毕业设计----生产线产品产量自动计数器电路设计.doc

毕业设计说明书（论文）课题名称：生产线产品产量自动计数器电路设计毕业设计（论文）任务书 1.毕业设计（论文）题目：生产线产品产量自动计数器电路设计2.毕业设计（论文）使用的原始资料数据及设计技术要求：1、电子技术基础实验；2、数字电子技术基础本设计要求发光器件和光接收器件之间的距离大于1m，最大计数值为99，每计数100，用灯闪烁2s指示一下，LED数码管显示计数值，可上电自动复位和外部手动人工复位。3.毕业设计（论文）工作内容及完成时间：此设计采用组合与时序逻辑电路,采用模块化方法设计电路图。每计数一百LED灯闪烁2s，同时蜂鸣器发出响声作为提示音。日期：自2010年12月15日至2011年4月2日指导老师评语：_ 指导老师：_ 系主任：_摘要电子计数器在科学技术领域、工农业生产以及日常生活中发挥着越来越重要的作用。人类社会对电子计数器提出的越来越高的要求，电子计数器技术的发展和电子技术的高速发展密不可分，从而为现代科学技术突飞猛进则提供了坚强的后盾。本电路设计是根据生活中的需要而设计出来的一种计数器。它适用于工厂生产流水线的计数和产品的包装等方面，具有成本低、灵敏度高等优点。该模拟计数器用于工厂流水线计数，在数码管上计数。当物品计满一定个数时，传送带停止传送，灯闪烁2s指示一下，提醒工作人员操作。几秒后，操作完成，传送恢复工作，计数器重新计数，如此循环。系统用的变压器,是将220V的交流市电降为12V的安全电压，经过整流、滤波和7809集成稳压器稳压，输出+9V的直流电压,作为系统的供电直流电源。电路主要是通过输出+9V的直流电压来对各个小模块主控供电。由红外线传感器检测产生模拟信号，通过NE555构成施密特触发器对传感器模拟信号进行波形整形，信号进入 进行计数、译码、驱动数码管，最终通过数码管显示出来。关键词：计数器、译码、驱动。目录毕业设计（论文）任务书2摘要3关键词3一、设计要求及技术指标6二、光电计数器简介6三、设计方案7四、主要设计思路7五、主要原件介绍85.1、74LS190简介85.2、74LS47译码器简介95.3、数码管115.4集成555定时器125.5、74LS00与非门135.6、74LS08管脚图如图10所示：135.7、三端集成稳压器145.8、整流桥14六、设计电路156.1、计数、译码、显示及上电和手动清零电路156.2、单稳态电路166.3、方波发生器176.4、驱动电路186.5电源电路19总电路图20原件清单21参考文献23总结24一、设计要求及技术指标1、发光器件和光接收器件之间的距离大于1m。2、有抗干扰技术，防止背景光或瓶子抖动产生误计数。3、最大计数值为99。4、每计数100，用灯闪烁2s指示一下。5、LED数码管显示计数值。6、可上电自动复位和外部手动人工复位。二、光电计数器简介在啤酒、汽水和罐头等灌装生产线上，常常需要对随传送带传送到包装处的成品瓶进行自动计数，以便统计产量或为计算机管理系统提供数据。光电计数器是通过红外线发射和接收进行计数，有直射式和反射式两种，通常用于流水线作业工件计数。直射式的发射、接收分体，发生器和接收器分别置于流水线两边，中间没有阻挡时发射器的红外线射到接收器，接收器收到发射来的红外线，经相反处理使之没有信号输出，有工件经过时挡住光路，接收机失去红外线信号的便输出一个脉冲信号到运算累加器进行计数。发射式是发射、接收同体，置流水线一边，前面没有工件往下流时，发射器发出的红外线直接射出没有发射，接收器没有接收到反射来的红外线信号没有输出。有工件经过时挡住光电路使发射器发出的红外线信号发射到接收器上，接收器接收到反射来的红外线信号便输出一个脉冲信号到运算累加器进行计数。三、设计方案采用组合逻辑电路和时序逻辑电路实现电路框图如图1所示，图1四、主要设计思路没有瓶子挡光时，光接收电路输出低电平，有瓶子挡光时，光接收电路输出高电平。所以每当有一个瓶子通过时，光电转换电路输出一个正脉冲通过单稳态电路给计数电路，计数电路累加计数。由于当计数达到99后，若再有瓶子通过，由555组成的单稳态电路便会输出一个持续时间为2s的高电平脉冲，与另一个由555组成的方波发生器电路一起经过一个与门以及三极管驱动后使LED灯闪烁2s，同时蜂鸣器发出响声作为提示音。此设计采用组合与时序逻辑电路,采用模块化方法设计电路图，易于实现对电路的检查，且制作成本较低。但其运用了较多的模拟器件，比较容易受到外界的影响。五、主要元件介绍5.1、74LS190简介74LS190为十进制同步加/减计数器74LS190。其管脚图和功能表如图2和图3所示：图2 74LS190管脚图图3 74LS190功能表 74LS190 的预置是异步的，当置入控制端（ LD ）为低电平时，不管时钟CP 的状态如何，输出端（Q0Q3）即可预置成与数据输入端（D0D3）相一致的状态。74LS190 的计数是同步的，靠CP 加在4 个触发器上而实现。当计数控制端（CT ）为低电平时，在CP 上升沿作用下Q0Q3同时变化，从而消除了异步计数器中出现的计数尖峰。当计数方式控制（U /D）为低电平时进行加计数，当计数方式控制（U /D）为高电平时进行减计数。只有在CP 为高电平时CT 和U /D 才可以跳变。74LS190 有超前进位功能。当计数溢出时，进位/错位输出端（CO/BO）输出一个低电平脉冲，其宽度为CP 脉冲周期的高电平脉冲；行波时钟输出端（ RC ）输一个宽度等于CP 低电平部分的低电平脉冲。利用 RC 端，可级联成N 位同步计数器，当采用并行CP控制时，则将RC 接到后一级CT ；当采用并行CT 控制时，则将RC 接到后一级CP。我们的设计中也用到了这个功能。5.2、74LS47译码器简介74LS47管脚图和功能表如图4和图5所示：图4 74LS47管脚图输入输出123456789DCBAHHHHHHHHHHHHHXXXXXXXXLLHHLXXXXXXXLHLHHHXXXXXXLHHHLLLXXXXXLHHHHLLHXXXXLHHHHHLHLXXXLHHHHHHLHHXXLHHHHHHHHLLXLHHHHHHHHHLHLHHHHHHHHHHHL图5 74LS47功能表74LS47是驱动共阳极LED数码管的译码驱动器。为了直接驱动指示灯，74LS47的输出端是低电平作用的，即输出为0是，对应的字段点亮；输出为1时，对应的字段熄灭。译码器有4个使能端，灯测试输入、静态灭灯输入、动态灭零输入、动态灭零输出。当接低电平且/端接高电平时，译码器各段输出低电平，数码管七段全亮，因此可利用此端输入低电平对数码管进行测试。是动态灭零输入使能端，=1，=0时，如果输入数码DCBA=0000，译码器各段输出端均为高电平，数码不显示数字，并且灭零输出为0。利用端，可对无意义的零进行消隐。是静态灭灯输入使能端，它与灭零输出共用一个输出端，当=0，不论DCBA为何值状态，译码器各段输出均为高电平，显示器各段均不亮，利用可对数码管进行熄灭或工作控制。是动态灭零输出，当=0，=1，DCBA=0000时，表示译码器出于灭零状态，此时/为输出端，输出=0。端的设置主要用于多个译码器级联时，对无意义的零消隐。在本次的设计中，我们用动态灭零端实现零消隐。5.3、数码管图6 数码管管脚图中小型的荧光数码管和发光二极管显示器多采用七段形式显示。荧光数码管是一种真空管，其外形引脚如上图所示，灯丝兼作阴极，阳极由涂发光物质的材料制成，其形状为a、b、c、d、e、f、g，七个笔画段构成的8字，也可增加一个点状显示灯表示小数点。阳极与阴极之间设有栅极，当灯丝加热时发射电子，经加20V电压的栅极加速后撞击到阳极，如该阳极接有20V高压则发出荧光；若该阳极未接高压则不发荧光，由此显示相应的字形。七段发光二极管显示器的原理与荧光显示器相似，用七个发光二极管构成a、b、c、d、e、f、g七个笔画段，并分为共阳极和共阴极两种连接方法。共阳极是将七个发光二极管的阳极接在一起并接在正电源上，阴极接到译码器的各输出端，当哪个发光二极管的阴极为低电平时对应的那个发光二极管就导通发光。共阴极则是将七个发光二极管的阴极联在一起并接地，阳极译码器的各输出端，哪一个阳极为高电平时对应的那个二极管就发光。我们在实验中用到的是共阳极的数码管，在连接电路的时候将3、8两个管脚都接到正电源上。5.4集成555定时器集成555定时器的管脚图、内部结构图和功能表如图7、图8和表1所示：图7 成555定时器的管脚图图8集成555定时器内部结构图TH（6）TR（2）R(4)OUT(3)T管D（7）LL导通L2/3UDDHL导通L2/3UDD1/3UDDH不变不变不变2/3UDD1/3UDDHH截止H表1集成555定时器功能表555定时电路由2个比较器、1个基本RS触发器、1个反相缓冲器、1个漏极开路的NMOS管和3个5K的电阻组成分压器组成。555外接适当的电阻、电容能方便的构成单稳态触发器和多谢振荡器。在本次设计中，我们采用555构成单稳态触发器来控制计数到达99时灯亮的时间以及防止瓶子抖动而重复计数；除此之外，还用555构成多谐振荡器来控制灯闪的频率和蜂鸣器发声的频率。5.5、74LS00与非门74LS00管脚图如图9所示：图9 74LS00管脚图5.6、74LS08管脚图如图10所示：图10 74LS08管脚图5.7、三端集成稳压器L78、79系列集成稳压器是一种有广泛用途的三端集成稳压器。W78系列三端集成稳压电路具有固定输出正电压，L79系列三端集成稳压电路具有固定输出负电压。这两个系列稳压器都具有较完善的短路和限流保护、过热保护和调整管安全工作区保护电路，因而他的工作是比较可靠的。字母后面的数字表示输出电压，电压等级：5V、6V、8V、12V、15V、18V、24V。在本次试验中，实验中要求工作电源为220V交流电，而芯片供电应为5V,因此我们选用L7805，作为稳压芯片。5.8、整流桥整流桥的作用是将交流电转变为直流脉动电压。整流桥堆产品是由四只整流硅芯片作桥式连接，外用绝缘朔料封装而成，大功率整流桥在绝缘层外添加锌金属壳包封，增强散热。最大整流电流从0.5A到100A，最高反向峰值电压从50V到1600V。一般整流桥命名中有3个数字,第一个数字代表额定电流;后两个数字代表额电压。本实验用RS307，即额定电流3A，额定电压1000V。六、设计电路6.1、计数、译码、显示及上电和手动清零电路接光电转换防抖电路图11计数、译码、显示及上电和手动清零电路图计数、译码、显示及上电和手动清零电路如上图所示。74LS190为十进制可加减计数器，其中，74LS190（U2）为低位，74LS190（U1）为高位。74LS190（U2）的时钟端与光电转换电路相连，用光电转换电路的输出端的电平变化作为计数时钟脉冲，用来计数；74LS190（U1）的时钟端与74LS190（U2）的进位位相连，实现向高位进位的目的，从而实现计数功能。用7447与七段数码管相连，实现计数的译码和显示。从上面介绍过的7447的功能表不难看出，将7447（U3）的RBI直接接地，可以实现高位的零消隐。单刀双置开关J1用来控制加减计数。当J1为低电平时，是加法计数；当J1为高电平时，为减法计数。单刀双置开关J2用作手动清零。当复位端为零时，手动复位。6.2、单稳态电路（1）由于要求计数达到100时，灯要闪烁2秒，同时喇叭发出提示音。我们用NE555组成的单稳态电路在计数超过99时，产生一个持续时间为2S的高电平脉冲，用做LED灯闪烁及蜂鸣器蜂鸣的门电路。电路图如图12：图12单稳态电路图 上图为单稳态电路，暂态时间tw=1.1RC,经计算，基本符合实验要求。（2）为防止瓶子抖动，而多次触发计数，我们在光电开关之后加入一个单稳态电路以防止其多次触发。我们选取1s的单稳电路。又由于光电开关在未挡住时是低电平，而挡住时是高电平，而单稳电路是负脉冲触发，因而在光电开关和单稳电路之间加一个非门，以实现光电开关的正确触发，具体电路图13所示：图13 光电转换防抖电路6.3、方波发生器方波发生电路依然由NE555组成。由NE555组成的振荡电路产生任意频率可调的方波信号。方波发生器输出信号与单稳态输出的信号相与，用于控制LED等的闪烁的频率和蜂鸣器的频率。不同的频率可以由电阻及电容值的变化来控制，控制蜂鸣器和LED频率的电路分别如下图5-3和5-4所示。由于人眼的视觉暂留效应，为能准确分辨灯的闪烁，取为0.2s。而蜂鸣器的频率要求在5001000HZ之间。计算后，可以得到电阻及电容的相关参数。其中图14频率为0.2s，图15频率为0.0016s（621HZ）。图14 周期为0.2秒的方波发生器图15 频率为621Hz秒的方波发生器6.4、驱动电路1）LED灯闪烁电路图16 LED灯闪烁电路LED灯闪烁电路如上图所示，当输入端为高电平时，LED灯亮，当输入端为低电平时，LED灯灭。2）蜂鸣器电路图17蜂鸣器电路蜂鸣器电路如上图16所示，原理与LED灯闪烁电路大致相同.6.5V电源电路在电子电路中，通常需要电压稳定的直流电源供电，小功率稳压电源一般是由电源变压器、整流、滤波和稳压四部分电路组成。此设计采用5V电源供电。总电路图元件清单数量描述274LS, 74LS08D174LS, 74LS00D2SWITCH, SPDT1BJT_NPN, 2N30191BUZZER, BUZZER 500 Hz 1LED_red274LS, 74LS190D3CAPACITOR, 1.0F4CAPACITOR, 10nF1RESISTOR, 1k15RESISTOR, 3004MIXED_VIRTUAL, 555_VIRTUAL2RESISTOR, 200k1CAPACITOR, 100nF2RESISTOR, 100k1RESISTOR, 20k1RESISTOR, 200274LS,74LS472数码管1TS_XFMR11FWB, 3N2591VOLTAGE_REGULATOR, LM7805CT1CAP_ELECTROLIT, 2.2mF1CAPACITOR, 330nF参考文献 1侯建军.电子技术基础实验、综合设计实验与课程设计M.北京：高等教育出版社,2007.2侯建军.数字电子技术基础M.（第二版）.北