洗发水自动计数机的设计.doc

洗发水自动计数机沈 阳 工 程 学 院课 程 设 计设计题目： 洗发水自动计数机的设计 系 别 自动化学院 班级 学生姓名 学号 指导教师 曲延华/秦宏 职称 副教授/教授 起止日期： 2014年 6月30日起至2014年7月4日止沈阳工程学院课程设计任务书课程设计题目： 洗发水自动计数机的设计 系 别 自动化学院 班级 学生姓名 学号 指导教师 曲延华/秦宏 职称 副教授/教授 课程设计进行地点： F座 任 务 下 达 时 间： 2014年 6 月 18日起止日期：2014年 6月30日起至 2014年 7月4日止教研室主任 曲延华 2014年 6月11日批准洗发水自动计数机的设计1 设计主要内容及要求1.1 设计目的（1）掌握洗发水自动计数机的构成、原理与设计方法；（2）熟悉集成电路的使用方法。1.2 基本要求（1）对通过计数传感器的洗发水进行计数（用200HZ左右CP脉冲代替传感器）；（2）25瓶/小箱，显示装好的洗发水箱数；（3）60小箱/大箱，180大箱/车，显示包装好的洗发水的大箱数和车数（如何显示以及位数自定）。1.3 发挥部分（1）发车提示信号；（2）装车计时器；（3）其他。2 设计过程及论文的基本要求2.1 设计过程的基本要求（1）基本部分必须完成，发挥部分可任选1个方向：（2）符合设计要求的报告一份，其中包括逻辑电路图一份；（3）设计过程的资料、草稿要求保留并随设计报告一起上交；报告的电子档需在规定时间内在单独在网络教学平台上交。2.2 课程设计论文的基本要求（1）参照毕业设计论文规范打印，文字中的小图需打印。项目齐全、不许涂改。（2）装订顺序：封面、任务书、成绩评审意见表、中文摘要、关键词、目录、正文（设计题目、设计任务、设计思路、设计框图、各部分电路及参数计算（重要）、工作过程分析、元器件清单）、小结、参考文献、附录（逻辑电路图）。3 时间进度安排顺序阶段日期计 划 完 成 内 容备注12014.6.30学生根据任务书做出原始框图并画出初步逻辑电路图点名22014.7.1检查框图及初步逻辑图完成情况，检查及纠正错误打分32014.7.2检查及改正逻辑图，并用EDA软件仿真逻辑图打分42014.7.3讲解印刷电路板图绘制及报告书写，仿真各部分电路波形打分52014.7.4报告书写，答辩，收报告打分2014-06-18沈 阳 工 程 学 院 电子技术 课程设计成绩评定表系（部）： 自动化学院 班级： 学生姓名： 指 导 教 师 评 审 意 见评价内容具 体 要 求权重评 分加权分调研论证能独立查阅文献,收集资料；能制定课程设计方案和日程安排。0.15432工作能力态度工作态度认真，遵守纪律，出勤情况是否良好，能够独立完成设计工作， 0.25432工作量按期圆满完成规定的设计任务，工作量饱满，难度适宜。0.25432说明书的质量说明书立论正确，论述充分，结论严谨合理，文字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，图表完备，书写工整规范。0.55432指导教师评审成绩（加权分合计乘以12） 分加权分合计指 导 教 师 签 名： 年 月 日评 阅 教 师 评 审 意 见评价内容具 体 要 求权重评 分加权分查阅文献查阅文献有一定广泛性；有综合归纳资料的能力0.25432工作量工作量饱满，难度适中。0.55432说明书的质量说明书立论正确，论述充分，结论严谨合理，文字通顺，技术用语准确，符号统一，编号齐全，图表完备，书写工整规范。0.35432评阅教师评审成绩（加权分合计乘以8）分加权分合计评 阅 教 师 签 名： 年 月 日课 程 设 计 总 评 成 绩分10中 文 摘 要本文介绍了洗发水自动计数机的构成、原理与设计方法，洗发水自动计数机的原理是对通过计数传感器的洗发水进行自动计数。其中涉及到的元器件有74HC160D,4511系列，SEVEN-SEG-COM-A等。74HC160是高速硅门 CMOS 器件，与低功耗肖特基型 TTL (LSTTL) 器件的引脚兼容。74HC160 是 8 位边沿触发式移位寄存器，串行输入数据，然后并行输出。数据通过两个输入端（DSA 或 DSB）之一串行输入；任一输入端可以用作高电平使能端，控制另一输入端的数据输入。两个输入端或者连接在一起，或者把不用的输入端接高电平，一定不要悬空。七段LED显示译码器 七段LED显示译码器 加法器定义实现多位二进制数相加的电路称为加法器， 它能解决二进制中1+1=10的功能。数码由分布在同一平面上若干段发光的笔画组成，如半导体显示器。半导体数码管BS201A半导体数码管是分段式半导体显示器件，其基本结构是PN结，即用发光二极管（LED）组成字型来来显示数字。这种数码管的每个线段都是一个发光二极管，因此也称LED数码管或LED七段显示器。因为计算机输出的是BCD码，要想在数码管上显示十进制数，就必须先把BCD码转换成 7 段字型数码管所要求的代码。我们把能够将计算机输出的BCD码换成 7 段字型代码，并使数码管显示出十进制数的电路称为“七段字型译码器”。数字显示电路通常由译码器、驱动 器和显示器等部分组成，数码显示器是用来显示数字、文字或符号的器件，现在已有多种不同类型的产品，广泛应用于各种数字设备中，目前数码显示器件正朝着小型、低功耗、平面化方向发展。CD4511 是一片 CMOS BCD锁存/7 段译码/驱动器，用于驱动共阴极 LED （数码管）显示器的 BCD 码七段码译码器。具有BCD转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能的CMOS电路能提供较大的拉电流。可直接驱动共阴LED数码管。其中a b c d 为 BCD 码输入，a为最低位。LT为灯测试端，加高电平时，显示器正常显示，加低电平时，显示器一直显示数码“8”，各笔段都被点亮，以检查显示器是否有故障。BI为消隐功能端，低电平时使所有笔段均消隐，正常显示时， B1端应加高电平。另外 CD4511有拒绝伪码的特点，当输入数据越过十进制数9(1001)时，显示字形也自行消隐。LE是锁存控制端，高电平时锁存，低电平时传输数据。ag是 7 段输出，可驱动共阴LED数码管。 下图是 CD4511和 CD4518配合而成一位计数显示电路，若要多位计数，只需将计数器级联，每级输出接一只 CD4511 和 LED 数码管即可。所谓共阴 LED 数码管是指 7 段 LED 的阴极是连在一起的，在应用中应接地。限流电阻要根据电源电压来选取，电源电压5V时可使用300的限流电电阻。关键词 自动计数机，数码管，译码器，显示器目 录1 设计任务描述. .3 1.1 设计题目：洗发水自动计数机. 3 1.2 设计要求. 3 1.2.1 设计目的. 3 1.2.2 基本要求. 3 1.2.3 发挥部分.3 2 设计思路 4 3 设计方框图 5 4 各部分电路设计及参数计算 6 4.1 秒脉冲发生器电路设计及参数计算 6 4.1.1秒脉冲发生器工作原理 6 4.1.2 秒脉冲发生器波形图 6 4.1.3 秒脉冲发生器参数计算 7 4.2 计数电路. 8 4.2.1 满25瓶计数电路. 8 4.2.2 显示包装好的洗发水的大箱数和车数电路.9 4.3 译码显示电路. 10 4.3.1译码显示电路的设计. .10 4.3.2译码显示电路相关参数设计. . 12 4.4 发挥部分设计 12 4.4.1发车报警装置. . .12 5 工作过程分析 13 6 元器件清单 14 总 结 15 致 谢 16 参考文献 17 附 录 A1 逻辑电路图 18 1 设计任务描述1.1 设计题目:洗发水自动计数机的设计1.2 设计要求1.2.1 设计目的（1）掌握洗发水自动计数机的构成、原理与设计方法；（2）熟悉集成电路的使用方法。1.2.2 基本要求（1）对通过计数传感器的洗发水进行计数（用200HZ左右CP脉冲代替传感器）；（2）25瓶/小箱，显示装好的洗发水箱数；（3）60小箱/大箱，180大箱/车，显示包装好的洗发水的大箱数和车数（如何显示以及位数自定）。1.2.3 发挥部分（1）发车提示; 2 设计思路我设计的洗发水计数系统是由计数器，译码器，显示器，比较器，等相关元件组成具体设计思路如下：首先要是想让系统进行工作，就一定要有脉冲来触发计数系统工作，这就是由传感器来作用的，传感器接受信号，并且通过触发器将光信号转换成电脉冲信号，将脉冲送在计数器的触发端进行工作。其次，在这次设计中，我用到的计数器是74HCT390，74HC160,74HC161，一共是十二片，因为我驱动五个译码显示器进行显示，而且74HC160是双十进制计数器这样就可以节约成本。有五片74HCT390记录瓶数，是五位数，还有二片74HC161记录瓶数，并且通过门电路强制转换成48进制，并且用进位信号来给另一个记录小箱数的芯片送脉冲，然后用5个74HC160用于记录小箱，大箱和车数。还有发挥部分用了一个发光二极管来做发车信号。译码显示器我用的是74HC4511，这是一个共阴极译码器，因为它的控制使能端对高电平有效，所以要想让它进行工作就要将它的三个控制使能端接高电平。以上就是我在这次设计中的思路。3 设计方框洗发水自动计数机4 各部分电路设计及参数计算4.1秒脉冲发生器电路设计及参数计算4.1 1秒脉冲发生器工作原理图4.1-1 脉冲工作原理图产生秒信号的电路有多种形式，图4-1是利用555定时器和计数器74LS290来组成秒信号的发生器。由555定时器组成多谐振荡器的原因:由于555定时器内部灵敏度较高,而且采用差分电路形式,用555定时器组成的多谐振荡器的振荡频率受电源电压和温度变化的影响很小.工作原理:由于时间标准信号的频率很高,要得到秒脉冲,则需要你分频电路.振荡器产生的频率为1000HZ,用3片74290N进行分频后可得到1HZ的秒脉冲信号，以备计时电路需要。4.1.2秒脉冲发生器波形图图4.1-2 多谐振荡器波形图4.1-3 10分频输入输出波形图4.1-4 一次10分频频率由图4-2，4-3可以看出一个74LS290可以完成一次十分频。所以使用3个74LS290将555振荡器产生的1000HZ分频成为1HZ。4.1.3秒脉冲发生器参数计算想要由555定时器组成的振荡器产生的振荡频率为1000HZ，选定电容C=10nF，R2=50K，利用下面公式计算： 频率 f=1/T，而要得到1000HZ的脉冲信号，故f=1000HZ,将以上各数据代入式中，得1000=0.7*（100+R1）*10解得R1=42.875K实际电路中选用43K电阻，实际产生频率为1001HZ，但由于误差实际产生频率为992HZ见图4-4.4.2 计数电路4.2.1 满25瓶计数电路 在计数过程中我分为两部分，分别用到74HC161和74HC160.下面的电路连接图4.2.1就是我在本次课程设计中用到的计数电路的一部分：图4.2.1计数电路这部分是用来对瓶数进行计数的满25瓶向下一计数器进一位。在这部分中我用的是 74HC161， 74HC161是十六进制计数器，一共有2片。它的CLK端是外加脉冲端，我用的是预置端，当瓶数达到25像小箱进1。234.2.2显示包装好的洗发水的大箱数和车数电路在后半部分需要显示，我用的是74HC160，74HC160是十进制计数器，一共使用了5片。为了方便显示，此部分我没有继续使用74HC161，绕过了将16进制转化为10进制这一步骤，节省了器件降低了成本。在后半部分如图4.2.2我用的是74HC160的并行法进行计数的：图4.2.2计数电路在这部分电路中实现了60小箱进一大箱，180大箱进一车的功能。由于我使用的是并行接法，就不会产生串行发生的显示延迟现象，无需对电路改造已解决延迟问题，方便了设计同时降低了成本。为了实现显示和清零功能，我用了74HC160的预置端。例如当小箱数达到36时通过预置端将计数器预置为1，然后继续工作。4.3 译码显示电路 4.3.1译码显示电路设计在各种电子仪器和设备中，经常需要用显示器将处理和运算结果显示出来，较常采用的显示器有LED发光二极管显示器、LCD液晶显示器和CRT阴极射线显示器。以七段LED显示器为例，如下图C所示，它是 由七段笔画所组成，每段笔画实际上就是一个用半导体材料做成的发光二极管(LED)。这种显示器电路通常有两种接法：一种是将发光二极管的负极全部一起接地，即所谓的“共阴极”显示器;另一种是将发光二极管的正极全部一起接到正电压，如图 A所示，即所谓的“共阳极”显示器，也是我这次设计中用到的显示方式，只要在某个二极管阴极加0电平，相应的 笔画就发亮；根据对应关系便可以构成一个显示字形。就是说，显示器所显示的字符与其输入的二进制代码即abcdefg七位代码之间存在一定的对应关系。最常用的显示器有：半导体发光二极管和液晶显示器。显示字符段码abcdefg00000001110011112001001030000110410011005010010061100000700011118000000090001100灭1111111一般数字系统中处理和运算结果都是用二进制编码、BCD码或其他编码表示的，要将最终结果通过LED显示器用十进制数显示出来，就需要先用译码器将运算结果转换成段码，当然，要使发光二极管发亮，还需要提供一定的驱动电流，所以这两种显示器也需要有相应的驱动电路。74HC4511是七段显示译码驱动器，其输入是BCD码输出是七段显示器的段码。74HC4511的译码驱动电路如图4.2所示. 图4.2译码显示电路4.3.2计数译码显示电路相关参数计算 由于发光二极管下连着电阻，这里电阻的作用就是防止二极管过电压而击穿，导致系统不能正常工作，要想计算出电阻的阻值，就要根据发光二极管的性能来决定，一般发光二极管的工作电压很低，在1.5到3V之间，工作电流较大，一般在10到40MA左右，而电阻的选取是这样的，这次设计中的74HC4511是共阴极显示电路，输出高电压，通过电阻和二极管到达地端为零，所以将在电阻和发光二极管上消耗5V电压，而电阻阻值的是取决于发光二极管的参数。方法是：用5V减去发光二极管的耐压值后除以发光二极管的最大导通电流，求得电阻最值。R=(5-3)0.04=50欧姆左右4.4发挥部分设计4.4.1发车报警装置这时我用的是发光二极管，具体如图4.4.1图4.4.1 在这里我用的器件虽然简单，但同样达到了报警的功能， 利用装箱的等待时间也就是74HC160计满却尚未预置之前的时间达到延时的效果，使得设计更加简便，同时降低成本。5 工作过程分析总体来说，工作过程就是加上正电压后由传感器感应信号传送给计数器并进行一系列的工作，具体工作过程如下：首先由传感器来提供脉冲信号，当洗发水瓶通过传感器的前面时就会出现高低电平的转换，通过传感器接受到信号变化，进入计数电路。计数器一共有七片，共有3大部分，第一部分是用来记录洗发水瓶数，第二部分是显示小箱数，第三是显示大箱数，第四部分显示车数，。并且每一个计数器都是有不同的进制来设计的，都是通过与门来实现的。其次，计数器74HC160开始计数并且驱动译码显示器进行显示，分别显示小箱数，大箱数，车数。每到一车就会报警，报警持续一会儿，然后停止。6 元器件清单序号名称型号数量备注1计数器74HCT3905双十进制2计数器74HC16053计数器74HC16124译码器74HC451155比较器74HCT8516集成门电路74L1013与非门7集成门电路74L2014与非门8集成门电路74L0332与非门9集成门电路And919与门10集成门电路And212与门11集成门电路74LS321或门12集成门电路Not3非门13显示器LED七段514电阻R2215发光二极管Led216电阻排R-pack75小 结一周的实习转瞬即逝，在我们还没来得及吸收课程设计的精髓，时间已经渐渐逝去，回望这一周的生活，记得更多的是老师的悉心指导和同学朋友的鼎力相助，没有他们的帮忙，我一定不会在最短的时间内了解如此多的知识。这周课程设计我们组设计的题目是“洗发水自动计数机的设计”。在课程设计之前，我的数字电子部分学的非常的肤浅，只是理论，没有实践，不能够把前后联系起来，为了借这次课设的机会更好的学习数子电子，我去图书馆借了许多关于计数器和自动控制的资料，网上也仔细查找了一番，可是范例并不多，于是我就自己找，主要看教科书，终于，逻辑图初步成型，在答疑及改错中，我们小组做的都不错，但是可能由于题目不是很复杂，我们的整体思路相似，所用器件也相差不多，老师建议我们各自多回去研究，让每个电路都有自己的亮点，曾经想过换个型号的器件就行，但是如果有功能更完整的改动就更好了。在查找资料中发现一些集成器件，工作原理基本相同，书上刚好有介绍计数器的工作原理，经过仔细阅读计数过程。实习就是好处多多 ，从做设计的过程中掌握并运用以前所学的知识，提高自学能力和独立思考解决问题的能力。同时使我所学的知识得以运用。 本次设计能使我看清差距，扩大视野，认识自己的真实水平。正是在学校所学的扎实的专业基础知识和不断培养的实践动手能力，使我能很快地处理和解决以后学习过程中遇到的问题。并不断的充实自己。以上是本次课程设计的指导过程中的心得与体会以及对课程设计完成情况的总结，希望在以后的学习当中能扬长避短，以期取得更好的学习效果。在学院精心安排下，我成功地完成了课程设计，从中学到了许多知识，提高了能力，受益匪浅。经过这一周的设计，我清楚的知道了计数器的工作过程，怎样强制它成为我想要的进制位数，数字比较器的应用，逻辑门电路灵活的特性，译码器及显示器的功能实现等