商店迎宾机器人

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1、12电科1121 姓名：许文锦 学号：19 课题：商店迎宾机器人电子技术课程设计报告 课题：商店迎宾机器人电路 班级 电科1121 学号 1121207119 学生姓名 许文锦 专业 电子科学与技术 系别 电子信息工程系 指导老师 电子技术课程设计指导小组 淮阴工学院电子与电气工程学院2014年6月一设计目的：a）培养理论联系实际的正确设计思想，训练综合运用已经学过的理论和生产实际知识去分析和解决工程实际问题的能力。b）学习较复杂的电子系统设计的一般方法，了解和掌握模拟、数字电路等知识解决电子信息方面常见实际问题的能力，由学生自行设计、自行制作和自行调试。c）进行基本技术技能训练，如基本仪器仪

2、表的使用，常用元器件的识别、测量、熟练运用的能力，掌握设计资料、手册、标准和规范以及使用仿真软件、实验设备进行调试和数据处理等。d）培养学生的创新能力。二设计要求：1. 能判断顾客进门与出门，在有顾客进门时“欢迎光临”，出门时“谢谢光临”。2. 能实时统计来访人数及当前店内人数，并用数码管显示出来。3. 电路设计要求有抗干扰的措施。4. 统计误差不超过一人。5. 电路设计不能使用MCU，只能应用普通中小规模集成电路芯片。成本控制在20元内。三总体设计 设计要求该电路能感应到客人的进出，所以需要一个检测电路来判断，这个设计是采用红外线发光二极管和光敏三极管来实现的判断功能，并且通过CD4518组

3、成8421码同步十进制计数器来实现技术功能。 1.原理框图检测A检测B判断单元语音芯片加减法计数单元店内当前人数显示加法计数单元当前来访人数显示图1：原理框图 2.总电路图 图2机器人光电数字显示电路四单元电路设计 1.检测电路 检测电路部分主要由光敏三极、红外发光二极管、LM393、4N35、NPN三极管和电阻组成。 光敏三极管接收到红外发光二极管射来的红外光线，电流增大，内阻减少，集电极输出低电平。此外电平加到电压比较器的反向输入端6脚，同时因同向输入端5脚经电阻分压后，5脚电压大于6脚电压，7脚输出高电平，此高电平加到2脚，使2脚电压高于3脚电压，1脚输出低电平，是光电耦合器内藏发光管点

4、亮，对应的光敏管导通，三极管导通，集电极输出低电平。当有物体通过红外发光二极管和接收管之间时，红外线被挡住，集电极输出高电平，6脚电压大于5脚电压，7脚输出低电平，2脚电压小于3脚电压，使1脚输出高电平，光电耦合器截止，三极管截止，集电极输出高电平。从上述可见，当有物体通过红外发光二极管和接收管之间时，便在集电极上输出计数脉冲信号。 2.计数显示部分 计数显示部分主要是由CD4511、CD4518、电阻及共阴极数码管组成。 CD4518组成8421码同步十进制计数器，对输入的脉冲信号下降沿进行计数。为满足下降沿计数的要求，将CD4518的cp端接地，计数脉冲信号接EN输入端。因CD4518内含

5、两个相同的计数器，可降低一级的Q4输出接第二级的EN端，构成两级串行计数，实现099的计数显示。CD4518的第7、15脚为清零端Cr，通过电阻接地为零电平，与电容一起实现开机清零的作用。译码电路采用两块CD4511分别组成BCD7段译码器，驱动LED数码显示器。3.电路工作原理 该电路有光电输入电路(VD,3DU12),脉冲形成电路(IC1A,IC1B组成电压比较器；光电耦合器；晶体管开关电路)和记数与显示电路等组成. 当光敏三极管VD接收到红外发光二极管射来的红外光线时，3DU12中VT1导通，比较器IC1-A的反相输入端为低电平，输出高电平，加到比较器IC1-B的反相输入端，使输出低电平

6、，则光电耦合器4N35内的发光管点亮，对应的光敏管导通，三极管也导通，集电极输出低电平。当有物体通过红外发光二极管VD和接收管VT之间，红外线被挡住，VT截止，IC1-B的1脚输出高电平，4N35截止，VT截止，VT集电极输出高电平，故当有物体通过VT时，便在VT集电极上输出计数脉冲信号，该信号送到十进制计数器，再送到译码显示电路，显示出相应的数据。 缺点：电路的计数脉冲形成部分比较复杂，焊接起来连线比较复杂4.各单元电路元器件介绍 （1）LM393集成块内部装有四个独立的电压比较器，该电压比较器的特点是： 1）消耗电流小、输入失调电压小； 2）电源电压范围宽，单电源、双电源均可工作，单电源为

7、2-36V，双电源电压为1V-18V； 3）对比较信号源的内阻限制较宽； 4）共模范围很大，为0（Ucc-1.5V）Vo； 5）差动输入电压范围较大，大到可以等于电源电压； 6）输出端电位可灵活方便地选用。 LM393集成块采用C-14型封装，外型及管脚排列如图 图3：LM393集成块采用C-14型封装，外型及管脚排列简化： 图4：LM393集成块采用C-14型封装，外型及管脚排列简化图 LM393类似于增益不可调的运算放大器。每个比较器有两个输入端和一个输出端。两个输入端一个称为同相输入端，用“+”表示，另一个称为反相输入端，用“-”表示。用作比较两个电压时，任意一个输入端加一个固定电压做参

8、考电压（也称为门限电平，它可选择LM393输入共模范围的任何一点），另一端加一个待比较的信号电压。当“+”端电压高于“-”端时，输出管截止，相当于输出端开路。当“-”端电压高于“+”端时，输出管饱和，相当于输出端接低电位。两个输入端电压差别大于10mV就能确保输出能从一种状态可靠地转换到另一种状态，因此，把LM393用在弱信号检测等场合是比较理想的。LM339的输出端相当于一只不接集电极电阻的晶体三极管，在使用时输出端到正电源一般须接一只电阻（称为上拉电阻，选3-15K）。选不同阻值的上拉电阻会影响输出端高电位的值。因为当输出晶体三极管截止时，它的集电极电压基本上取决于上拉电阻与负载的值。另外

9、，各比较器的输出端允许连接在一起使用。LM393可构成 单限比较器、 迟滞比较器 、双限比较器（窗口比较器） 、振荡器等。LM393还可以组成高压数字逻辑门电路，并可直接与TTL、CMOS电路接口。 （2）CD4518是十进制（8421编码）同步加计数器，内含两个单元的加计数器，其功能表如真值表所示。每单个单元有两个时钟输入端CLK和EN，可用时钟脉冲的上升沿或下降沿触发。由表可知，若用ENABLE信号下降沿触发，触发信号由EN端输入，CLK端置“0”；若用CLK信号上升沿触发，触发信号由CLK端输入，ENABLE端置“1”。RESET端是清零端，RESET端置“1”时，计数器各端输出端Q1Q

10、4均为“0”，只有RESET端置“0”时，CD4518才开始计数。CD4518采用并行进位方式，只要输入一个时钟脉冲，计数单元Q1翻转一次；当Q1为1，Q4为0时，每输入一个时钟脉冲，计数单元Q2翻转一次；当Q1=Q2=1时，每输入一个时钟脉冲Q3翻转一次；若将第一个加计数器的输出端Q4A作为第二个加计数器的输入端ENB的时钟脉冲信号，便可组成两位8421编码计数器，依次下去可以进行多位串行计数。图4：CD4518引脚图 图5：引脚图及引脚功能图引脚 符号功能1 9CLOCK时钟输入端 7 15RESET消除端2 10ENABLE计数允许控制端3 4 5 6Q1A-Q4A计数输出端11 12

11、13 14Q1B-Q4B计数输出端8VSS地16VDD电源正表1：CD4518引脚功能表CD4518双四位BCD加法器内部电路框图及引脚功能如图所示。从下图可知其工作原理如下： R=0、CP=0时，时钟脉冲从EN/脚输入，在其下降沿的作用下计数； R=0、EN/=1时，时钟脉冲从CP脚输入，在其上升沿的作用下计数；R=0、CP=1或R=0、EN/=0时，均禁止计数；（3）CD4543译码器它可将计数器输出的四位二进制码通过译码变为数字显示器的数码笔段，这些笔段分别与数字09的笔段相对应。数码译码器（CD4543）是一只具有锁存功能的七段字形译码电路，它内部设有锁存单元，可以防止在计数过程中显示

12、的数字发生翻动现象。该电路为十六脚扁平塑封结构，它有四个输人端（即A、B、C、D，用来输人由计数器输出的二进制码）、七个笔段输出端（即ag，接数码显示管的笔段输人端）、一个锁存控制端LE（当LE1时，数据被送至出端；LE0时，数据被锁存）、一个消隐控制端BI（当BI1时，显示器消隐；BI0时，正常显示）和一个共阴共阳控制端DFI（当DFI1时可接共阳LED数码管；DFI0时接共阴数码管）。在该电路中，LE1，接电源。DFI、BI接地，采用共阴数码显示管。 图6：CD4543引脚图引脚符号功能1 9CLOCK时钟输入端7 15RESET消除端2 10ENABLE计数允许控制端3 4 5 6Q1A

13、-Q4A计数输出端11 12 13 14Q1B-Q4B计数输出端8 VSS地16VDD电源正表2：CD4543引脚功能图（4）LED显示屏：LED就是light emitting diode，发光二极管的英文缩写，简称LED。它是一种通过控制半导体发光二极管的显示方式，其大概的样子就是由很多个通常是红色的发光二极管组成，靠灯的亮灭来显示字符。用来显示文字、图形、图像、动画、行情、视频、录像信号等各种信息的显示屏幕。 图:7：数码管引脚 *输出状态锁定在上一个LE=L时，A0 A3的输入状态表3：数码管真值表 （5）光电耦合器亦称光电隔离器或光电耦合器，简称光耦。它是以光为媒介来传输电信号的器件

14、，通常把发光器（红外线发光二极管LED）与受光器（光敏半导体管）封装在同一管壳内。当输入端加电信号时发光器发出光线，受光器接受光线之后就产生光电流，从输出端流出，从而实现了“电光电”转换。以光为媒介把输入端信号耦合到输出端的光电耦合器，由于它具有体积小、寿命长、无触点，抗干扰能力强，输出和输入之间绝缘，单向传输信号等优点，在数字电路上获得广泛的应用。六调试 1.通过电流表测试检测部分和计数显示部分是否有电流通过 2.将电路的红线接正+9v、黑线接地，连接好电路之后，首先观察数码管是否有数字显示，有数字显示说明计数显示部分是正确的；其次将检测部分的红外线发光二极管和光敏三极管之间用一块不透明的板

15、子隔开，每将板子撤离一次，数码管的数字加一，若结果确实如此则说明检测部分正确。该电路的检测主要通过采用红外线发光二极管和光敏三极管来实现的判断功能，并且通过CD4518组成8421码同步十进制计数器来实现的。 七电路的测试1.电源部分：通过实验室的电源箱直接引出9V电压。2.光电计数部分：将电板接入电源，通过万用表对各输出点进行测量，在无遮挡物时IC2B的5脚应为电源电压的一半。无光照时应正好相反，IC2B的6脚应为高电平。 3.显示部分：首先测量CD4518的2脚看是否有电压。八设计总结通过本次电子设计，对数电cd4511和cd5418还有数码管有了深刻的认识，在设计过程中出现很多问题，在团

16、队的不懈努力下，查阅书籍上网查资料问询老师，最终得到一一解决。先列出原件清单，到电子城买齐原件开始焊接，。焊接的时候，遇到很多困难，才发现都是对知识的掌握不够牢固的结果。连接电路时，需要很细心，因为电路中有很多电阻的连接，不然将不能正常计数。通过设计，焊接电路，还有多次的调试，让我都那些元器件有了多一些的了解，他们的功能和使用等。通过这次课程设计，把学到的东西真正运用到实践，对于电子仪器的运用也加深了不少。由于事先准备不充分，设计图和芯片存在存入，致使焊接多次出错。经过不懈努力，查找问题，多次焊到凌晨终于修改正确，确实也锻炼了我的耐心。这次电子设计，是我第一次参加电子设计，从设计图纸，购买器材

17、，电路板的排版，再到设备的焊接，还有最后的调试、测试，锻炼了自己的能力和耐心，增加了对电子设计的了解，提升了对数电知识的理解程度。九.参考文献1. 杨元挺电子技术技能训练电子工业出版社 2. 李萧 郭明琼常用数字集成电路原理与应用人民邮电出版社 3. 余孟尝数字电子技术基础简明教程高等教育出版社4. 李中发数字电子技术基础中国水利水电出版社5. 曹国清数字电路与逻辑设计中国矿业大学出版社6. 杨绪东刘景行实用电子电路精选化学工业出版社7. 葛汝明. 电子线路实验与课程设计.山东大学出版社.8.康华光，陈大钦.电子技术基础模拟部分（第五版）. 北京: 高等教育出 版社，2005年7月第五版.9.康华光，陈大钦.电子技术基础数字部分（第五版）. 北京: 高等教育 出版社，2005年7月第五版12