生產(chǎn)線產(chǎn)品產(chǎn)量自動計數(shù)器電路設計

1、畢業(yè)設計說明書（論文）課題名稱：生產(chǎn)線產(chǎn)品產(chǎn)量自動計數(shù)器電路設計航空電子設備維修 專業(yè)學生姓名：趙繁指導老師：姚衛(wèi)華年 月 班 學號 29 技術職稱_ 日畢業(yè)設計（論文）任務書學生姓名：趙繁 班級：0813311. 畢業(yè)設計（論文）題目： 生產(chǎn)線產(chǎn)品產(chǎn)量自動計數(shù)器電路設計2. 畢業(yè)設計（論文）使用的原始資料數(shù)據(jù)及設計技術要求：1、電子技術基礎實驗；2、數(shù)字電子技術基礎本設計要求發(fā)光器件和光接收器件之間的距離大于1m ，最大計數(shù)值為99，每計數(shù)100，用燈閃爍2s 指示一下，LED 數(shù)碼管顯示計數(shù)值，可上電自動復位和外部手動人工復位。3. 畢業(yè)設計（論文）工作內(nèi)容及完成時間：此設計采用組合與時序

2、邏輯電路, 采用模塊化方法設計電路圖。每計數(shù)一百LED 燈閃爍2s ，同時蜂鳴器發(fā)出響聲作為提示音。日期：自年指導老師評語：_指導老師：_ 系主任：_摘要電子計數(shù)器在科學技術領域、工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及日常生活中發(fā)揮著越來越重要的作用。人類社會對電子計數(shù)器提出的越來越高的要求，電子計數(shù)器技術的發(fā)展和電子技術的高速發(fā)展密不可分，從而為現(xiàn)代科學技術突飛猛進則提供了堅強的后盾。本電路設計是根據(jù)生活中的需要而設計出來的一種計數(shù)器。它適用于工廠生產(chǎn)流水線的計數(shù)和產(chǎn)品的包裝等方面，具有成本低、靈敏度高等優(yōu)點。該模擬計數(shù)器用于工廠流水線計數(shù)，在數(shù)碼管上計數(shù)。當物品計滿一定個數(shù)時，傳送帶停止傳送，燈閃爍2s 指示一下

3、，提醒工作人員操作。幾秒后，操作完成，傳送恢復工作，計數(shù)器重新計數(shù)，如此循環(huán)。系統(tǒng)用的變壓器, 是將220V 的交流市電降為12V 的安全電壓，經(jīng)過整流、濾波和7809集成穩(wěn)壓器穩(wěn)壓，輸出+9V的直流電壓, 作為系統(tǒng)的供電直流電源。電路主要是通過輸出+9V的直流電壓來對各個小模塊主控供電。由紅外線傳感器檢測產(chǎn)生模擬信號，通過NE555構成施密特觸發(fā)器對傳感器模擬信號進行波形整形，信號進入 進行計數(shù)、譯碼、驅動數(shù)碼管，最終通過數(shù)碼管顯示出來。關鍵詞：計數(shù)器、譯碼、驅動。目錄畢業(yè)設計（論文）任務書 . 2摘要 . 3關鍵詞 . 3一、設計要求及技術指標 . 6二、光電計數(shù)器簡介 . 6三、設計方案

4、 . 7四、主要設計思路 . 7五、主要原件介紹 . 85.1、74LS190簡介 . 85.2、74LS47譯碼器簡介 . 95.3、數(shù)碼管 . 115.4集成555定時器 . 125.5、74LS00與非門 . 145.6、74LS08管腳圖如圖10所示： . . 145.7、三端集成穩(wěn)壓器 . 145.8、整流橋 . 15六、設計電路 . 156.1、計數(shù)、譯碼、顯示及上電和手動清零電路 . 156.2、單穩(wěn)態(tài)電路 . 176.3、方波發(fā)生器 . 186.4、驅動電路 . 196.5電源電路 . 20總電路圖. 21原件清單. 21參考文獻. 21總結 . 25一、設計要求及技術指標1、

5、發(fā)光器件和光接收器件之間的距離大于1m 。2、有抗干擾技術，防止背景光或瓶子抖動產(chǎn)生誤計數(shù)。3、最大計數(shù)值為99。4、每計數(shù)100，用燈閃爍2s 指示一下。5、LED 數(shù)碼管顯示計數(shù)值。6、可上電自動復位和外部手動人工復位。二、光電計數(shù)器簡介在啤酒、汽水和罐頭等灌裝生產(chǎn)線上，常常需要對隨傳送帶傳送到包裝處的成品瓶進行自動計數(shù)，以便統(tǒng)計產(chǎn)量或為計算機管理系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)。光電計數(shù)器是通過紅外線發(fā)射和接收進行計數(shù)，有直射式和反射式兩種，通常用于流水線作業(yè)工件計數(shù)。直射式的發(fā)射、接收分體，發(fā)生器和接收器分別置于流水線兩邊，中間沒有阻擋時發(fā)射器的紅外線射到接收器，接收器收到發(fā)射來的紅外線，經(jīng)相反處理使之沒

6、有信號輸出，有工件經(jīng)過時擋住光路，接收機失去紅外線信號的便輸出一個脈沖信號到運算累加器進行計數(shù)。發(fā)射式是發(fā)射、接收同體，置流水線一邊，前面沒有工件往下流時，發(fā)射器發(fā)出的紅外線直接射出沒有發(fā)射，接收器沒有接收到反射來的紅外線信號沒有輸出。有工件經(jīng)過時擋住光電路使發(fā)射器發(fā)出的紅外線信號發(fā)射到接收器上，接收器接收到反射來的紅外線信號便輸出一個脈沖信號到運算累加器進行計數(shù)。三、設計方案采用組合邏輯電路和時序邏輯電路實現(xiàn)電路框圖如圖1所示， 圖1四、主要設計思路沒有瓶子擋光時，光接收電路輸出低電平，有瓶子擋光時，光接收電路輸出高電平。所以每當有一個瓶子通過時，光電轉換電路輸出一個正脈沖通過單穩(wěn)態(tài)電路給計

7、數(shù)電路，計數(shù)電路累加計數(shù)。由于當計數(shù)達到99后，若再有瓶子通過，由555組成的單穩(wěn)態(tài)電路便會輸出一個持續(xù)時間為2s 的高電平脈沖，與另一個由555組成的方波發(fā)生器電路一起經(jīng)過一個與門以及三極管驅動后使LED 燈閃爍2s ，同時蜂鳴器發(fā)出響聲作為提示音。此設計采用組合與時序邏輯電路, 采用模塊化方法設計電路圖，易于實現(xiàn)對電路的檢查，且制作成本較低。但其運用了較多的模擬器件，比較容易受到外界的影響。五、主要元件介紹5.1、74LS190簡介74LS190為十進制同步加/減計數(shù)器74LS190。其管腳圖和功能表如圖2和圖3所示： 圖2 74LS190管腳圖 圖3 74LS190功能表74LS190

8、的預置是異步的，當置入控制端（ LD ）為低電平時，不管時鐘CP 的狀態(tài)如何，輸出端（Q 0Q 3）即可預置成與數(shù)據(jù)輸入端（D 0D 3）相一致的狀態(tài)。74LS190 的計數(shù)是同步的，靠CP 加在4 個觸發(fā)器上而實現(xiàn)。當計數(shù)控制端（CT ）為低電平時，在CP 上升沿作用下Q 0Q 3同時變化，從而消除了異步計數(shù)器中出現(xiàn)的計數(shù)尖峰。當計數(shù)方式控制（U /D）為低電平時進行加計數(shù)，當計數(shù)方式控制（U /D）為高電平時進行減計數(shù)。只有在CP 為高電平時CT 和U /D 才可以跳變。74LS190 有超前進位功能。當計數(shù)溢出時，進位/錯位輸出端（CO/BO）輸出一個低電平脈沖，其寬度為CP 脈沖周期的

9、高電平脈沖；行波時鐘輸出端（ RC ）輸一個寬度等于CP 低電平部分的低電平脈沖。利用 RC 端，可級聯(lián)成N 位同步計數(shù)器，當采用并行CP 控制時，則將RC 接到后一級CT ；當采用并行CT 控制時，則將RC 接到后一級CP 。我們的設計中也用到了這個功能。5.2、74LS47譯碼器簡介74LS47管腳圖和功能表如圖4和圖5所示： 圖4 74LS47管腳圖圖5 74LS47功能表74LS47是驅動共陽極LED 數(shù)碼管的譯碼驅動器。為了直接驅動指示燈，74LS47的輸出端是低電平作用的，即輸出為0是，對應的字段點亮；輸出為1時，對應的字段熄滅。譯碼器有4個使能端，燈測試輸入LT 、靜態(tài)滅燈輸入B

10、I 、動態(tài)滅零輸入RBI 、動態(tài)滅零輸出RBO 。當LT 接低電平且BI /RBO 端接高電平時，譯碼器各段輸出低電平，數(shù)碼管七段全亮，RBI 是動態(tài)滅零輸入使能端，LT =1，RBI =0時，如果輸入數(shù)碼DCBA=0000，譯碼器各段輸出端均為高電平，數(shù)碼不顯示數(shù)字，并且滅零輸出RBO 為0。利用RBI 端，可對無意義的零進行消隱。BI 是靜態(tài)滅燈輸入使能端，它與滅零輸出RBO 共用一 個輸出端，當BI =0，不論DCBA 為何值狀態(tài)，譯碼器各段輸出均為高電平，顯示器各段均不亮，利用BI 可對數(shù)碼管進行熄滅或工作控制。RBO是動態(tài)滅零輸出，當RBI =0LT =1，DCBA=0000時，表示

11、譯碼器出于滅零狀態(tài)，此時BI /RBO 為輸出端，輸出RBO =0。RBO 端的設置主要用于多個譯碼器級聯(lián)時，對無意義的零消隱。在本次的設計中，我們用動態(tài)滅零端實現(xiàn)零消隱。 5.3、數(shù)碼管 圖6 數(shù)碼管管腳圖中小型的熒光數(shù)碼管和發(fā)光二極管顯示器多采用七段形式顯示。熒光數(shù)碼管是一種真空管，其外形引腳如上圖所示，燈絲兼作陰極，陽極由涂發(fā)光物質的材料制成，其形狀為a 、b 、c 、d 、e 、f 、g ，七個筆畫段構成的8字，也可增加一個點狀顯示燈表示小數(shù)點。陽極與陰極之間設有柵極，當燈絲加熱時發(fā)射電子，經(jīng)加20V 電壓的柵極加速后撞擊到陽極，如該陽極接有20V 高壓則發(fā)出熒光；若該陽極未接高壓則不

12、發(fā)熒光，由此顯示相應的字形。七 段發(fā)光二極管顯示器的原理與熒光顯示器相似，用七個發(fā)光二極管構成a 、b 、c 、d 、e 、f 、g 七個筆畫段，并分為共陽極和共陰極兩種連接方法。共陽極是將七個發(fā)光二極管的陽極接在一起并接在正電源上，陰極接到譯碼器的各輸出端，當哪個發(fā)光二極管的陰極為低電平時對應的那個發(fā)光二極管就導通發(fā)光。共陰極則是將七個發(fā)光二極管的陰極聯(lián)在一起并接地，陽極譯碼器的各輸出端，哪一個陽極為高電平時對應的那個二極管就發(fā)光。我們在實驗中用到的是共陽極的數(shù)碼管，在連接電路的時候將3、8兩個管腳都接到正電源上。 5.4集成555定時器集成555定時器的管腳圖、內(nèi)部結構圖和功能表如圖7、圖

13、8和表1所示：圖7 成555定時器的管腳圖U 7 放電3 輸出U 圖8集成555定時器內(nèi)部結構圖 表1集成555定時器功能表555定時電路由2個比較器、1個基本RS 觸發(fā)器、1個反相緩沖器、1個漏極開路的NMOS 管和3個5K 的電阻組成分壓器組成。555外接適當?shù)碾娮?、電容能方便的構成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和多謝振蕩器。在本次設計中，我們采用555構成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器來控制計數(shù)到達99時燈亮的時間以及防止瓶子抖動而重復計數(shù)；除此之外，還用555構成多諧振蕩器來控制燈閃的頻率和蜂鳴器發(fā)聲的頻率。5.5、74LS00與非門 74LS00管腳圖如圖9所示： 圖9 74LS00管腳圖5.6、74LS08管腳圖如圖

14、10所示： 圖10 74LS08管腳圖5.7、三端集成穩(wěn)壓器L78、79系列集成穩(wěn)壓器是一種有廣泛用途的三端集成穩(wěn)壓器。W78系列三端集成穩(wěn)壓電路具有固定輸出正電壓，L79系列三端集成穩(wěn)壓電路具有固定輸出負電壓。這兩個系列穩(wěn)壓器都具有較完善的短路和限流保護、過熱保護和調(diào)整管安全工作區(qū)保護電路，因而他的工作是比較可靠的。字母后面的數(shù)字表示輸出電壓，電壓等級：5V 、6V 、8V 、12V 、15V 、18V 、24V 。在本次試驗中，實驗中要求工作電源為220V 交流電，而芯片供電應為5V, 因此我們選用L7805，作為穩(wěn)壓芯片。 5.8、整流橋整流橋的作用是將交流電轉變?yōu)橹绷髅}動電壓。整流橋堆

15、產(chǎn)品是由四只整流硅芯片作橋式連接，外用絕緣朔料封裝而成，大功率整流橋在絕緣層外添加鋅金屬殼包封，增強散熱。最大整流電流從0.5A 到100A ，最高反向峰值電壓從50V 到1600V 。一般整流橋命名中有3個數(shù)字, 第一個數(shù)字代表額定電流; 后兩個數(shù)字代表額電壓。本實驗用RS307，即額定電流3A ，額定電壓1000V 。 六、設計電路6.1、計數(shù)、譯碼、顯示及上電和手動清零電路接光電轉換防抖電路圖11計數(shù)、譯碼、顯示及上電和手動清零電路圖計數(shù)、譯碼、顯示及上電和手動清零電路如上圖所示。74LS190為十進制可加減計數(shù)器，其中，74LS190（U 2）為低位，74LS190（U 1）為高位。7

16、4LS190（U 2）的時鐘端與光電轉換電路相連，用光電轉換電路的輸出端的電平變化作為計數(shù)時鐘脈沖，用來計數(shù)；74LS190（U 1）的時鐘端與74LS190（U 2）的進位位相連，實現(xiàn)向高位進位的目的，從而實現(xiàn)計數(shù)功能。用7447與七段數(shù)碼管相連，實現(xiàn)計數(shù)的譯碼和顯示。從上面介紹過的7447的功能表不難看出，將7447（U 3）的RBI 直接接地，可以實現(xiàn)高位的零消隱。單刀雙置開關J 1用來控制加減計數(shù)。當J 1為低電平時，是加法計數(shù)；當J 1為高電平時，為減法計數(shù)。單刀雙置開關J 2用作手動清零。當復位端為零時，手動復位。 6.2、單穩(wěn)態(tài)電路（1）由于要求計數(shù)達到100時，燈要閃爍2秒，同

17、時喇叭發(fā)出提示音。我們用NE555組成的單穩(wěn)態(tài)電路在計數(shù)超過99時，產(chǎn)生一個持續(xù)時間為2S 的高電平脈沖，用做LED 燈閃爍及蜂鳴器蜂鳴的門電路。電路圖如圖12： 圖12單穩(wěn)態(tài)電路圖上圖為單穩(wěn)態(tài)電路，暫態(tài)時間t w =1.1RC,經(jīng)計算，t w =1. 1210105-5=2. 2s，基本符合實驗要求。（2）為防止瓶子抖動，而多次觸發(fā)計數(shù)，我們在光電開關之后加入一個單穩(wěn)態(tài)電路以防止其多次觸發(fā)。我們選取1s 的單穩(wěn)電路。又由于光電開關在未擋住時是低電平，而擋住時是高電平，而單穩(wěn)電路是負脈沖觸發(fā)，因而在光電開關和單穩(wěn)電路之間加一個非門，以實現(xiàn)光電開關的正確觸發(fā)，具體電路圖13所示： 圖13 光電轉

18、換防抖電路6.3、方波發(fā)生器方波發(fā)生電路依然由NE555組成。由NE555組成的振蕩電路產(chǎn)生任意頻率可調(diào)的方波信號。方波發(fā)生器輸出信號與單穩(wěn)態(tài)輸出的信號相與，用于控制LED 等的閃爍的頻率和蜂鳴器的頻率。不同的頻率可以由電阻及電容值的變化來控制，控制蜂鳴器和LED 頻率的電路分別如下圖5-3和5-4所示。由于人眼的視覺暫留效應，為能準確分辨燈的閃爍，取為0.2s 。而蜂鳴器的頻率要求在5001000HZ之間。計算后，可以得到電阻及電容的相關參數(shù)。其中圖14頻率為0.2s ，圖15頻率為0.0016s （621HZ ）。 圖14 周期為0.2秒的方波發(fā)生器 圖15 頻率為621Hz 秒的方波發(fā)生

19、器6.4、驅動電路 1）LED 燈閃爍電路¸圖16 LED燈閃爍電路LED 燈閃爍電路如上圖所示，當輸入端為高電平時，LED 燈亮，當輸入端為低電平時，LED 燈滅。 2）蜂鳴器電路 圖17蜂鳴器電路蜂鳴器電路如上圖16所示，原理與LED 燈閃爍電路大致相同. 6.5V 電源電路在電子電路中，通常需要電壓穩(wěn)定的直流電源供電，小功率穩(wěn)壓電源一般是由電源變壓器、整流、濾波和穩(wěn)壓四部分電路組成。此設計采用5V 電源供電。 總電路圖 元件清單 參考文獻1侯建軍. 電子技術基礎實驗、綜合設計實驗與課程設計M.北京：高等教育出版社,2007.2侯建軍. 數(shù)字電子技術基礎M.（第二版）. 北京：高等教育出版社,2007.總結通過本次畢業(yè)