数字电子线路课程设计报告-产品计数器.doc

学号： 2010 - 2011学年 第 2 学期 数字电子线路课程设计报告题 目： 产品计数器 专 业： 通信工程 班 级： 姓 名： 指导教师： 电气工程系2011年6月4日课 程 设 计 任 务 书 设计任务：1、 描述设计功能。2、 确定总体设计方案。3、 确定每步骤的电路。4、 选择设计电路以及器件选型。5、 设计总体电路，并仿真。目录摘要：41、计数器的概述52、基本原理.53、 器件选型及简介6(1)、74LS1607(2)、744884、方案设计与选择85，单元电路设计与参数计算.9（1）、信号转换电路9（2）、脉冲整形电路10（3） 计数器连接电路10( 4 )、显示系统电路116 系统调试127 设计总结.148 参考文献.14 摘要： 21世纪是信息时代，是获取信息，处理信息，运用信息的时代。传感与检测技术的重要性在于它是获得信息并对信息进行必要处理的基础技术，是获取信息和处理加工信息的手段，无法获取信息则无法运用信息。光电式传感器是将光信号转化为电信号的一种传感器。它的理论基础是光电效应。这类效应大致可分为三类。第一类是外光电效应，即在光照射下，能使电子逸出物体表面。利用这种效应所做成的器件有真空光电管、光电倍增管等。第二类是内光电效应，即在光线照射下，能使物质的电阻率改变。这类器件包括各类半导体光敏电阻。第三类是光生伏特效应，即在光线作用下，物体内产生电动势的现象，此电动势称为光生电动势。这类器件包括光电池、光电晶体管等。光电效应都是利用光电元件受光照后，电特性发生变化。敏感的光波长是在可见光附近，包括红外波长和紫外波长。数字式电子计数器有直观和计数精确的优点，目前已在各种行业中普遍使用。数字式电子计数器有多种计数触发方式，它是由实际使用条件和环境决定的。有采用机械方式的接触式触发的，有采用电子传感器的非接触式触发的，光电式传感器是其中之一，它是一种非接触式电子传感器。采用光电传感器制作的光电式电子计数器。这种计数器在工厂的生产流水线上作产品统计，有着其他计数器不可取代的优点。计数器的概述计数是一种最简单基本的运算，计数器就是实现这种运算的逻辑电路，计数器在数字系统中主要是对脉冲的个数进行计数，以实现测量、计数和控制的功能，同时兼有分频功能，计数器是由基本的计数单元和一些控制门所组成，计数单元则由一系列具有存储信息功能的各类触发器构成，这些触发器有RS触发器、T触发器、D触发器及JK触发器等。计数器在数字系统中应用广泛，如在电子计算机的控制器中对指令地址进行计数，以便顺序取出下一条指令，在运算器中作乘法、除法运算时记下加法、减法次数，又如在数字仪器中对脉冲的计数等等。计数器可以用来显示产品的工作状态，一般来说主要是用来表示产品已经完成了多少份的折页配页工作。它主要的指标在于计数器的位数，常见的有3位和4位的。很显然，3位数的计数器最大可以显示到999，4位数的最大可以显示到9999。一基本原理 当成品从流过，通过光源和光电二极管组成的特殊计数轨道时，造成瞬时遮光，使用发光电阻其电阻值能随着外界光照强弱（明暗）变化而变化，进而把光信号能够用电压来表示，使用555定时器改装成的施密特触发器对电压信号整形获得比较理想的矩形脉冲波形，送入4个74LS160并联计数器的计数输入口，计数器能够从0000-9999计数，每个计数器连接一个7448译7448驱动BS201半导体数码管，显示计数，即流过产品的个数。 设计方案方框图3、 器件选型及简介(1).74LS160 引出端符号： TC:进位输出端 CEP:计数控制端 Q0-Q3:输出端 CET:计数控制端 CP:时钟输入端（上升沿有效） /MR:异步清除输入端（低电平有效） /PE:同步并行输入置数端（低电平有效）1.作用：实现计时的功能，为脉冲分配器做好准备。 2. 结构和功能 160为十进制计数器，直接清零。 简要说明:160为可预置的十进制计数器，共有54/74160 和54/74LS160 两种线路结构型式,下表是74LS160的主要电器特性 异步清零端/MR1 为低电平时，不管时钟端CP信号状态如何，都可以完成清零功能。 160的预置是同步的。当置入控制器/PE为低电平时，在CP上升沿作用下，输出端Q0-Q3与数据输入端P0-P3一致。对于54/74160，当CP由低至高跳变或跳变前，如果计数器控制端CEP、CET为高电平，则/PE应避免由低至高电平的跳变，而54/74LS160无此种限制。 160的计数是同步的，靠CP同时加在四个触发器上而实现的。 当CEP、CET均为高电平时，在CP上升沿作用下Q0-Q3同时变化，从而消除了异步计数器中出现的计数尖峰。对于54/74LS160的CEP、CET跳变与CP无关。 160有超前进位功能。当计数溢出时，进位输出端（TC）输出一个高电平脉冲，其宽度为Q0的高电平部分。 在不外加门电路的情况下，可级联成N位同步计数器。 对于54/74LS160，在CP出现前，即使CEP、CET、/MR发生变化，电路的功能也不受影响。 (2)、7448图1-3 7448 的引脚排列7448除了有实现7段显示译码器基本功能的输入（DCBA）和输出（YaYg）端外，7448还引入了灯测试输入端（LT）和动态灭零输入端（RBI），以及既有输入功能又有输出功能的消隐输入/动态灭零输出（BI/RBO）端。 由7448真值表可获知7448所具有的逻辑功能：（1）7段译码功能（LT=1，RBI=1）在灯测试输入端（LT）和动态灭零输入端（RBI）都接无效电平时，输入DCBA经7448译码，输出高电平有效的7段字符显示器的驱动信号，显示相应字符。除DCBA = 0000外，RBI也可以接低电平，见表1中116行。（2）消隐功能（BI=0）此时BI/RBO端作为输入端，该端输入低电平信号时，表1倒数第3行，无论LT 和RBI输入什么电平信号，不管输入DCBA为什么状态，输出全为“0”，7段显示器熄灭。该功能主要用于多显示器的动态显示。（3）灯测试功能（LT = 0）此时BI/RBO端作为输出端， 端输入低电平信号时，表1最后一行，与 及DCBA输入无关，输出全为“1”，显示器7个字段都点亮。该功能用于7段显示器测试，判别是否有损坏的字段。（4）动态灭零功能（LT=1，RBI=1）此时BI/RBO端也作为输出端，LT 端输入高电平信号，RBI 端输入低电平信号，若此时DCBA = 0000，表1倒数第2行，输出全为“0”，显示器熄灭，不显示这个零。DCBA0，则对显示无影响。该功能主要用于多个7段显示器同时显示时熄灭高位的零。四 方案设计与选择方案：使用光电二极管作为信号转换元件，其信号转换电路和整形电路如下当光敏二极管受光源照射时，使BG1导通，BG2跟着导通，BG3截止，BG4截止，BG5导通。当成品从流过，通过光源和光电二极管组成的特殊计数轨道时，造成瞬时遮光，使BG1截止，BG2跟着截止，BG3导通，BG4导通，BG5截止，输出一个正脉冲矩形波，再送给10位计数器计数。本设计为了防止误动作，采用了射极单稳延时电路，保证一个产品只遮光一次，计数正确。但是该方案电路设计复杂，零器件多而散，参数估计困难故采用集成芯片555定时器改装施密特出发电路，直接与光电电阻连接，电路简单，易于实现。五. 单元电路设计与参数计算 1. 信号转换电路 光敏电阻器是一种对光敏感的元件，它的电阻值能随着外界光照强弱（明暗）变化而变化。 光敏电阻器在电路中用字母“R”或“RL”、“RG”表示。 从GL3537-1光敏电阻的参数表我们可以看出，光敏电阻在暗光下，电阻很大，在光强是10Lux时候，阻值只有20-30K，而这个环境条件我们能够在计数器轨道上配置，使光敏电阻值的变化符合我们的需求。从而使光信号有效的变为电信号。2. 脉冲整形电路把555定时器改接成施密特触发器，它具有一下特点：输入信号在上升和下降过程中，电路状态转换的输入电平不同；电路状态转换时有正反馈过程，使输出波形边沿变陡。利用这两个特点，不仅能将边沿变化缓慢信号波形整形为边沿陡峭的矩形波，而且可以将叠加在矩形脉冲高、低电平上的噪音有效的清楚。其接法如下图所示： 如上图所示，电路以555为核心，与光敏电阻RG和RP1等组成。RG随光照的强弱呈现不同的阻值，利用555内部的两个比较器的复位和置位特性，便可组成施密特触发器。当光强时，RG呈低阻，2脚呈高电平（2/3Vdd触发电平），555第三脚置低位；当光弱时，RG呈高阻，6脚电瓶低于1/3Vdd阀值电平，第三脚置高位。送出高电平脉冲。使用时，把滑动变阻器RP的阻值调到最大100K，其参数选择100K理由如下光线强时RG的电阻为R1VI=VDD/(RI+Rp1)*Rp1 RI25K RP1=100KRp1/(RI+Rp1) 2/3VDD 即输入高电平，Vo输出低电平。 光线弱时RG的电阻为R2VI=VDD/(RI+Rp1)*Rp1 RI2M RP1=100KRp1/(RI+Rp1)1/3VDD 即输入低电平，Vo输出高电平。3.计数器连接电路 选用十位计数器74LS160 ，其Rd端为0 时所有触发器将同时被置零，而且置零操作不受其他输入端状态的影响。当Rd端为1、Ld端为0时，电路工作在预置数状态。当Rd和Ld端同时为1而EP为0、ET为1时，这时计数器工作在保持状态。如果ET为0，则EP不论为何状态，计数器的状态也将保持不变，但这时进位输出C等于0。当Rd、Ld、EP、ET端皆为1时，电路工作在计数状态，可以利用C其中计数器为四片74160.构成。74160的功能表及外部引脚图如图下4示。端输出的高电平或下降沿作为进位输出信号。上图所示是四个74106并行进位方式连接接法。以第一篇的进位输出C作为第二片的EP和ET输入，当第一片计成（1001）时C变为1，下个CP信号到达第二片时为计数工作状态，计入1，而第一片计成(0000),他的C端回到低电平。第一片的EP和ET恒为1，始终处于计数工作状态。四个74106工作范围为0000-9999.4. 显示系统电路 用7448可以直接驱动共阴极的半导体数码管BS201。由7448的输出电路可以看到，当输出管截止，输出为高电平时，流过数码管的电流是有Vcc经1K上拉电阻提供的。当Vcc=5V时候，这个电阻只有2mA左右。 用7448驱动BS201的连接方法图7448七段显示译码器输出高电平有效，用以驱动共阴极显示器。三个辅助控制端：LT、RBI、BI/RBO(1) 灭灯输入BI/RBO有时作输入，有时作输出。作输入时，且BI=0，无论其他输入端是什么电平，所有各段均为，所以字形熄灭。(2) 试灯输入LT当LT=0,且RBO=1，此时无论其他输入端是什么状态，所有各段输出均为，字形全显。(3)动态灭零输入RBI 当LT=1,RBI=0且DCBA=0000时，灭零。(4)动态灭零输出RBOBI/RBO作为输出使用时，受控于LT和RBI。当LT=1且RBI=0，输入代码 DCBA=0RBO=0时，RBO=0；若LT=0或LT=1且RBI=1，则 RBO=1。该端主要用于显示多位数字时，多个译码器之间的连接。 将灭零输入与灭零输出配合使用，即可实现多位数码显示系统的灭零控制。上图使用了灭零控制的方法。只需在整数部分把高位的RBO与低位的RBI连接，就可以把前面多余的零灭掉了。 系统原理图六系统调试：在整个电路连接好之后，便可以进行以下方式的调试。对于整个电路，首先用生产线上的一个成品不断遮挡光线，得到一组数据，看所得数据与遮挡次数是否一致，如一致，再对电路进行复位操作（按开关见），看结果是否为0，如是，则符合要求。相同情形试验几次，如都是这样结果，说明一切正常，符合预期结果！说明：现场情况多变，由TTL电路输出电压信号可能不能满足要求，此时可对此输出端电压进行适当放大或缩小，以满足要求！七设计总结 通过这次电子技术课程设计，让我了解了设计电路的程序.培养学生综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程.回顾起此次课程设计，至今我仍感慨颇多，的确，从选题到定稿，从理论到实践，在短短的一个星期的日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。通过这次数电课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做数电课程设计，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。总体来说,这次实习我受益匪浅.1、提高了我们的逻辑思维能力，使我们在逻辑电路的分析与设计上有了很大的进步。加深了我们对组合逻辑电路与时序逻辑电路的认识，进一步增进了对一些