据。另一个是使用可编程逻辑器件，如另一个是使用可编程逻辑器件，如GAL，这样在发现这样在发现错误时只要重新改变编程，不需要做大的改动。错误时只要重新改变编程，不需要做大的改动。例如，器件选择错误，在高速应用中使用了低速器件；例如，器件选择错误，在高速应用中使用了低速器件；元件参数计算错误，以致达不到预定的指标。这些都是设元件参数计算错误，以致达不到预定的指标。这些都是设计上的错误。在这里采用两种手段来减少设计错误，或减计上的错误。在这里采用两种手段来减少设计错误，或减少设计错误造成的影响。少设计错误造成的影响。2022/10/2128第28页，本讲稿共30页 系统实现错误系统实现错误主要是器件接线错误或工作点设置主要是器件接线错误或工作点设置错误。查找实现错误时可以根据模拟的结果进行对照错误。查找实现错误时可以根据模拟的结果进行对照调试，或由电路的因果关系确定故障的位置。调试，或由电路的因果关系确定故障的位置。2022/10/2129第29页，本讲稿共30页十、参考文献十、参考文献十、参考文献十、参考文献11高高吉吉祥祥电电子子技技术术基基础础实实验验与与课课程程设设计计北北京京：电电子子工业出版社，工业出版社，20022002年年22彭彭介介华华电电子子技技术术课课程程设设计计指指导导北北京京：高高等等教教育育出出版社，版社，19971997年年33毕满清电子技术实验与课程设计北京：机械工业毕满清电子技术实验与课程设计北京：机械工业出版社，出版社，2001年年 2022/10/2130第30页，本讲稿共30页