具有加减识别功能的绕线机电子计数器(2)

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如图1-4所示为减识别信号处理电路简图，F1~F4为芯片CD40106里面的施密特反向器。芯片CD40106里面共有6个施密特反相器。而分别和线CPU,CPD相连的两个芯片其实是一个芯片，即芯片CD4013。这里我们将它看成两部分。 工作原理：如图1-3所示

当绕线机正转(加计数时)，VT1先导通，经施密特反相器F1反向后为高电平。一部分连接到芯片CD4013（2）的CL2引脚上，另一部分则经过施密特反相器F3反向低电平接到CD4013（1）的R1引脚上。根据表1-1所示的CD4013功能表可知，当刚开始两个红外接收管VT1，VT2都没导通时，由于S1，S2接地故都为低电平L。而R1，R2由于前面VT1,VT2未导通再经过反相器后电平高电平H。脉冲CP没有。故Q处电平为低电平，没有给CPU,CPD一个脉冲。引脚D1，D2处电平为高电平。

表1-1 芯片CD4013功能表 CP ↑ ↑ ↓ × × ×

输入 D Rn L L H L × L × H × L × H Sn L L L L H H Q L H L H H 输出 Q非 H L 保持 H L H 当VD1的光先透过小孔照到接收管VT1后，三极管VT1导通。R1下节点电位由高电平变为低电平，故R1处电位为低电平，而D2处为高电平，S1处为低电平，CL1处没有脉冲，故该处CD4013（1）不被触发。而CD4013（2）虽然有一个上升沿脉冲到其引脚CL2处，但是由于其R2处电平为高电平，所以不被触发（保持）。当VD2的光透过小孔照到接收管VT2后，三极管VT2导通。R2下节点电位由高电平变为低电平。这时信号经F2给芯片CD4013（1）的CL1处一个上升沿触发（加信号），根据表1-1可知，此时芯片CD4013（1）的Q1处电平由低电平变为高电平，Q1处脉冲经导线连到计数、驱动、译码、显示电路。而此时CD4013(2)上R2处电平为低电平，S2处电平为低电平，D2处电平为高电平，CL2处一个下降沿脉冲，故不触发。

当绕线机反转(减计数时)，VT2先导通，经施密特反相器F2反向后为高电平。一部分连接到芯片CD4013（1）的CL1引脚上，另一部分则经过施密特反相器F4反向低电平接到CD4013（2）的R2引脚上。根据表可知此时CD4013不触发。当VT2导通时，信号经F1给CD4013(2)处一个上升沿脉冲（减信号），此时CD4013（2）触发，Q2处电平由低电平变为高电平，Q2处脉冲经导线连到计数、驱动、译码、显示电路。

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（3）计数、译码、驱动、显示

计数、译码、驱动、显示电路框图如下图1-4所示:

图1-5计数、译码、驱动、显示

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如图1-5所示，有4个芯片CD40110分别对应一个数码管。与CD40110和数码管之间相连的电阻用于限流。而芯片CD4013之间BO引脚与CPD引脚相连，CO引脚与CPU相连。当CPU给最左边的CD4013（1）一个上升沿脉冲时，根据芯片CD40110功能表表1-2可知

表1-2 芯片CD40110功能表 CPU ↑ × ↓ × × CPD × ↑ ↓ × × LE 0 0 × 1 0 TE 0 0 × × × R 0 0 0 1 1 计数 加1 减1 不变 清0000 清0000 × ↑ × × × ↑ × 1 1 1 0 0 0 0 0 禁止 加1 减1 显示 随计数器显示 随计数器显示 不变 不变 随计数器显示（显示0） 不变 不变 不变 由于是上升沿脉冲，且LE处低电平，TE低电平，R低电平。所以计数加1，数码管显示1。CD40110 的进位输出CO 和借位输出BO 一般为高电平，当计数器从0～9 时，BO 输出负脉冲；从9～0 时CO 输出负脉冲。在多片级联时，只需要将CO 和BO分别接至下级40110 的CPU 和CPD 端，就可组成多位计数器。而一共用了4个数码管，故其计数范围可以从0000-9999。当按下开关SB时，可对计数器清零。

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第二章 相关元器件介绍

2.1红外发射接收对管

人们见到的红外遥控系统分为发射和接收两部分。发射部分的发射元件为红外发光二极管，它发出的是红外线而不是可见光。常用的红外发光二极管发出的红外线波长为940nm左右，外形与普通φ5mm发光二极管相同，只是颜色不同。一般有透明、黑色和深蓝色等三种。判断红外发光二极管的好坏与判断普通二极管一样的方法。单只红外发光二极管的发射功率约100mW。红外发光二极管的发光效率需用专用仪器测定，而业余条件下，只能凭经验用拉距法进行粗略判定。接收电路的红外接收管是一种光敏二极管，使用时要给红外接收二极管加反向偏压，它才能正常工作而获得高的灵敏度。红外接收二极管一般有圆形和方形两种。由于红外发光二极管的发射功率较小，红外接收二极管收到的信号较弱，所以接收端就要增加高增益放大电路。

红外线接收管是将红外线光信号变成电信号的半导体器件，它的核心部件是一个特殊材料的PN结，和普通二极管相比，在结构上采取了大的改变，红外线接收管为了更多更大面积的接受入射光线，PN结面积尽量做的比较大，电极面积尽量减小，而且PN结的结深很浅，一般小于1微米。红外线接收二极管是在反向电压作用之下工作的。没有光照时，反向电流很小（一般小于0.1微安），称为暗电流。当有红外线光照时，携带能量的红外线光子进入PN结后，把能量传给共价键上的束缚电子，使部分电子挣脱共价键，从而产生电子---空穴对（简称：光生载流子）。它们在反向电压作用下参加漂移运动，使反向电流明显变大，光的强度越大，反向电流也越大。这种特性称为“光电导”。红外线接收二极管在一般照度的光线照射下，所产生的电流叫光电流。如果在外电路上接上负载，负载上就获得了电信号，而且这个电信号随着光的变化而相应变化。

红外线接收管有两种，一种是光电二极管，另一种是光电三极管。光电二极管就是将光信号转化为电信号，光电三极管在将光信号转化为电信号的同时，也把电流放大了。因此，光电三极管也分为两种，分别别是NPN型和PNP型。

红外接收管的作用是进行光电转换，在光控、红外线遥控、光探测、光纤通信、光电耦合等方面有广泛的应用。 如何选择红外线接收管：红外线最重要的参数就是光电信号的放大倍率，一般的有1000-1300,1300,1800，1800-2500这些对灵敏度有决定性作用。

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2.2施密特触发器

施密特触发器不同于前述的各类触发器，它具有下述特点：

属于电平触发，对于缓慢变化的信号仍然适用，当输入信号达到某一定电压值时，输出电压会发生突变。

输入信号增加和减少时，电路有不同的阈值电压，它具有如图2-1所示的传输特性。

(a) 同相输出 (b)反向输出

图2-1施密特电路的传输特性

在模拟电路中，曾经讨论过由集成运放构成的施密特触发器（带正反馈的迟滞比较器），下面介绍数字技术中常用的施密特触发器。

一、 门电路组成的施密特触发器

由CMOS门组成的施密特触发器如图2-2所示。

图2-2 CMOS反相器组成的施密特触发器

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