1、 摘 要報(bào)警器的應(yīng)用非常廣泛。在汽車(chē)、摩托車(chē)報(bào)警器，倉(cāng)庫(kù)大門(mén)，以與家庭保安系統(tǒng)中，幾乎無(wú)一例外地使用了報(bào)警器電路。本文設(shè)計(jì)了一種光電式報(bào)警器，該報(bào)警器通過(guò)感光器件把光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，控制數(shù)碼管的顯示以與報(bào)警電路。利用了部分?jǐn)?shù)字邏輯電路，能在報(bào)警過(guò)程中實(shí)現(xiàn)對(duì)應(yīng)路數(shù)的顯示功能。設(shè)計(jì)電路中用到了光耦、或門(mén)等元器件。該報(bào)警器的設(shè)計(jì)采用模塊化結(jié)構(gòu)，有三個(gè)模塊即光電轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)字顯示模塊以與聲光報(bào)警模塊組成。各模塊功能獨(dú)立，可擴(kuò)充性強(qiáng)，很有經(jīng)濟(jì)利用價(jià)值。光電報(bào)警器的使用簡(jiǎn)單，可靠性高，與傳統(tǒng)的報(bào)警器相比較，光電報(bào)警器可應(yīng)用的圍更加地廣泛,它可應(yīng)用于傳統(tǒng)報(bào)警器不能應(yīng)用的圍，如火災(zāi)探測(cè)、煤氣泄露報(bào)警、交流電

2、流越限報(bào)警、玻璃破碎探測(cè)等。關(guān)鍵詞：光耦;或門(mén);光電轉(zhuǎn)換;數(shù)字顯示;聲光報(bào)警 ABSTRACTAlarm is widely used in daily life. It almost without exception used the alarm circuit in the automotive, motorcycle alarm, warehouse doors and home security systems.This article has designed a photoelectric alarm that through the light-sensitive d

3、evice to convert light into electrical signals to control the digital display and alarm circuits. Using some of the digital logic circuits, it can correspond to large ones to achieve the alarm during the display. Design circuit used in optical coupler and or gate component, and so on. The alarm was

4、designed with modular structure.There are three modules that photoelectric conversion module and digital display module and the sound and light alarm module. The functions of each module are independent, and it has wonderful scalability and great economic value. Photoelectric alarms is usedsimply, a

5、nd it high reliability.Compared to the traditional alarm, photoelectric alarm is more applicable to wide range.It can be used in the traditional range of alarm can not be applied, such as fire detection, gas leakage alarm, AC current-limit alarm, glass break detection and so on. Key words: optical c

6、oupler;or gate; photoelectric conversion;digital display ; acousto-optic alarm朗讀顯示對(duì)應(yīng)的拉丁字符的拼音字典 - 查看字典詳細(xì)內(nèi)容Author : Sun Haoming Guiding Teacher : bu neng shuo2 / 33目 錄摘要11 引言22 設(shè)計(jì)要求12.1基本設(shè)計(jì)要求12.2提高要求13 基本要求電路的實(shí)現(xiàn)13.1系統(tǒng)工作原理與其組成13.2設(shè)計(jì)方案比較和選擇13.3元器件介紹33.4單元模塊93.4.1 光電轉(zhuǎn)換模塊93.4.2數(shù)字顯示模塊93.4.3聲光報(bào)警模塊113.5

7、電路總體設(shè)計(jì)134 提高要求電路的實(shí)現(xiàn)14.1系統(tǒng)工作原理與其組成14.2元器件介紹14.3單元模塊44.3.1計(jì)數(shù)器模塊設(shè)計(jì)44.3.2數(shù)字顯示模塊54.4電路總體設(shè)計(jì)55 電路的焊接與調(diào)試15.1 焊接注意要點(diǎn)15.2 調(diào)試要點(diǎn)15.2.1基本設(shè)計(jì)電路調(diào)試15.2.2提高設(shè)計(jì)電路調(diào)試25.2.3兩個(gè)電路的調(diào)試要點(diǎn)26 總結(jié)1致2參考文獻(xiàn)3附錄一4附錄二51引言報(bào)警器分為機(jī)械式報(bào)警器和電子報(bào)警器。經(jīng)常應(yīng)用于系統(tǒng)故障、安全防、交通運(yùn)輸、醫(yī)療救護(hù)、應(yīng)急救災(zāi)、感應(yīng)檢測(cè)等領(lǐng)域。隨著社會(huì)科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，人們對(duì)報(bào)警器的性能提出了越來(lái)越高的要求。傳統(tǒng)的報(bào)警器通常采用觸摸式、開(kāi)關(guān)報(bào)警器等。這類(lèi)報(bào)警器具有

8、性能穩(wěn)定、實(shí)用性強(qiáng)等特點(diǎn)，但是也具有應(yīng)用圍窄等缺點(diǎn)，而且安全性能也不是很好。本次課程設(shè)計(jì)的題目是“光電報(bào)警器”，光電報(bào)警就很好的改善了這些方面。如今，光電報(bào)警器已經(jīng)廣泛應(yīng)用到工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、自動(dòng)化儀表、醫(yī)療電子設(shè)備等領(lǐng)域本實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)借助于模擬電路和數(shù)字邏輯電路，采用模塊化的設(shè)計(jì)思想，使設(shè)計(jì)變得簡(jiǎn)單、方便、靈活性強(qiáng)。電路簡(jiǎn)單容易實(shí)現(xiàn)，工作穩(wěn)定，因此得到了廣泛的應(yīng)用。在當(dāng)今高速發(fā)展的社會(huì)中，入室盜竊率的不斷提高。家，學(xué)校宿舍，辦公室的財(cái)產(chǎn)安全存在很多的隱患，當(dāng)家中無(wú)人或僅有老人孩子在家或者在家熟睡，必須確保家庭成員和財(cái)產(chǎn)的安全。眾多住宅小區(qū)，學(xué)校宿舍，辦公室的安防主要是依靠安裝防盜門(mén)、防盜窗以與人工防

9、來(lái)實(shí)現(xiàn)的。這樣不僅有礙美觀，而且還不能有效地防止小偷的侵入，而光電報(bào)警器就可很好解決這個(gè)問(wèn)題。并且本人在高中時(shí)目睹了教師辦公室的防盜網(wǎng)被鋸開(kāi)，電腦與貴重物品丟失的情況，所以從這件事切身地認(rèn)識(shí)到了傳統(tǒng)防盜措施是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，現(xiàn)在可以在窗戶(hù)和門(mén)上安上這種光電報(bào)警器，這樣可以更有效地防盜，并且還可以通過(guò)無(wú)線(xiàn)主機(jī)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，減少不少物力和財(cái)力，它可廣泛地應(yīng)用于智能化小區(qū),宿舍，辦公室，金融部門(mén)的儲(chǔ)蓄網(wǎng)點(diǎn),寫(xiě)字樓,倉(cāng)庫(kù),企事業(yè)單位等分散營(yíng)業(yè)場(chǎng)所的安全防中。2 設(shè)計(jì)要求2.1基本設(shè)計(jì)要求1.設(shè)計(jì)雙光路結(jié)構(gòu)，當(dāng)任一光路被遮擋時(shí)，報(bào)警器發(fā)出間歇式聲光報(bào)警。2.數(shù)碼管顯示被遮擋的路數(shù)，無(wú)遮擋時(shí)數(shù)碼管顯0，1路

10、被遮擋時(shí)數(shù)碼管顯1，2路被遮擋時(shí)數(shù)碼管顯2，同時(shí)被遮擋時(shí)數(shù)碼管顯3。3電壓為5V。主要參考元件：光耦（H92B4）對(duì)管，555，74LS32，CD4511，數(shù)碼管 ，蜂鳴器，發(fā)光二極管。2.2提高要求1.設(shè)計(jì)兩位數(shù)碼顯示計(jì)數(shù)器，對(duì)報(bào)警的次數(shù)計(jì)數(shù)，并且數(shù)碼顯示。2.具有清零功能。3.電壓為5V。參考元件：74160, CD4511, 數(shù)碼管，按鍵開(kāi)關(guān)，二極管（IN4148）。3 基本要求電路的實(shí)現(xiàn)3.1系統(tǒng)工作原理與其組成本設(shè)計(jì)首先接通電源通過(guò)光耦將光信號(hào)轉(zhuǎn)化成電信號(hào)。輸出的信號(hào)通過(guò)74LS247譯碼器使共陽(yáng)數(shù)碼管顯示不同的數(shù)字，通過(guò)74LS32或門(mén)驅(qū)動(dòng)555定時(shí)器構(gòu)成的多諧振蕩電路使蜂鳴器和發(fā)

11、光二極管發(fā)出間歇式聲光報(bào)警。光控電路光控電路顯示譯碼數(shù)碼顯示觸發(fā)信號(hào)多諧振蕩聲光報(bào)警 圖3-1 工作原理框圖3.2設(shè)計(jì)方案比較和選擇  方案一：接通電源通過(guò)對(duì)管的發(fā)送和接收，輸出高低電平，通過(guò)CD4511譯碼器使LED顯示不同的數(shù)字，再由74LS32或門(mén)和555多諧振蕩器來(lái)實(shí)現(xiàn)有選擇的間歇式光電報(bào)警器。圖3-2當(dāng)接通電源的時(shí)候，發(fā)光管發(fā)出紅外光，接收管導(dǎo)通，從A點(diǎn)輸出低電平，當(dāng)有東西遮在兩個(gè)管子中間時(shí)，接收管斷開(kāi)，從A點(diǎn)輸出高電平，見(jiàn)圖3-2。方案二：接通電源通過(guò)光耦的導(dǎo)通和斷開(kāi)，輸出高低電平，通過(guò)CD4511譯碼器使LED顯示不同的數(shù)字，再由74LS32或門(mén)和555多諧振

12、蕩器來(lái)實(shí)現(xiàn)有選擇的間歇式光電報(bào)警器。圖3-3當(dāng)接通電源的時(shí)候，光耦部的光敏三極管導(dǎo)通，從B點(diǎn)輸出低電平，當(dāng)有東西遮在光耦的U型槽中時(shí)，光敏三極管斷開(kāi)，從B點(diǎn)輸出高電平，見(jiàn)圖3-3。比較上述兩種方案，都是將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)輸出高低電平，經(jīng)過(guò)譯碼器驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示不同的數(shù)字，同時(shí)通過(guò)輸出的高低電平經(jīng)或門(mén)來(lái)控制555構(gòu)成的多諧振蕩器。主要不同之出就在于光電轉(zhuǎn)換電路的選擇，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)檢測(cè)第一種方案輸出的高電平比較低，致使數(shù)碼管的亮度不是很高，要加個(gè)放大電路才能增加數(shù)碼管的亮度，而第二種方案卻不用加放大電路。雖然光耦的成本比對(duì)管高一些，但是實(shí)驗(yàn)電路和步驟較簡(jiǎn)單，而且光耦的發(fā)射和接收都在一個(gè)器件中靈敏度比對(duì)

13、管要高，綜合來(lái)看，選擇第二種方案。3.3元器件介紹 1 光耦（H92B4）：光耦合器（optical coupler，英文縮寫(xiě)為OC）亦稱(chēng)光電隔離器，簡(jiǎn)稱(chēng)光耦。光耦合器以光為媒介傳輸電信號(hào)。它對(duì)輸入、輸出電信號(hào)有良好的隔離作用，所以，它在各種電路中得到廣泛的應(yīng)用。目前它已成為種類(lèi)最多、用途最廣的光電器件之一。光耦合器一般由三部分組成：光的發(fā)射、光的接收與信號(hào)放大。輸入的電信號(hào)驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管（LED），使之發(fā)出一定波長(zhǎng)的光，被光探測(cè)器接收而產(chǎn)生光電流，再經(jīng)過(guò)進(jìn)一步放大后輸出。這就完成了電光電的轉(zhuǎn)換，從而起到輸入、輸出、隔離的作用。由于光耦合器輸入輸出間互相隔離，電信號(hào)傳輸具有單向性等特點(diǎn)，因而具

14、有良好的電絕緣能力和抗干擾能力。又由于光耦合器的輸入端屬于電流型工作的低阻元件，因而具有很強(qiáng)的共模抑制能力。所以，它在長(zhǎng)線(xiàn)傳輸信息中作為終端隔離元件可以大大提高信噪比。在計(jì)算機(jī)數(shù)字通信與實(shí)時(shí)控制中作為信號(hào)隔離的接口器件，可以大大增加計(jì)算機(jī)工作的可靠性。光耦合器的主要優(yōu)點(diǎn)： 信號(hào)單向傳輸，輸入端與輸出端完全實(shí)現(xiàn)了電氣隔離隔離，輸出信號(hào)對(duì)輸入端無(wú)影響，抗干擾能力強(qiáng)，工作穩(wěn)定，無(wú)觸點(diǎn)，使用壽命長(zhǎng)，傳輸效率高。光耦合器是70 年代發(fā)展起來(lái)產(chǎn)新型器件，現(xiàn)已廣泛用于電氣絕緣、電平轉(zhuǎn)換、級(jí)間耦合、驅(qū)動(dòng)電路、開(kāi)關(guān)電路、斬波器、多諧振蕩器、信號(hào)隔離、級(jí)間隔離、脈沖放大電路、數(shù)字儀表、遠(yuǎn)距離信號(hào)傳輸、脈沖放大、固

15、態(tài)繼電器(SSR)、儀器儀表、通信設(shè)備與微機(jī)接口中。在單片開(kāi)關(guān)電源中，利用線(xiàn)性光耦合器可構(gòu)成光耦反饋電路，通過(guò)調(diào)節(jié)控制端電流來(lái)改變占空比，達(dá)到精密穩(wěn)壓目的。十幾年來(lái)，新型光耦合器不斷涌現(xiàn)，滿(mǎn)足了各種光控制的要求。其應(yīng)用圍已擴(kuò)展到計(jì)測(cè)儀器，精密儀器，工業(yè)用電子儀器，計(jì)算機(jī)與其外部設(shè)備、通信機(jī)、信號(hào)機(jī)和道路情報(bào)系統(tǒng)，電力機(jī)械等領(lǐng)域。這里側(cè)重介紹該器件的工作特性，驅(qū)動(dòng)和輸出電路與部分實(shí)際應(yīng)用電路。近年來(lái)問(wèn)世的線(xiàn)性光耦合器能夠傳輸連續(xù)變化的模擬電壓或模擬電流信號(hào)，使其應(yīng)用領(lǐng)域大為拓寬。下面分別介紹光耦合器的工作原理與檢測(cè)方法。光耦原理圖見(jiàn)圖3-4。本次實(shí)驗(yàn)提供的光耦的型號(hào)為H92B4，該光耦是由發(fā)光二

16、極管和光敏三極管構(gòu)成的，有4個(gè)管腳。當(dāng)光敏三極管接收到二極管發(fā)射的光時(shí)，其工作在飽和導(dǎo)通狀態(tài)，當(dāng)光敏三極管無(wú)法接收到二極管發(fā)射的光時(shí)，三極管工作在截止?fàn)顟B(tài)。1和4 腳接電源，并要加限流電阻。圖3-42.或門(mén)（74LS32） 74LS32管腳圖如圖3-5所示3Y3A3B4Y4A4BVCC1 142 133 124 115 106 97 81A1B1Y2AGND2Y2BINPUTS OUTPUTA B YH X HX H HL L L 圖3-6 74LS32的真值表圖3-5：74LS32管腳圖74LS32為四2輸入或門(mén)實(shí)現(xiàn)邏輯為：Y=A+B其中A，B為輸入端，Y為輸出端，GND為電源負(fù)極，VCC為

17、電源正極3.譯碼器（74LS247） 74LS247管腳圖如圖3-7所示：A0 A1 A2 A3 LT RB1a b c d e f g RB0/B0 7 1 2 6 3 5 13 12 11 10 9 15 14 4圖3-7：74LS247管腳圖74LS247為BCD七段譯碼器/驅(qū)動(dòng)器，低電平時(shí)有效。集電極開(kāi)路輸出直接驅(qū)動(dòng)顯示器；有燈測(cè)試裝置；前沿/后沿零熄滅；能調(diào)節(jié)燈光強(qiáng)度；耐壓為15V。譯碼顯示電路如下：實(shí)現(xiàn)1端和7端為低電平時(shí)，數(shù)碼管顯示0；1為高電平7為低電平時(shí)，數(shù)碼管顯示1；1為低電平7為高電平時(shí)，數(shù)碼管顯示2；1為高電平7同時(shí)為高電平時(shí)，數(shù)碼管顯示3。 74LS247是一款低電平

18、驅(qū)動(dòng)的數(shù)字譯碼芯片，輸出有效點(diǎn)位為低電平，可以配上共陽(yáng)的數(shù)碼管，我們也可以選著74LS48高電平驅(qū)動(dòng)的和共陰數(shù)碼管，更具自己的喜好選著不同芯片，本為采用的是74LS247。芯片74LS247動(dòng)共陰數(shù)碼管的譯碼器，所以在共陽(yáng)數(shù)碼管之前要加8個(gè)100歐的電阻，以保護(hù)數(shù)碼管不被燒壞，倘若數(shù)碼管顯示的過(guò)與亮了就要增大電阻的阻值。4.數(shù)碼管數(shù)碼管分為共陽(yáng)數(shù)碼管和共陰數(shù)碼管。發(fā)光原理是一樣的，只是它們的電源極性不同而已。7段LED數(shù)碼管在一定形狀的絕緣材料上，利用單只LED組合排列成“8”字型的數(shù)碼管，分別引出它們的電極，點(diǎn)亮相應(yīng)的點(diǎn)劃來(lái)顯示出0-9的數(shù)字。LED的電流通常較小，一般均需在回路中接上限流電

19、阻。圖3-8為數(shù)碼管的部結(jié)構(gòu)。圖3-8：數(shù)碼管部結(jié)構(gòu)本次畢業(yè)設(shè)計(jì)使用的為共陽(yáng)數(shù)碼管。共陽(yáng)數(shù)碼管在應(yīng)用時(shí)應(yīng)將公共極COM接到+5V，當(dāng)某一字段發(fā)光二極管的陰極為低電平時(shí)，相應(yīng)字段就點(diǎn)亮。當(dāng)某一字段的陰極為高電平時(shí)，相應(yīng)字段就不亮。5555定時(shí)器(1)555 定時(shí)器是一種模擬和數(shù)字功能相結(jié)合的中規(guī)模集成器件。一般用雙極性工藝制作的稱(chēng)為 555，用 CMOS 工藝制作的稱(chēng)為 7555，除單定時(shí)器外，還有對(duì)應(yīng)的雙定時(shí)器 556/7556。555 定時(shí)器的電源電壓圍寬，可在 4.5V16V 工作，7555 可在 318V 工作，輸出驅(qū)動(dòng)電流約為 200mA，因而其輸出可與 TTL、CMOS 或者模擬電路

20、電平兼容。555定時(shí)器電路是一種中規(guī)模集成定時(shí)器，目前應(yīng)用十分廣泛。通常只需外接幾個(gè)阻容元件,就可以構(gòu)成各種不同用途的脈沖電路,如多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器以與施密特觸發(fā)器等。555定時(shí)電路有TTL集成定時(shí)電路和CMOS集成定時(shí)電路,它們的邏輯功能與外引線(xiàn)排列都完全一樣。 雙極型產(chǎn)品型號(hào)最后數(shù)碼為555，CMOS型產(chǎn)品型號(hào)最后數(shù)碼為7555。圖3-9為555定時(shí)器的部結(jié)構(gòu)與引腳排列。引腳排列圖3-9 555定時(shí)器部結(jié)構(gòu) (2)555的工作原理它含有兩個(gè)電壓比較器，一個(gè)基本RS觸發(fā)器，一個(gè)放電開(kāi)關(guān)T，比較器的參考電壓由三只5K的電阻器構(gòu)成分壓，它們分別使高電平比較器C1同相比較端和低電平比較器C2

21、的反相輸入端的參考電平為2/3Vcc和1/3Vcc。C1和C2的輸出端控制RS觸發(fā)器狀態(tài)和放電管開(kāi)關(guān)狀態(tài)。當(dāng)輸入信號(hào)輸入并超過(guò)2/3Vcc時(shí)，觸發(fā)器復(fù)位，555的輸出端3腳輸出低電平，同時(shí)放電，開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通；當(dāng)輸入信號(hào)自2腳輸入并低于1/3Vcc時(shí)，觸發(fā)器置位，555的3腳輸出高電平，同時(shí)放電，開(kāi)關(guān)管截止。是復(fù)位端，當(dāng)其為0時(shí)，555輸出低電平。平時(shí)該端開(kāi)路或接Vcc。Vco是控制電壓端（5腳），平時(shí)輸出2/3Vcc作為比較器A1的參考電平，當(dāng)5腳外接一個(gè)輸入電壓，即改變了比較器的參考電平，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出的另一種控制，在不接外加電壓時(shí)，通常接一個(gè)0.01F的電容器到地，起濾波作用，以消除外來(lái)的干

22、擾，以確保參考電平的穩(wěn)定。T為放電管，當(dāng)T導(dǎo)通時(shí)，將給接于腳7的電容器提供低阻放電電路.(3)555電路的引腳功能觸發(fā)閾值復(fù)位IS放電端輸出>H導(dǎo)通LH原狀態(tài)×H截止H××L導(dǎo)通L 圖3-10：555電路的引腳功能圖555 定時(shí)器成本低，性能可靠，只需要外接幾個(gè)電阻、電容，就可以實(shí)現(xiàn)多諧振蕩器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器與施密特觸發(fā)器等脈沖產(chǎn)生與變換電路。555 定時(shí)器的功能主要由兩個(gè)比較器決定。兩個(gè)比較器的輸出電壓控制 RS 觸發(fā)器和放電管的狀態(tài)。在電源與地之間加上電壓，當(dāng) 5 腳懸空時(shí)，則電壓比較器 A1 的反相輸入端的電壓為 2VCC /3，A2 的同相輸入端的電壓

23、為VCC /3。若觸發(fā)輸入端 TR 的電壓小于VCC /3，則比較器 A2 的輸出為 1，可使 RS 觸發(fā)器置 1，使輸出端 OUT=1。如果閾值輸入端 TH 的電壓大于 2VCC/3，同時(shí) TR 端的電壓大于VCC /3，則 A1 的輸出為 1，A2 的輸出為 0，可將 RS 觸發(fā)器置 0，使輸出為 0 電平。6. 蜂鳴器的結(jié)構(gòu)原理蜂鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器，采用直流電壓供電，廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、報(bào)警器、電子玩具、汽車(chē)電子設(shè)備、機(jī)、定時(shí)器等電子產(chǎn)品中作發(fā)聲器件。蜂鳴器在電路中用字毒“H”或“HA”（舊標(biāo)準(zhǔn)用“FM”、“LB”、“JD”等）表示。多諧振蕩器由晶體管或集成電

24、路構(gòu)成。當(dāng)接通電源后（1.515V直流工作電壓）,多諧振蕩器起振,輸出1.52.5kHZ的音頻信號(hào)，阻抗匹配器推動(dòng)壓電蜂鳴片發(fā)聲。壓電式蜂鳴器 壓電式蜂鳴器主要由多諧振蕩器、壓電蜂鳴片、阻抗匹配器與共鳴箱、外殼等組成。多諧振蕩器由晶體管或集成電路構(gòu)成。當(dāng)接通電源后（1.515V直流工作電壓）,多諧振蕩器起振,輸出1.02.5kHZ的音頻信號(hào)，阻抗匹配器推動(dòng)壓電蜂鳴片發(fā)聲。壓電蜂鳴片由鋯鈦酸鉛或鈮鎂酸鉛壓電瓷材料制成。在瓷片的兩面鍍上銀電極，經(jīng)極化和老化處理后，再與黃銅片或不銹鋼片粘在一起。3.4單元模塊3.4.1 光電轉(zhuǎn)換模塊光電轉(zhuǎn)換的電路見(jiàn)圖3-11。由于發(fā)光二極管的工作電壓大約在2.5V左

25、右，工作電流大約在4到10mA左右，并且電源電壓為5V，所以R3=（5V-2.5V）/（4mA10mA）=250625，設(shè)計(jì)中選了240限流電阻，選510限流電阻也可。三極管有放大作用，所以集電極的電流較大，所以要加一個(gè)阻值較大的電阻R4作為限流電阻，因此選擇了20K電阻。當(dāng)接通電源的時(shí)候，發(fā)光管發(fā)光，光敏三極管的基極電流增加，發(fā)射結(jié)的電壓增大，當(dāng)之超過(guò)三極管的導(dǎo)通電壓（一般為硅管為0.7V，鍺管為0.3V左右）時(shí)，三極管就會(huì)導(dǎo)通，當(dāng)基極電流繼續(xù)增加時(shí)，三極管會(huì)飽和導(dǎo)通，此時(shí)三極管相當(dāng)于工作在開(kāi)關(guān)的閉合狀態(tài)，B點(diǎn)相當(dāng)于直接接地，所以B點(diǎn)輸出為低電平“0”。當(dāng)一旦有東西遮在發(fā)光管和光敏三極管中間

26、時(shí)，三極管的發(fā)射結(jié)電壓降低，達(dá)不到它的導(dǎo)通電壓，三極管截止，此時(shí)相當(dāng)于工作在開(kāi)關(guān)的斷開(kāi)狀態(tài)，B點(diǎn)電勢(shì)接近電源電壓即為高電平“1”。 R424kLED2R324kLED1R1510R2510圖3-11光電轉(zhuǎn)換圖3.4.2數(shù)字顯示模塊3-12數(shù)字顯示模塊電路圖此模塊由74LS247與共陽(yáng)數(shù)碼顯示器組成，74LS247驅(qū)動(dòng)共陽(yáng)數(shù)碼顯示器工作。74LS247的2，6腳因無(wú)輸入，故接低電平，3，4，5腳接高電平，而1,7腳則與光電轉(zhuǎn)換模塊中光敏三極管輸出的連接。此時(shí)74LS32正常工作，驅(qū)動(dòng)共陽(yáng)數(shù)碼顯示器工作，以顯示數(shù)字0到3。8300×7141591011121345316VCC LT RB

27、I BI aA4 b cA3 74LS247 dA1 eA0 f g GND6217+5V顯示電路選擇74LS247和共陰7段LEDS譯碼管。連接圖見(jiàn)圖3-13圖3-13 74LS247與共陰數(shù)碼管的圖輸 入輸 出 0 1 0 0 0 0 0 0 0 8 0 1 1 1 1 1 1 1 全滅1 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 滅01 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 01 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 1 1 11 1 0 0 1 0 0 0 1 0 0 1 0 21 1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 0 31 1 0 1 0 0 1

28、0 0 1 1 0 0 41 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 0 0 51 1 0 1 1 0 0 1 0 0 0 0 0 61 1 0 1 1 1 0 0 0 1 1 1 1 71 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 81 1 1 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 9圖3-14 74LS48引腳功能 圖3.3.2 74LS48引腳功能 顯示74LS247引腳功能表（圖3-14）七段譯碼驅(qū)動(dòng)器功能表譯碼顯示電路如下：實(shí)現(xiàn)1端和7端為低電平時(shí)，數(shù)碼管顯示0；1為高電平7為低電平時(shí)，數(shù)碼管顯示1；1為低電平7為高電平時(shí)，數(shù)碼管顯示2；1為高電平7同時(shí)為高電平時(shí)，數(shù)碼管顯示

29、3。 74LS247是一款低電平驅(qū)動(dòng)的數(shù)字譯碼芯片，輸出有效點(diǎn)位為低電平，可以配上共陽(yáng)的數(shù)碼管，我們也可以選著74LS48高電平驅(qū)動(dòng)的和共陰數(shù)碼管，更具自己的喜好選著不同芯片，本為采用的是74LS247。 芯片74LS247動(dòng)共陰數(shù)碼管的譯碼器，所以在共陽(yáng)數(shù)碼管之前要加8個(gè)100歐的電阻，以保護(hù)數(shù)碼管不被燒壞，倘若數(shù)碼管顯示的過(guò)與亮了就要增大電阻的阻值。3.4.3聲光報(bào)警模塊3-15根據(jù)設(shè)計(jì)要求要發(fā)出間歇式的聲光報(bào)警，聲音報(bào)警選擇蜂鳴器，光報(bào)警選擇發(fā)光二極管。要能發(fā)出間歇式的報(bào)警，肯定要求驅(qū)動(dòng)蜂鳴器和發(fā)光二極管的信號(hào)為穩(wěn)定的方波，即為有固定周期的高低電平，所以采用由555構(gòu)成的多穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。間

30、歇式報(bào)警的周期可以根據(jù)555多穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器周期的算法 T=0.7*（R5+2R6）*C1.但是周期選擇得太大的話(huà)，間歇的時(shí)間太長(zhǎng)，周期太小的話(huà)，人耳無(wú)法感覺(jué)出有間歇，一般人耳的間歇感知度為0.1s，所以R5、R6選得大一點(diǎn)分別取200k和100k，C1適中取1uF，間歇報(bào)警的周期為0.7*（200k+100 k*2）*1uF=0.28s,頻率約為1/0.28s=3.5Hz。電容C2是用來(lái)濾波的，所以選得小一點(diǎn)更有利于將交流引入，因而取C2=0.01uF。由于設(shè)計(jì)的要有時(shí)需要報(bào)警電路工作，有時(shí)不需要報(bào)警，所以可以用前級(jí)電路的輸出電平來(lái)控制555定時(shí)器的復(fù)位端即4端口。當(dāng)4端輸入高電平的時(shí)候，聲光報(bào)

31、警器工作；當(dāng)輸入低電平的時(shí)候，聲光報(bào)警器不工作。3.5電路總體設(shè)計(jì)3-15電路總體設(shè)計(jì)電路圖見(jiàn)圖3-15。根據(jù)設(shè)計(jì)要求沒(méi)有光路被遮擋時(shí)數(shù)碼管顯示0，光路1被遮擋時(shí)數(shù)碼管顯示1，光路2被遮擋時(shí)數(shù)碼管顯示2，兩條光路都被遮擋時(shí)數(shù)碼管顯示3，所以可以得到一真值表見(jiàn)表3-16。表3-16DADBAB0000010110101111根據(jù)真值表可以得到DA=AB+AB=A，DB=BA+BA=B，所以直接將A與DA相連，B與DB相連即可。當(dāng)兩條光路中有一條或全部被遮擋住時(shí)，就發(fā)出聲光報(bào)警，即兩條光路中只要有一條輸出為“1”時(shí)555的4端口就輸入“1”，可以根據(jù)此要求列出真值表見(jiàn)表3-17。表3-17ABC0

32、00011101111根據(jù)真值表可得C=A+B，所以在A、B與C之間用或門(mén)74LS32來(lái)連接。綜上所述，電路設(shè)計(jì)完畢。4 提高要求電路的實(shí)現(xiàn)4.1系統(tǒng)工作原理與其組成計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)計(jì)數(shù)脈沖顯示譯碼數(shù)碼顯示圖4-1每當(dāng)來(lái)一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖時(shí)，計(jì)數(shù)器計(jì)一次數(shù)，并將結(jié)果輸出給顯示譯碼器，譯碼器輸出“1”有效，來(lái)驅(qū)動(dòng)共陰數(shù)碼顯示器工作，計(jì)數(shù)器計(jì)一次數(shù)，計(jì)數(shù)圍是099，并且電路具有清零功能，當(dāng)按鍵開(kāi)關(guān)按下時(shí)，即給計(jì)數(shù)器異步清零。4.2元器件介紹1集成計(jì)數(shù)器74LS160本次設(shè)計(jì)所用集成芯片為異步清零同步預(yù)置四位8421碼10進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器74LS161，集成芯片的各功能端如圖所示，其功能見(jiàn)附表。1 2345678

33、9101112131474LS160RDCPD1GNDEPVCCD01516D2D3LDETQ3Q2Q1Q0CORD LD ET EP CP D3 D2 D1 D0 Q3 Q2 Q1 Q0 0 × × × × × × × × 0 0 0 0 1 0 × × D C B A D C B A 1 1 0 × × × × × × 保 持 1 1 × 0 × × × × × 保 持 1

34、 1 1 1 × × × × 計(jì) 數(shù)74LS160功能表圖4-274LS160為異步清零計(jì)數(shù)器，即端輸入低電平，不受CP控制，輸出端立即全部為“0”，功能表第一行。74LS160具有同步預(yù)置功能，在端無(wú)效時(shí)，端輸入低電平，在時(shí)鐘共同作用下，CP上跳后計(jì)數(shù)器狀態(tài)等于預(yù)置輸入DCBA，即所謂“同步”預(yù)置功能（第二行）。和都無(wú)效，ET或EP任意一個(gè)為低電平，計(jì)數(shù)器處于保持功能，即輸出狀態(tài)不變。只有四個(gè)控制輸入都為高電平，計(jì)數(shù)器（161）實(shí)現(xiàn)模10加法計(jì)數(shù)，Q3 Q2 Q1 Q0=1001時(shí)，RCO=1。2譯碼驅(qū)動(dòng)器CD4511圖4-3所示為CD4511引腳圖。

35、其中DA-DD為BCD碼輸入端；OA-OG為譯碼輸出端，輸出“1”有效，來(lái)驅(qū)動(dòng)共陰數(shù)碼管；=0時(shí)，譯碼輸出全為“1”；為消隱輸入端，=0，譯碼輸出全為“0”；LE為鎖定端，LE=1時(shí)譯碼器處于鎖定（保持）狀態(tài)，譯碼輸出保持在LE=0時(shí)的數(shù)值，LE=0為正常譯碼。CD4511接有上拉電阻，故只需要在輸出端于數(shù)碼管管腳端之間串入限流電阻即可工作。譯碼器還有拒偽碼功能，當(dāng)輸入超過(guò)1001時(shí)，輸出全為“0”，數(shù)碼管熄滅。圖4-3 CD4511引腳圖 3.觸發(fā)器74LS7474LS74是邊沿型雙D觸發(fā)器，時(shí)鐘CP上升沿有效，即觸發(fā)器初態(tài)和次態(tài)按CP的上升沿劃分。74LS74的引腳如圖4-4，D觸發(fā)器功能

36、見(jiàn)附表。圖4-44.與非門(mén)74LS00是四2輸入與非門(mén)4-54.3單元模塊4.3.1計(jì)數(shù)器模塊設(shè)計(jì)圖4-6圖4-6第一片的進(jìn)位輸出C作為第二片的EP和ET輸入，每當(dāng)?shù)谝黄?jì)成9（1001）時(shí)C變?yōu)?，下個(gè)CLK信號(hào)到達(dá)時(shí)第二片為計(jì)數(shù)工作狀態(tài)，計(jì)入1，而第一片計(jì)成0（0000），它的C端回到低電平。第一片的EP和ET恒為1，始終處于計(jì)數(shù)工作狀態(tài)。4.3.2數(shù)字顯示模塊圖4-7此模塊由CD4511與共陰數(shù)碼顯示器組成，CD4511驅(qū)動(dòng)共陰數(shù)碼顯示器工作。只要將計(jì)數(shù)器的輸出接到CD4511的BCD碼輸入端，即能驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示（注意高地位）4.4電路總體設(shè)計(jì)圖4-8電路總體設(shè)計(jì)如圖4-8根據(jù)設(shè)計(jì)要求，

37、每當(dāng)來(lái)一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖時(shí)，計(jì)數(shù)器計(jì)一次數(shù)，計(jì)數(shù)圍是099，并且電路具有清零功能，當(dāng)按鍵開(kāi)關(guān)按下時(shí)，即給計(jì)數(shù)器異步清零?？紤]到計(jì)數(shù)器位數(shù)只有2位，所以增加了一個(gè)模塊，當(dāng)計(jì)數(shù)到超過(guò)99次以后，該模塊點(diǎn)亮綠色發(fā)光二極管做指示燈，清零后二極管也會(huì)熄滅。即由74LS00與74LS74構(gòu)成的部分。制作過(guò)程中由于門(mén)延時(shí)的影響導(dǎo)致了發(fā)光二極管不能正常點(diǎn)亮與熄滅，為不增加使用元器件，所以多加了兩級(jí)與非門(mén)解決這個(gè)問(wèn)題。5 電路的焊接與調(diào)試5.1 焊接注意要點(diǎn)由于本次的設(shè)計(jì)是按照不同的模塊來(lái)分別設(shè)計(jì)的，所以在焊接的時(shí)候也應(yīng)該按照不同的模塊來(lái)焊接和安裝。每焊接完一個(gè)模塊都要進(jìn)行調(diào)試，只有當(dāng)調(diào)試結(jié)果對(duì)了，才能進(jìn)行下一步的焊

38、接工作。不要把所有的電路全部焊接完了再進(jìn)行調(diào)試，否則如果出現(xiàn)問(wèn)題將會(huì)很難查出來(lái)，而且還會(huì)給修改電路帶來(lái)不必要的麻煩。焊接前要根據(jù)電路在電路板上對(duì)元器件進(jìn)行合理的布局。焊接過(guò)程中要注意焊接的操作要點(diǎn)和注意點(diǎn)。芯片的管腳要正確讀取，接電源的管腳和接地的管腳不搞反了。萬(wàn)能板上的電源線(xiàn)和地線(xiàn)要分清楚，焊接時(shí)千萬(wàn)不要搞錯(cuò)了。當(dāng)用到導(dǎo)線(xiàn)時(shí)，線(xiàn)要盡量地貼板走。在焊接芯片插座與其它電路時(shí)，一定要將芯片從插座上拔離，防止燒壞芯片。焊接完后的長(zhǎng)出來(lái)的管腳和導(dǎo)線(xiàn)一定要全部剪掉，以防相互碰到造成電路的混亂。安裝元器件時(shí)，尤其是芯片的安裝一定要注意芯片管腳和插座管腳要相互對(duì)應(yīng)起來(lái)，不要插反了。有些元器件有正負(fù)兩端，有些

39、有三個(gè)端比如三極管，要知道如何正確讀取其管腳。數(shù)碼管的兩個(gè)公共端要分別接電阻后再接地，不要把兩個(gè)公共端連在一起共用一個(gè)限流電阻。5.2 調(diào)試要點(diǎn)5.2.1基本設(shè)計(jì)電路調(diào)試調(diào)試用到的儀器有：數(shù)字萬(wàn)用表、5V直流穩(wěn)壓電源。調(diào)試分模塊進(jìn)行調(diào)試：第一步 將光電轉(zhuǎn)換部分焊接完畢后，接通電源，用數(shù)字萬(wàn)用表分別測(cè)試擋光和不擋光A、B兩點(diǎn)的電壓，第一次測(cè)試結(jié)果是擋光和不擋光的電壓值都一樣，這說(shuō)明電路出現(xiàn)了問(wèn)題，關(guān)閉電源，用萬(wàn)用表的蜂鳴檔檢查電路是否有短路和斷路的地方，結(jié)果沒(méi)有，然后又檢查了是否將電路焊錯(cuò)了，器件管腳是否搞錯(cuò)了，仔細(xì)一檢查才發(fā)現(xiàn)是將光耦中光敏三極管的發(fā)射極和集電極搞反了，將電路改正后再次用萬(wàn)用表

40、測(cè)試，結(jié)果是不擋光時(shí)A=B=0.25V，擋光時(shí)A=B=4.7V，符合高低電平的要求，可以焊接下一個(gè)模塊。第二步 將數(shù)碼顯示部分的譯碼器和數(shù)碼管焊接完畢后，一接通電源，數(shù)碼管就顯示0，用紙片遮擋住光路1，數(shù)碼管顯示1，遮擋住光路2，數(shù)碼管顯示2，同時(shí)遮擋，數(shù)碼管顯示3，符合設(shè)計(jì)要求，說(shuō)明數(shù)碼顯示這個(gè)模塊沒(méi)有出現(xiàn)問(wèn)題，可以焊接下一個(gè)模塊。第三步 將74LS32和光電報(bào)警部分焊接完畢后，接通電源，聲光報(bào)警部分不工作，用紙片遮擋住光路1，發(fā)出間歇式聲光報(bào)警，遮擋住光路2，也發(fā)出間歇式聲光報(bào)警，同時(shí)遮擋，同樣能發(fā)出間歇式聲光報(bào)警，符合設(shè)計(jì)要求，這部分也沒(méi)有出現(xiàn)問(wèn)題，所有電路全部焊接調(diào)試完畢。最后調(diào)試成功

41、后的電路實(shí)現(xiàn)的功能為：1.當(dāng)任一路光被遮擋時(shí)，報(bào)警器發(fā)出間歇式聲光報(bào)警；2.LED顯示被遮擋的路數(shù)，無(wú)報(bào)警顯0，1路顯1，2路顯2，同時(shí)遮擋顯3。5.2.2提高設(shè)計(jì)電路調(diào)試調(diào)試用到的儀器有：數(shù)字萬(wàn)用表、5V直流穩(wěn)壓電源、函數(shù)信號(hào)發(fā)射器。第一步 將計(jì)數(shù)部分焊接好后，接通電源，利用函數(shù)信號(hào)發(fā)射器發(fā)生脈沖計(jì)數(shù)信號(hào)，計(jì)數(shù)頻率為1秒，用萬(wàn)用表觀察計(jì)數(shù)輸出情況，若計(jì)數(shù)器工作正常則繼續(xù)下一模塊的焊接，否則檢查電路，檢查出錯(cuò)原因。第二步 將驅(qū)動(dòng)譯碼器和數(shù)碼管焊接完畢后，將計(jì)數(shù)器的輸出接至譯碼器的輸入，接通電源，給計(jì)數(shù)器加計(jì)數(shù)脈沖，若數(shù)碼管能正常顯示計(jì)數(shù)，則可繼續(xù)下一步焊接。第三步 按照電路圖焊接計(jì)數(shù)溢出指示燈

42、模塊，接通電源，接上計(jì)數(shù)脈沖，按復(fù)位鍵，若計(jì)數(shù)超過(guò)99指示燈不亮，則說(shuō)明電路連接有問(wèn)題或者遇到其它問(wèn)題。最后調(diào)試成功后的電路實(shí)現(xiàn)的功能為：1.設(shè)計(jì)兩位數(shù)碼顯示計(jì)數(shù)器，對(duì)報(bào)警的次數(shù)計(jì)數(shù)，并且數(shù)碼顯示；2.具有清零功能；3.具有技術(shù)溢出指示功能。5.2.3兩個(gè)電路的調(diào)試要點(diǎn)將計(jì)數(shù)電路與報(bào)警電路連接起來(lái)，報(bào)警電路每報(bào)一次警就給計(jì)數(shù)電路一次計(jì)數(shù)脈沖，這樣才能將兩部分電路很好的銜接，其中報(bào)警電路能不能提供穩(wěn)定的脈沖信號(hào)時(shí)關(guān)鍵。觀察電路，報(bào)警電路在不報(bào)警時(shí)顯示“0”，報(bào)警時(shí)顯示“1”“2” 或者“3”，發(fā)現(xiàn)其中驅(qū)動(dòng)譯碼器的F輸出在不報(bào)警時(shí)是低電平（點(diǎn)亮），報(bào)警時(shí)就是高電平（熄滅），所以選擇驅(qū)動(dòng)譯碼器的F輸

43、出做為計(jì)數(shù)電路的脈沖信號(hào)。6 總 結(jié)在這次課程設(shè)計(jì)中，通過(guò)對(duì)“光電報(bào)警器”的設(shè)計(jì)、安裝以與調(diào)試，我從中學(xué)到了不少知識(shí)。在做這個(gè)題目的過(guò)程中，我和搭檔一起查資料、學(xué)習(xí)、設(shè)計(jì)。本次實(shí)踐中，進(jìn)一部加深了我對(duì)平時(shí)所學(xué)理論知識(shí)的理解和掌握，也了解到要把學(xué)到的知識(shí)用于實(shí)踐中，不只重視理論，要考慮學(xué)到的東西能用在那方面，例如我正開(kāi)始學(xué)微機(jī)原理，我發(fā)現(xiàn)電路主機(jī)本上都是由我們以前學(xué)過(guò)的集成邏輯電路組成。本次畢業(yè)設(shè)計(jì)培養(yǎng)了我的自學(xué)能力和獨(dú)立找出問(wèn)題、分析問(wèn)題的能力和動(dòng)手能力。在本次設(shè)計(jì)中，我學(xué)到了做任何事情都要有耐心，電路焊好并不代表你已經(jīng)成功了，測(cè)試也是一個(gè)很重要的階段。在測(cè)試的過(guò)程，我掌握了一些電路調(diào)試的方法和一般規(guī)律，同時(shí)也掌握了如何來(lái)檢查和排除設(shè)計(jì)中的所遇到的