快速運(yùn)動(dòng)物體的光電檢測(cè)和計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)(編輯修改稿)
2025-08-03 13:45 本頁(yè)面
【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 無(wú)關(guān)。 信號(hào)整形方案選擇本設(shè)計(jì)中信號(hào)整形電路擬采用斯密特觸發(fā)器作為信號(hào)的整形，斯密特觸發(fā)器又稱(chēng)斯密特與非門(mén)，是具有滯后特性的數(shù)字傳輸門(mén)。該器件既可以像普通“與非”門(mén)那樣工作， 也可以接成斯密特觸發(fā)器來(lái)使用。斯密特觸發(fā)器具有如下兩個(gè)特點(diǎn)： 電路具有兩個(gè)閾值電壓，分別稱(chēng)為正向閾值電壓和負(fù)向閾值電壓；與雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器不同，斯密特觸發(fā)器屬于“電平觸發(fā)型”電路，不依賴(lài)于邊沿陡峭的脈沖。它是一種閾值開(kāi)關(guān)電路，具有突變輸入——輸出特性的門(mén)電路。這種電路被設(shè)計(jì)成阻止輸入電壓出現(xiàn)微小變化（低于某一閾值）而引起的輸出電壓的改變。 當(dāng)輸入電壓由低向高增加，到達(dá)V+時(shí)，輸出電壓發(fā)生突變，而輸入電壓Vi由高變低，到達(dá)V時(shí)，輸出電壓發(fā)生突變，因而出現(xiàn)輸出電壓變化滯后的現(xiàn)象，可以看出對(duì)于要求一定延遲啟動(dòng)的電路，它是特別適用的。 而從IC內(nèi)部的邏輯符號(hào)和“與非”門(mén)的邏輯符號(hào)相比就略有不同，它增加了一個(gè)類(lèi)似方框的圖形，該圖形正是代表斯密特觸發(fā)器一個(gè)重要的滯后特性。滯后特性是指當(dāng)把輸入端并接成非門(mén)時(shí)，它們的輸入、輸出特性是：當(dāng)輸入電壓V1上升到VT＋電平時(shí)，觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)，輸出負(fù)跳變；過(guò)了一段時(shí)間輸入電壓回降到VT＋電平時(shí)，輸出并不回到初始狀態(tài)而需輸入V1繼續(xù)下降到VT－電平時(shí)，輸出才翻轉(zhuǎn)至高電平（正跳變），用公式：VT＋—VT－=△VT 表示，△VT稱(chēng)為斯密特觸發(fā)器的滯后電壓。△VT與IC的電源電壓有關(guān)，當(dāng)電源電壓提高時(shí)，△VT略有增加，一般△VT值在3V左右。因斯密特觸發(fā)器具有電壓的滯后特性，常用它對(duì)脈沖波形整形，使波形的上升沿或下降沿變得陡直；有時(shí)還用它作電壓幅度鑒別，在數(shù)字電路中它也是很常用的一種器件。本設(shè)計(jì)中擬采用NE555芯片來(lái)構(gòu)成斯密特觸發(fā)器作為輸入信號(hào)的整形電路。 計(jì)數(shù)器電路設(shè)計(jì)方案本設(shè)計(jì)中擬采用74HC161計(jì)數(shù)芯片來(lái)組成計(jì)數(shù)電路的核心部分。74LS161是常用的四位二進(jìn)制可預(yù)置的同步加法計(jì)數(shù)器，他可以靈活的運(yùn)用在各種數(shù)字電路，以及單片機(jī)系統(tǒng)種實(shí)現(xiàn)分頻器等很多重要的功能.從74HC161功能表功能表中可以知道，當(dāng)清零端CR=“0”，計(jì)數(shù)器輸出QQQQ0立即為全“0”，這個(gè)時(shí)候?yàn)楫惒綇?fù)位功能。當(dāng)CR=“1”且LD=“0”時(shí)，在CP信號(hào)上升沿作用后，74HC161輸出端QQQQ0的狀態(tài)分別與并行數(shù)據(jù)輸入端D3，D2，D1，D0的狀態(tài)一樣，為同步置數(shù)功能。而只有當(dāng)CR=LD=EP=ET=“1”、CP脈沖上升沿作用后，計(jì)數(shù)器加1。74LS161還有一個(gè)進(jìn)位輸出端CO，其邏輯關(guān)系是CO= Q0Q1Q2Q3CET。合理應(yīng)用計(jì)數(shù)器的清零功能和置數(shù)功能，一片74HC161可以組成16進(jìn)制以下的任意進(jìn)制分頻器。 主要器件的選型濾波和放大模塊部分，需要用到運(yùn)算放大器，本設(shè)計(jì)采用的運(yùn)算放大器是LM324。LM324系列器件帶有真差動(dòng)輸入的四運(yùn)算放大器。與單電源應(yīng)用場(chǎng)合的標(biāo)準(zhǔn)運(yùn)算放大器相比，它們有一些顯著優(yōu)點(diǎn)。，靜態(tài)電流為MC1741的靜態(tài)電流的五分之一。共模輸入范圍包括負(fù)電源，因而消除了在許多應(yīng)用場(chǎng)合中采用外部偏置元件的必要性。每一組運(yùn)算放大器可用圖1所示的符號(hào)來(lái)表示，它有5個(gè)引出腳，其中“+”、“”為兩個(gè)信號(hào)輸入端，“V+”、“V”為正、負(fù)電源端，“Vo”為輸出端。兩個(gè)信號(hào)輸入端中，Vi（）為反相輸入端，表示運(yùn)放輸出端Vo的信號(hào)與該輸入端的位相反；Vi+（+）為同相輸入端，表示運(yùn)放輸出端Vo的信號(hào)與該輸入端的相位相同。LM324系列由四個(gè)獨(dú)立的，高增益，內(nèi)部頻率補(bǔ)償運(yùn)算放大器，其中專(zhuān)為從單電源供電的電壓范圍經(jīng)營(yíng)。從分裂電源的操作也有可能和低電源電流消耗是獨(dú)立的電源電壓的幅度。應(yīng)用領(lǐng)域包括傳感器放大器，直流增益模塊和所有傳統(tǒng)的運(yùn)算放大器現(xiàn)在可以更容易地在單電源系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)的電路。例如，可直接操作的LM324系列，這是用來(lái)在數(shù)字系統(tǒng)中，輕松地將提供所需的接口電路，而無(wú)需額外的177。15V電源標(biāo)準(zhǔn)的5V電源電壓。NE555為8腳時(shí)基集成電路，大約在1971年由Signetics Corporation發(fā)布，在當(dāng)時(shí)是唯一非常快速且商業(yè)化的Timer IC，在往后的30年中非常普遍被使用，且延伸出許多的應(yīng)用電路，后來(lái)基于CMOS技術(shù)版本的Timer IC如MOTOROLA的MC1455已被大量的使用，但原規(guī)格的NE555依然正常的在市場(chǎng)上供應(yīng)，盡管新版IC在功能上有部份的改善，但其腳位勁能并沒(méi)變化，所以到目前都可直接的代用。NE555是屬于555系列的計(jì)時(shí)IC的其中的一種型號(hào)，555系列IC的接腳功能及運(yùn)用都是相容的，只是型號(hào)不同的因其價(jià)格不同其穩(wěn)定度、省電、可產(chǎn)生的振蕩頻率也不大相同；而555是一個(gè)用途很廣且相當(dāng)普遍的計(jì)時(shí)IC，只需少數(shù)的電阻和電容，便可產(chǎn)生數(shù)位電路所需的各種不同頻率之脈波訊號(hào)。該芯片具有以下特點(diǎn)：、電容器，即可完成特定的振蕩延時(shí)作用。其延時(shí)范圍極廣，可由幾微秒至幾小時(shí)之久。 ，可與TTL，CMOS等邏輯電路配合，也就是它的輸出電平及輸入觸發(fā)電平，均能與這些系列邏輯電路的高、低電平匹配
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