电工课程设计参考模板.doc

Harbin Institute of Technology设计说明书（论文）课程名称： 数字电子技术 设计题目： 光控计数器 院 系： * 班 级： * 设 计 者： * 学 号： * 同 组 人： * 设计时间： 2010年12月 一、设计任务：设计一个利用光线的通断来统计进入实验室人数或清点物品的电路。二、设计要求：1设计两路光控电路，一路放置在门外，一路放置在门里。当有人进入或走出房间时，将先后触发两路光控电路产生脉冲信号。2设计一个加减控制电路，根据光控电路产生脉冲的先后顺序，判断人员是进入房间还是离开房间，从而控制可逆计数器实现加法或减法的操作。要求有人进入时，加法计数；有人离开时，减法计数。3用两片190或两片192设计实现一个29进制的可逆计数器，并用数码管显示计数结果。要求当加法计数至29时，+1，计数器回到00；当减法计数至00时，-1，计数器回到28。三、设计原理：1设计电路图（如图1）：图1 设计电路图2原理分析2.1光控电路部分采用两个开关模拟两个光电管对，平时保持高电平（如图2）。当有人通过，遮住光路时，输出低电平。在实际电路中，对于红外发光二级管，正极接一个510欧姆的限流电阻后接电源，负极接地；对于红外接收管，负极直接接电源，正极接一个3K欧姆的电阻后接地。脉冲信号从电阻上引出。图2光控电路部分2.2脉冲整形部分用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（仿真时为10ms）。目的是将实际中可能不重合的脉冲信号变为重合的信号，同时，由于此触发器不具有重触发的功能，所以此电路还兼有消抖的功能。电路图如图3。图3 脉冲整形部分由光电管产生的脉冲信号由TRI端（555芯片的2号管脚）输入。光电管A、B产生的信号不重合，555输出波形如图4。光电管A、B产生的信号重合，555输出波形如图5。（第一条线为信号A，第二条线为信号B，第三条线为整形后的信号A，第四条线为整形后的信号B）图4 A、B产生的信号不重合 图5 A、B产生的信号重合2.3加减信号产生部分此部分由一个D触发器和一个由两个与非门构成的基本RS触发器及三个与非门构成。（如图6）图6加减信号产生部分A、B分别为经整形后的脉冲信号。与非门C的输出作为计数器74LS192的减计数信号；与非门D的输出作为计数器74LS192的加计数信号。当先通过A再通过B时加计数，输出波形为图7所示。当先通过B再通过A时减计数，输出波形为图8所示。（第一、二条为整形后的脉冲信号，第三、四条为加、减信号。）从图中可以看出，加计数时，加信号在减信号为高时产生一个正脉冲；减计数时，减信号在加信号为高时产生一个正脉冲。所以满足芯片的计数要求，可以正常计数，且计数时不会产生混乱。图7 加计数信号仿真波形图 图8 减计数信号仿真波形图2.4计数及数码管显示部分电路如图9所示。计数部分由两片74LS192异步级联而成。从低位的QA、QB端和高位的QB端经与门引出异步清零信号，实现计数到28时+1回到00。实际中，与门由一个四输入与非门74LS20和一个二输入与非门74LS00构成，仿真中直接使用与门。从高位的QD端经与非门引出异步置数信号，实现计数到00时-1回到28。开关的作用是手动清零功能，可以用一个复位开关实现（实际中是需要时用导线直接接电源），仿真中用一个单刀双掷开关实现，并与异步清零信号经过或门接到74LS192的清零端。显示部分由两个共阳数码管和与其相配的译码器74LS47构成，限流电阻为300欧姆。图9 计数及数码管显示部分三、电路调试在实际电路搭建中，出现的问题主要有三个。其一，低位的74LS192的地线未接，导致计数产生混乱。其二，加计数时会在基本RS触发器的B信号的输入端产生了一个毛刺，产生的原因未知，解决方法是加一个较大的吸收电容，电容为1uF，小电容不能吸收干净。其三，由于是两片计数器是异步级联，所以在计数到20后-1会产生一个瞬间的29信号，此信号会是计数器清零，解决方法是在清零信号端加一个大电容（10uF），吸收这个瞬间的清零信号。四、元件清单所用元件清单如表1所示，另有电容、电阻、导线若干。表1 元件清单编号名称数量1红外线发光二极管22光电二极管2374LS1922474LS741555526共阳数码管2774LS472874LS002974LS201五、课程设计心得体会数字电路的设计是一个有趣的过程，在设计过程中可以提升对数电课上知识的理解，并能将所学用于解决实际问题。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。调试过程中获得的经验是宝贵的，会终生受用。比如说电容，一个小小的电容居然有这么大的作用，以前只知道有去耦这个作用，可是一直没有用过，在这次电路设计中体会到去耦是多么的必要，不加电容，电路就是不好用，加了就好用了。除此之外，电容还可以起到吸收尖峰脉冲的作用，比如本电路中减计数时的紊乱，由于产生了一个不想要的瞬间状态，出现了意外的清零信号，此清零信号就可以用一个电容吸收掉，而不需要改变电路的设计，而且这个意外的清零信号通过改变清零方式是不易消除的，至少我还没有想出来。总之，这次课程设计收获颇丰。最后，感谢齐明老师在电路调试过程中给予的真诚指导和帮助。