1、數字電子課程設計報告姓名：嚴俊宇專業：自動化學號：1020620265 機械與電子工程學院 光控計數器一、設計目的： 1. 進一步掌握數字電子技術的理論知識，培養工程設計能力和綜合分析問題、解決問題的能力。 2、掌握常用電子電路的一般設計方法，提高電子電路的設計和實驗能力；3、了解一些中規模集成電路的接線方法；4、熟悉并學會選用電子元器件，為以后從事生產和科研工作打下一定的基礎。二、設計要求：1基本要求（1）要求用數碼管顯示計數結果。（2）可以用GAL設計計數器，也可以使用集成芯片。（3）設有手動復位（清零）。2擴展部分設計兩路光控電路，其輸出能令計數器實現加、減計數。三、實驗儀器和設備：給定

2、主要器件：試驗箱（含面包板） 1塊555 4片 74LS74 1片 74LS191 2片 74LS47 2片74LS00 1片 數碼顯示器 2只 0.01uf電容 4片100uf電容 2只 10k電阻 4支1k電阻 2支四、系統的組成及工作原理：1、整個系統組成：整個系統由五個部分組成：光控電路、觸發脈沖、加減計數、顯示譯碼和數碼顯示，其工作原理框圖如下： 2、工作原理：首先由光控電路將接收的光信號轉換為電信號，經由555定時器組成的施密特觸發器整形和555定時器組成的單穩態觸發器觸發脈沖，輸出計數脈沖信號。再通過計數器和譯碼器，在數碼顯示管上顯示數目的增加或減少，實現自動計數的功能。五、電路

3、設計：元器件介紹： 施密特觸發器 經光電部分出來的波形是不規則的，需要經過施密特觸發器進行整形。在此選用的施密特觸發器74LS04芯片，因此輸出與輸入反相。芯片結構及引腳圖如圖4.1。圖4.1555定時器 555定時器是一種應用極為廣泛的中規模集成電路。它使用靈活、方便，只需外接少量的阻容元件就可以構成單穩、多諧和施密特觸發器，廣泛用于信號的產生、變換、控制和檢測。在此課題中主要是用555定時器構成多諧振蕩器，產生雙D觸發器所需要的時鐘脈沖。其引腳圖及實物圖如圖4.2。 圖4.2 雙D觸發器本課題中選用的是74LS74雙D觸發器，用于和其它芯片一起構成時序邏輯電路。由于74LS74是上升邊沿觸

4、發的邊沿D觸發器，電路結構是維特阻塞型的，所以又稱維特阻塞觸發器。它要求控制端D的信號應超前CP脈沖上升邊沿2Tpd1時間建立，并要求在CP脈沖觸發邊沿到來后繼續維持1Tpd1時間（此處的Tpd1是TTL門的平均傳輸延遲時間）。其中一個D觸發器引腳及74LS74管腳圖結構如圖4.3。 圖4.3 與非門本課題中選用了兩個74LS00芯片和一個74LS20芯片，與雙D觸發器一起構成時序控制電路。其中74LS00芯片結構及引腳圖如圖四。74LS20芯片中為兩個四腳合一與非門。74LS00內部原理及管腳圖如圖4.4。圖4.4加/減計數器因為本課題中需要對人數統計進行加和減的運算，所以在這里選用74LS

5、192可逆計數器。其引腳圖及實物如圖4.5。圖4.5 譯碼器譯碼器用以連接計數器和顯示部分。本課題選用了74ls48芯片作為譯碼器。其引腳圖如4.6所示。 圖4.6數碼管數碼管通常有發光二極管（LED）數碼管和液晶（LCD）數碼管，本設計提供的為LED數碼管（共陰極）。其引腳圖如圖4.7。 圖4.7 單元電路設計光電轉換電路光電轉換電路用于將光信號轉換為系統所需的電信號。由于需要進行數目的加和減的運算，此部分需要兩個相同的光控電路。每個電路的組成為：一個發射管，一個接收管以及一個三極管，同時還有一個20歐姆和一個20K歐姆的電阻。接通電源后，接收管接收到發射管射來的紅外光線。當有人通過兩個二極

6、管間時，三極管電流增大，內阻減小，集電極輸出低電平，送至施密特觸發器。電路圖如圖4.8： 圖4.8時鐘脈沖產生電路對于雙D觸發器所需要的1000Hz的脈沖，由于在本課題中電路對脈沖的精確度要求不是很高而晶體振蕩需要分頻，所以采用了555定時器構成的多諧振蕩器，使其產生需要的方波作為觸發器和計數器的CP脈沖.振蕩器的頻率計算公式為:f=1.43/(R1+2*R2)*C),通過計算選定參數確定了R1取430歐姆,R2取500歐姆,電容取1uF.這樣得到了比較穩定的脈沖。其電路圖如圖4.9所示：圖4.9整形電路 此整形電路由74LS04施密特觸發器完成，對光電轉換電路輸出的脈沖信號進行整形，較為簡單

7、，在此就不贅述。 時序控制電路時序控制電路在本課題中主要用于判斷計數的增加或是減少，在此選用了一個D觸發器、兩個74LS00芯片、一個74LS20芯片來實現。設計思路如下：設初始狀態為0，由光控電路部分產生的兩列脈沖分別為外A，內B。（1） 設置計數器為增加狀態時， 根據實際情況分析出A，B的狀態變化及Q的變化為：110，00，11 ，01，10 如上圖時序邏輯分析圖所示，可得真值表和卡諾圖如下： A B Q1n Q1n+1 Z 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 1 1 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 1 01 1 0 0 01 1 1 1 0BQ1n A

8、000111100000011110 因此，得Q1n+1=AB+AQ1n =（AB）（AQ1n） Y=ABQ1n110，01，00，11，10（2）設置計數器為減少狀態時， 如上圖時序邏輯分析圖所示，可得真值表和卡諾圖如下：A B Q1n Q1n+1 Z 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 0 1 0 01 1 0 0 01 1 1 1 0BQ1n A000111100001110010 因此，得Q2n+1=AB+AQ2n =（AB）（AQ1n）接加法接減法 Y=ABQ2n 因此可得此部分時序邏輯圖，如圖4.10：接555脈沖

9、圖4.10接高電平計數和譯碼和顯示部分 計數和譯碼由兩個個計數器、兩個譯碼器和兩個數碼管來完成，用于接收計數脈沖信號并將其轉化成單獨的信號輸出并顯示。在本課題中選用了74LS192加減計數器、CD4511譯碼器和共陰極LED數碼顯示管，其電路圖如圖4.11：圖4.11此為加減輸入部分，調試時一個接脈沖另一個接高電平！電路總圖：六、安裝與調試：按照電路圖在計算機上進行仿真以后，開始在電路板上連接線路并且焊接。為了更有效的檢測電路連接的正確性，這里采取了邊連接邊測試的方法。總共測試了三個部分：u 計數顯示部分：首先測試了計數顯示部分。連接電源，信號發生器調至輸出適當頻率的脈沖信號，分別接加減輸入端

10、，調試時注意另一端接高電平，數碼管穩定而有序地進行數的加減。u 時鐘脈沖部分：然后進行測試的是時鐘脈沖部分。連接好線路后，連接電源，將555定時器的脈沖輸出接口接入示波器，示波器得到如下波形：u 時序控制電路，本人認為時序控制電路是最難連接的部分，用了很長時間在連接時序控制電路，總共連接了三遍，第一遍就是沒有任何反應，此時可能是因為我本人之前并不認為很難的緣故，連的時候有點粗心，所以直接進行第二遍的連接，這次連的很認真，第二遍加減出現了但一直是加二減二，經過細心檢查未果，然后又找了新的面包板，在新的面包板上連接，最后才按照規律進行著加減。u 光電轉換部分：在這里并未連接出光電轉換，而是用單刀雙

11、擲開關代替。連接好的電路如下圖所示：七、實驗數據和結果分析：實驗數據：經反復對光敏電阻匹配，R1與R3均設為68K。結果分析：1、數碼管檢測無任何顯示，對74LS47的3端接地，發現數碼管也無任何顯示。由于使用的是對數碼管為7447（共陽極），應在3腳和8腳加電源（中間接限流電阻）。2、單穩態觸發器3端輸出，光敏電阻進行光照和遮光處理時，發光二極管反應不明顯。調節R1，最終達到反應靈敏狀態。3、連好電路后，連接電源處理時。發現每當負極接地時，試驗箱的所有發光的二極管的亮度減半，光控計數電路不工作。經指導發現面包上的正負極相連，將電源和地都確認可靠接電源和地后，解決該問題。4、檢測施密特和單穩態

12、構成的模塊，每當對光敏電阻遮光和光照處理，單穩態3端輸出延遲時間過短，還沒來得及給第二個施密特和單穩態模塊處理，上面的高電平已經轉變。分析：延遲時間有R2和C3電容控制，將C3由68uF換成100uF時，延時顯著。5、整個模塊進行調試，對第一模塊RG遮光，馬上對第二個RG遮光處理，數碼顯示管進行2次加法運算。但對第二塊RG遮光，馬上對第一塊RG遮光，則按預期的進行1次減法運算。八、心得體會： 通過本次數電課程設計，印象最深的是要設計一個成功的電路，必須要有一個好的設計。設計思路是最重要的，只要設計思路是成功的，那設計已經成功了一半。其次還要有耐心，要有堅持的毅力。在整個電路的設計過程中，花費時間最多的是時序控制電路的連接及電路的細節設計上，時序控制電路所用到的六個與非門，僅僅在兩片芯片上，連接時要特別注意分清各個管腳。經過查找資料并仔細比較分析其原理以及可行的原因，使整個電路可穩定工作。實習過程中，我深刻的體會到在設計過程中，需要反復實踐，其過程很可