數位電路課程設計報告
課題：光控計數器
姓名：***
學號班級：********
專業：電子資訊工程
指導老師：***
2023年6月5日
一、設計課題
光控計數器
給定主要器件：5554片 74ls74 1片
74ls191 2片 74ls478 2片
數碼顯示器 2只
二、設計任務
設計乙個主要利用光線的通斷來統計進入實驗室人數的光控計數器。
三、設計要求
本設計主要是利用光線的通斷來統計進入實驗室人數。要求設計兩路光控電路，一路放置在門外，另一路設定在門裡，當有人通過門口時（無論是進入或走出房間），都會先觸發乙個光控電路，再觸發另乙個光控電路，要求根據光控電路產生觸發脈衝的先後順序，判斷來人是進來還是離開實驗室，當有人進入時實驗室時令計數器進行加計數，當有人離開時實驗室進行減計數。要求計數器的最大計數容量為99人，並用數碼管顯示數字。
4、設計分析與設計過程
根據設計任務及設計要求，我們可以將該光控計數器分為五個部分：光控電路、觸發脈衝、加減計數、顯示解碼和數碼顯示，其工作原理框圖如下：
首先由光控電路將接收的光訊號轉換為電訊號，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衝，輸出計數脈衝訊號。再通過計數器和解碼器，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。具體原理圖請見附錄。
各模組分析如下：
一：光電轉換電路
由左邊電路圖可知，該模組（光電轉換電路）是由兩個施密特觸發器和兩個單穩態觸發器組成，且上下對稱，電路結構完全相同。
光敏電阻處於光照時，電阻阻值較低，單穩態輸出低電平。當遮住第乙個光敏電阻光時，電阻公升高，單穩態觸發器輸出高，進入暫穩態，維持1.1s （維持時間：
tw=rc ln3 = 1.1s ）。
施密特觸發器
乙個555定時器晶元、r1（阻值40歐左右）、rg（光敏電阻），當rg有光照時，電阻下降。隨之，th端電壓下降，輸出端3口輸出高電平。反之，rg弱光時，電阻公升高，th端電壓公升高，3輸出低電平。
單穩態觸發器
也是由555定時器組成，當從施密特觸發器3輸出，單穩態觸發器2（tr）輸入高電平，3端立刻輸出低電平。隨之，當2輸入低電平，3隨即輸出高電平。然而，當2馬上輸入高電平時，3輸出將維持一段時間，進入暫穩態。
二：時序控制電路
時鐘控制器：由74ls74和兩片與非門構成，結構簡單，但作用相當大，其控制後面的191計數晶元的運作。
當上端3輸出由低到高的電平，高電平維持1.1s，在其維持的時間段中，給下端3輸入一由低到高的電平，給d觸發器cp一上公升沿。這時，d觸發器工作 q′=d′=0，同時兩與非門的輸出由低到高變化，給了下一模組一上公升沿。
電路如下所示:
三：計數及數碼管顯示部分
該部分電路如下所示:
當14(cp)來上公升沿時，191(1)開始計數，分為兩種情況，u′/d輸入為0，則進行加法計數，u′/d輸入為1時，進行減法計數。同時，2和7接與非門，輸出端接置數端ld′和191(2)cp，191(1)的2和7輸出1時，(2)cp為0，下一狀態為1，上公升沿到，進製計數
兩個解碼器和兩個數碼管用於接收計數脈衝訊號並將其轉化成單獨的訊號輸出並顯示。當47解碼器3端接地，數碼管全部顯示。
五，除錯過程及除錯結果分析
除錯過程及步驟
為了更有效的檢測電路連線的正確性，本次設計性實驗採取了邊連線邊測試的方法，總共測試了三個部分，及上面所述的三個模組。
一：光電轉換電路部分
該部分主要測試電路中涉及到的觸發器，施密特觸發器，單穩態觸發器，d觸發器。
施密特觸發器的測試：
按圖接好電路，接通電源，將3端接到發光二極體。對光敏電阻進行光照處理，二極體為暗，vo為低電平，進行遮光後，二極體依然處於暗的狀態，分析施密特觸發器的輸出特性，2、6端的電壓一直大於2/3vcc 。電位器r1阻值過小，通過調節電位器r1的大小，光敏電阻受光照時，電阻下降，二極體為亮，遮光時，二極體變暗，延遲時間合適，施密特觸發器除錯完成。
第二個觸發器的除錯，同上述操作。
單穩態觸發器的測試：
按圖接好電路，將2端輸入穩定的可控高低電平，對3端接到發光二極體測試。當2端輸入高電平時，3輸出低。2端跳變到低電平，3端輸出高，同時延遲1.
1s。表示單穩態觸發器除錯良好。
第二塊單穩態觸發器，同上述操作。
除錯完成後，將其與施密特觸發器按圖連線。
然後對光敏電阻進行光照與遮光處理，觀察單穩態觸發器第3端輸出，與除錯結果相同，則正常。
二：時序控制電路部分
該部分用到了d觸發器與與非門，因此必須檢測他們是否能夠正常工作。
d觸發器與與非門測試：
d觸發器的1、4端輸入高電平訊號，檢測q`=d`。
與非門按有「0必出1，11為零」的原則檢測。
檢測完成後，將其接入電路。
三：計數及數碼管顯示部分
按圖連好電路，將191晶元5端連線可靠的高低電訊號，第一片191晶元14端輸入單脈衝，觀察數碼管顯示結果，當5端輸入高電平時為減法，5端輸入低電平時為加法。除錯完成後，按圖將其接入總電路。
除錯結果分析
1： 對光敏電阻進行光照和遮光處理時，單穩態觸發器輸出端未出現變化，經過反覆除錯，發現施密特觸發器的r1電阻阻值選擇不合適，調整為68kω後，輸出結果明顯，延時正常。但雖然能夠輸出正常結果，效果卻時有時無，經過檢查後認定這是光敏電阻不夠靈敏的緣故。
經過老師指導，與對光敏電阻的研究，我將光敏電阻稍稍拔高一些，發現靈敏度果然提高不少。
2： 計數部分除錯時，將191晶元5端不論接高電平或低電平都只做減法運算，對5端輸入高低電平檢測時均為可靠的高低電平，但對晶元引腳進行檢測時發現始終為高電平，得出結論為引腳與麵包板接觸不良導致引腳懸空，因為此晶元為ttl晶元，引腳懸空為高。
3： 對計數部分進行除錯時，發現數碼管不能正常顯示數字，將47晶元的3腳可靠接地後未出現數字8，得出結論數碼顯示管已經損壞。後來換了乙個數碼管發現，其中顯示個位的數碼管顯示數字相反，不符合常規，檢查後發現是數碼管裝反了。
拔出數碼管重新連線後，問題得以解決。
4： 進行功能檢測時發現數碼管顯示數字時沒有按照要求的顯示，而是亂碼，經過對電路重新檢查，發現在時序控制電路模組中的兩個與非門沒連線在一起。連線後，電路得以解決。
5： 連好電路後，連線電源處理時。發現每當負極接地時，試驗箱的所有發光的二極體的亮度減半，光控計數電路不工作。
經指導發現麵包上的正負極相連，將電源和地都確認可靠接電源和地後，解決該問題。
六，設計心得與體會
數位電路的設計是乙個有趣的過程，在設計過程中可以提公升對數電課上知識的理解，並能將所學用於解決實際問題。除錯過程是痛苦的，除錯電路是需要非常強的理論作為基礎的，但也是最能提公升能力的部分，只有通過親自除錯電路，發現電路存在的問題，思考產生的原因，並想辦法解決問題，才能加深對自己設計電路的認識。在摸索電路問題所在及除錯其功能時，學到了很多技巧。
同時，培養了自己的思維能力，增加了實際操作能力。體會到了設計電路的艱辛的同時，更體會到成功的喜悅和成就感。因此在除錯過程中獲得的經驗是寶貴的，會終生受用。
經過三天的實驗，使得在課堂上學習的知識得到鞏固（例如，通過本次實驗我對74sl74、74ls47、74ls191、74ls00、555等晶元又有了進一步的認識），同時增加了對電路的分析，連線，除錯，錯誤分析等能力，思維得到了進一步的昇華。雖然已經有設計總電路圖，但實驗過程中還是遇到不少問題，反覆檢測電路，其過程相當煩瑣，可能花了很長一段時間除錯，卻仍未發現問題所在。但在整個實驗過程中，我們都抱著積極的心態，專注於電路的除錯和糾正，不斷的探索，認真的體會實驗給我們帶來的樂趣。
其中也暴露出了自己的一些問題，比如在平時的理論學習中，自認對知識的掌握比較到位，一些常見問題是平時提及過的，但真正應用到實際當中，卻不是那麼得心應手。
其次通過本次課程設計我還體會到耐心，與堅持、毅力的重要性。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線及電路的細節設計上，時序控制電路所用到的四個與非門，僅僅在兩片晶元上，連線時要特別注意分清各個管腳。經過查詢資料並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。
課程設計過程中，我還深刻的體會到在設計過程中，需要反覆實踐，其過程很可能相當煩瑣，有時花很長時間設計出來的電路還是需要重做，那時心中未免有點灰心， 有時還特別想放棄，此時更加需要靜下心，查詢原因。此外，團隊精神和老師的指導對我本次課題的完成也是相當重要。總體來說，這次實習受益匪淺。
在摸索該如何設計電路使之實現所需功能的過程中，特別有趣，培養了設計思維，增加了實際操作能力。在體會到了設計電路的艱辛的同時，更體會到成功的喜悅和快樂。
總之，這次課程設計收穫頗豐。最後，感謝鄧文娟老師在電路除錯過程中給予的真誠指導和幫助。
七，附錄
（1）元器件清單
試驗箱（含麵包板） 1塊
ne5554片
74ls741片
74ls001片
74ls1912片
74ls472片
數碼管（共陰led數碼管） 2個
光敏電阻2個
電阻：10k歐姆2個
電位器：50歐姆2個
瓷介電容：0.01μ f 4個
電解電容0.01μf2個
（2）電路設計總圖
數字電子技術基礎課程設計說明書
harbin institute of technology 課程名稱 數字電子技術基礎 設計題目 聲控開關的設計與製作 院系 航天學院 控制科學與工程系 班級 0904101 姓名 鄒桉 學號 1090410108 同組人 鄭天宇 指導教師 劉英 時間 2011 12 11 1090410120 ...
數字電子技術課程設計報告
電子課程設計是電子技術學習中非常重要的乙個環節，是將理論知識和實踐能力相統一的乙個環節，是真正鍛鍊學生能力的乙個環節。只有真正做到融會貫通，學以致用，並努力動手實踐，才能體會到其中最深切的內涵。隨著現代電子技術的發展，人們處於乙個資訊時代。每天都要通過電視 廣播 通訊 網際網路等多種 獲取大量的資訊...
數字電子技術課程設計報告
1 設計任務及要求 通過對 數字電子技術 課程的學習，讓同學掌握 數字電子技術 課程的基本理論以及方法，加深學生對理論知識的理解，同時積極有效的提高了學生的動手能力，獨立思考和解決問題的能力，創新思維能力 協調能力，以及團結合作 互幫互助的優良傳統。為了充分體現這些精神和能力，所以讓同學獨立自主的製...