数电课程设计生产线计数器自动装箱系统的设计.doc

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1、沈 阳 工 程 学 院课 程 设 计设计题目： 生产线计数器自动装箱系统的设计 系 别 电气工程系 班级 继电本102 学生姓名 学号 指导教师 黄硕/秦宏 职称 讲师/讲师 起止日期：2012年12月17日起至 2012年12月21日止沈阳工程学院课程设计任务书课程设计题目： 生产线计数器自动装箱系统的设计 系 别 电气工程系 班级 继电本102 学生姓名 学号 指导教师 黄硕/秦宏 职称 讲师/讲师 课程设计进行地点： B419 任 务 下 达 时 间： 2012年11月26 日 起止日期：2012年12月17日起至 2012年12月21日止 教研室主任 曲延华 2012年12月1日批准

2、生产线计数器自动装箱系统的设计1 设计主要内容及要求1.1 设计目的： （1）掌握饮料瓶计数系统的构成，原理及设计方法； （2）熟悉集成电路的使用方法。1.2 基本要求 （1）通过对计数传感器的饮料瓶数目进行显示，当饮料瓶计数器达到95909600，发出溢出报警信号，记满后系统暂停； （2）每24瓶满装一箱，显示包装好的饮料的箱数； （3）每20箱装一车，显示包装好的饮料的箱数，同时发出报警信号，显示可以撞车。1.3 发挥部分 （1）系统暂停10分钟后重新启动； （2）记录系统重新启动的次数； （3）显示次品数。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，

3、发挥部分可任选2个方向： （2）符合设计要求的报告一份，其中包括逻辑电路图、实际接线图各一份； （3）设计过程的资料、草稿要求保留并随设计报告一起上交；报告的电子档需全班统一存盘上交。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，不少于3000字。图纸为A3，附录中的大图可以手绘，所有插图不允许复印。 （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、主要器件介绍）、小结、参考文献、附录（逻辑电路图与实际接线图）。3

4、 时间进度安排顺序阶段日期计 划 完 成 内 容备注12012.12.17讲解主要设计内容，学生根据任务书做出原始框图打分22012.12.18检查框图及初步原理图完成情况，讲解及纠正错误打分32012.12.19检查逻辑图并指出错误及纠正；讲解接线图绘制及报告书写打分42012.12.20继续修正逻辑图，指导接线图绘制方法，布置答辩打分52012.12.21答辩、写报告打分 2012-12-28 沈 阳 工 程 学 院 电子技术 课程设计成绩评定表系（部）： 电气工程系 班级：继电本102 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

5、,收集资料；能制定课程设计方案和日程安排。5432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， 5432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。5432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5432工作量工作量饱满，难度适中。5432说明书的质量说明

6、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。5432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 绩分中 文 摘 要 生产线自动装箱控制系统的电路系统由传感器、“瓶，箱，车”计数器、译码器、显示器、比较器，报警电路等组成。整条线路要达到完全自动化，满足现实的工作需要。所有的系统命令全部用信号脉冲来下达。例如在出瓶处，我放一个光敏感应器，每当一个瓶子通过挡住我的光敏感应器，其就会发出一个脉冲信号给下级，下级就会接到命令通过一系列传输最后在显示器上显示一个数，其数目之后自动

7、叠加。当数目达到一定时，就会发出报警，系统就会暂停工作十分钟，十分钟之后系统会自动重启并且将原来的计数清零，再进行下一次工作（清零不包括计数重启次数的计数器）。 我所设计的可预置的时间报警系统由脉冲发生电路、计数电路、译码显示电路、比较电路、报警电路这几部分组成，这几部分的分工协作实现了这个可预置的时间报警系统的任意预置时间和报警的功能。这是我设计的大体思路过程，它很简单，而且性能可能也不是很准确，但毕竟它是我一个星期的成果，无论好坏都值得自己谨记于心的。对于此次设计的元器件大部分是从我们教科书中找到的，只有一小部分是由课外读物中寻求的，对于课外的一些元件可能在使用的时候有些错误的地方，还得请

8、老师们见谅。关键词 计数，显示，报警，方便Abstract Production line automatic packing control system circuit system is composed of sensors, bottle, box, the car counter, decoder, display, comparator, alarm circuit, etc. The whole line to achieve full automation, meet the practical needs of the work. All the systems have

9、ordered all use signal pulse to give. For example, in a bottle of place, I put a photosensitive sensor, whenever a bottle through blocking my photosensitive sensor, it will send a pulse signal to the lower, the lower will received the order through a series of transmission finally in display shows a

10、 number, the number after automatic overlay. When the number reaches a certain, will send alarm, the system will stop working ten minutes, ten minutes later the system will automatically restart and the original counter reset, and then the next work (reset does not include counting restart number of

11、 counter). I design can be preset time alarm system by pulse generating circuit, counting circuit, decoding display circuit, comparison circuit, alarm circuit of this a few parts, the parts of the division of work to realize the preset time alarm system of arbitrary preset time and alarm function. T

12、his is my design ideas in the process, it is very simple, and performance may not be accurate, but after all, it is me a weeks results, whether good or bad are worth his bear in mind. For the design of most components from our textbook found, only a small part is the outside reading to seek for extr

13、acurricular some element may be in use some wrong place, still have to please the teachers forgive me.目 录课程设计任务书II电子技术 课程设计成绩评定表IV中 文 摘 要1Abstract21 设计任务描述41.1 设计题目： 生产线计数自动装箱系统的设计41.2 设计要求51.2.1 设计目的5 1.2.2基本要求5发挥部分52 设计思路53 设计方框图64 各部分电路设计及参数计算74.1 计数器译码显示电路74.1.1 计数译码显示电路设计84.2 报警电路104.2.1 报警电路的设

14、计（一）104.2.2 报警电路设计（二）104.2.3 报警电路（一）的参数计算114.2.4 报警电路（二）的相关参数计算114.3 发挥部分114.3.1 发挥一定时重启的设计114.3.2 发挥一定时重启参数计算125 工作过程分析136 元器件清单147 主要元器件介绍157.1 74160N十进制计数器157.2 七段数字显示器167.3门电路17小 结19致 谢20参考文献21附 录 A1 逻辑电路221 设计任务描述1.1 设计题目： 生产线计数自动装箱系统的设计1.2 设计要求1.2.1 设计目的（1） 掌握生产线计数自动装箱系统的构成、原理与设计方法；（2） 熟悉集成电路的

15、使用方法。 （1）对通过计数传感器的饮料瓶数目进行计数显示，当饮料瓶计数器达到9590-9600时，发出溢出报警信号，计满后系统暂停。 （2）每24瓶装满一箱，显示包装好的饮料的箱数； （3）每20箱一车，显示包装好的饮料的车数，同时发出报警信号，显示可以装车。发挥部分 （1）系统暂停10分钟后重新启动；2 设计思路我设计的饮料瓶计数系统是由计数器，译码器，显示器，比较器，报警器，定时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，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，

16、在这次设计中，我用到的计数器是74160N十进制计数器，一共是12片，12片计数器驱动8片译码显示器，在记数过程中要用到不用进制的记数器，这就要求把74160N进行级联，组成不同的进制。有四片是记录瓶数的，是四位数，显示到9600，还有两片记录瓶数，并且通过门电路强制转换成24进制，并且用进位信号来给另一个记录箱数的芯片送脉冲，记录箱数要用二十进制，还需要把计数器进行级联，通过门电路强制转换成二十进制，从0显示到20，并且给记录车数的计数器进位。译码显示器我用的是型号是7446N，这是一个共阳极译码器，因为它的控制使能端对低电平有效，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。报警器

17、我用的就是简单的发光二极管，一共两组，第一组是当计数达到9590时开始发光，这期间一共亮十秒，这时我并没有用时间控制电路来实现十秒，而是用一个与门，当达到9600时清零，而0比9590小，故达到定时的目的。第二个报警器就是用于提醒装车，我用的是喇叭、发光二极管组成的报警系统，这时我就用到了三极管、电容和电阻组成的RC振荡电路，使小喇叭发声和而二极管发光，提示装车。在发挥部分一中，我用到了一个定时器件，是555定时器。具体的参数值在后面的报告中有较详细的介绍。以上就是我在这次设计中的思路。3 设计方框图报 警 器显示器（车）显示器（箱）显示器（瓶）报警器译码器（车）译码器（瓶）译码器（箱）比较器

18、计数器（车）计数器（瓶）计数器（箱）定时器触发器传感器显示器（重启）译码器（重启）计数器（重启）4 各部分电路设计及参数计算4.1 计数器译码显示电路4.1.1 计数译码显示电路设计下面的电路连接图4.1.1就是我在本次课程设计中用到的计数译码显示电路的一部分：计数瓶数电路 本次课程设计中我用到的计数器是74160N,这是一个十进制的计数器，为了达到所要求的计数的功能，需要将它们进行级联。因为我要计数的是9600，所以要用四个级联成万进制，以达到计数目的。级联后，输出端接到了译码显示器。这是一个共阳极译码显示器，这种连接方法简单易懂，还容易实现，还比较经济。具体连接的，请看逻辑电路图。根据这个

19、计数器的基本要求，需要将它的CLK端外加脉冲。因为CLR端是低电平有效，所以要用到一个非门。连接后给下个计数器送去脉冲，接到下一个的输入脉冲端CLK，依次这样级联给下个计数器送触发。显示器从右到左是计瓶数的千位，百位，十位、个位。 图4.1.2 计数译码显示电路计数箱数部分电路这部分是计数箱数的电路，也要用到十进制74160N的级联，方法和上面记录瓶数的连接相同。然后再用一个计数器与其构成二十四进制的计数器，我是用一个与非门把两个级联成的。图4.1.3 计数译码显示电路计数车部分电路 二十进制的计数器我依然采用的是74160N十进制计数器，当第一个计数器为6，第二个计数器为1时，它会产生一个脉

20、冲到CLR端，使其清零。如图4.1.3所示。4.2 报警电路4.2.1 报警电路的设计（一） 装瓶报警器部分我采用是发光二极管，当瓶数每达到9600时，给二极管一个脉冲使二极管发光。4.2.2 报警电路设计（二） 这里的报警电路用到的是555，这样电路非常的简单，这个报警电路时由发声电路、555多谐振荡器组成，其工作如下：采用一个单稳态电路控制多谐振荡器在规定时间内产生脉冲信号，使之报警。首先用一个555定时器构造一个多谐振荡器，将输入信号接至多谐振荡器4脚复位端，当低脉冲信号经过“非”门传到多谐振荡器555电路时，会使其进入一个输出高电位的暂稳态，持续时间tw=1.1Rc,因为555定时器的

21、4脚复位端为低电平有效，暂稳态期间3脚输出端高电平便会使4脚复位端失效，多谐振荡器的555电路就可以开始工作产生脉冲信号，开始报警。 4.2.3 报警电路（一）的参数计算 这里需要计算的参数就是发光二极管上面的电阻的阻值，其实这个电阻的阻值功能和显示器电路中计算方法一致，他们的作用就是为了保证发光二极管能够正常工作，所以阻值就是50欧姆左右。4.2.4 报警电路（二）的相关参数计算报警电路中Vcc=5V C = 1 F R1=100K R = 56K。振荡器产生频率为 F=6.7Hz。 4.3 发挥部分4.3.1 发挥一定时重启的设计图4.3.1 555定时器设计电路555定时器是一种中规模集

22、成电路，只要在外部配上适当的阻容元件，就可以方便地构成脉冲产生和整形电路，在工业控制、定时、仿声、电子乐器及防盗报警等方面应用很广。所以根据它的工作特性，我是这样设计的，因为不触发器件工作时是一个低电平，触发时来的是高电平，这样就会产生一个上升沿，不会触发它工作，而我现在在它的6门前加上一个非门，这样就会将上升沿翻转成下降沿触发555工作。4.3.2 发挥一定时重启参数计算 用555定时器构成的单稳态触发器的电路，计算公式是T=1.1RC。而我们要定时十分钟，所以1.1RC=600,这里设定电容是0.1MF，可以计算出电阻是 545M欧姆左右 ，这里的高电压是5V。5 工作过程分析 总体来说，

23、工作过程就是当饮料瓶通过传感器，传感器感应信号传送给计数器并进行一些列的工作，具体工作过程如下：首先由传感器来作用，当饮料瓶经过传感器的前面时就会出现出现高低电平的转换，通过传感器接受到信号变化，并且通过触发器将光信号转换成电脉冲信号。计数器一共有12片，共有五大部分，第一部分是显示瓶数，第二部分是显示箱数，第三部分是显示车数，第四部分是不显示的，是给箱数送触发脉冲的。并且每一个计数器都是有不同的进制来设计的，都是通过与门和或门来实现的。其次，计数器74160N开始计数并且驱动译码显示器进行显示，分别显示瓶数，箱数，车数，重启。 每到一车就会报警，提示可以装车。 通过比较电路，当达到9600时

24、开始报警，同时驱动定时器计时十分钟并且重新启动。6 元器件清单序号名称型号数量备注1计数器74160N10十进制2显示器LED七段73定时电路55514集成门电路74LS001与非门5集成门电路74LS2110二与门6集成门电路74LS1401四与门7集成门电路CT74LS321或门8集成门电路74AS0414 非门9发光二极管LED17 主要元器件介绍7.1 74160N十进制计数器74160N是中规模集成同步十进制加法计数器，具有异步清零和同步预置数的功能。使用74160N 通过置零法或置数法可以实现任意进制的计数器。其引脚图见图7.1.1。图 7.1.1 74160N计数器 计数器741

25、60N的功能如下:1清零：当清零端为低有效时，Q 0Q1Q2Q30。2预置：当预置端为低有效时，在CP脉冲的上升沿作用下，计数器的输出端仍然输出预置的数据。3锁存：当使能端为低有效时，计数器停止工作，为锁存状态。4计数：当使能端ENPENT1时，为计数状态。清 零CLR预 置LOAD使 能 端BNP BNT时 钟CP预 置 数 输 端A B C D输 出QA QB QC QD011110111 0 1 01 1上 升 沿上 升 沿 A B C D 0 0 0 0A B C D保 持保 持计 数表 7.1.2 计数器74160N的功能表7.2 七段数字显示器LED显示器在许多的数字系统中作为显示

26、输出设备，使用非常广泛。它的结构是由发光二极管构成的a、b、c、d、e、f和g七段，并由此得名，实际上每个LED还有一个发光段dp，一般用于表示小数点，所以也有少数的资料将LED称为八码管。LED内部的所有发光二极管有共阴极接法和共阳极接法两种，即将LED内部所有二极管阴极或阳极接在一起并通过com引脚引出，并将每一发光段的另一端分别引出到对应的引脚。通常点亮不同的LED字段，可显示数字0，1，9和A，b，C，d，E，F等不同的字符及自定义一些段发光代表简单符号。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。该集成显示译码器设有多个辅助控制端，以增强器件的功能。它有3个辅助控制端

27、LT、RBI、BI/RBO，现简要说明如下： 灭灯输入BI/RBO ；BI/RBO是特殊控制端，有时作为输入，有时作为输出。当BI/RBO作输入使用且BI0时，无论其它输入端是什么电平，所有各段输入ag均为0，所以字形熄灭；试灯输入LT 当LT0时，BI/RBO是输出端，且RBO1，此时无论其它输入端是什么状态，所有各段输出ag均为1，显示字形8。该输入端常用于检查7488本身及显示器的好坏。 数码显示器时用来显示数字、文字或符号的器件，一般有三种类型：第一种是字形重叠式，如辉光放电管、边光显示管等；第二种是分段式，荧光数码管等；第三种是点阵式，如场致发光记分牌等。我采用的是共阳极显示器来配合

28、共阳极译码器使用。 a) 共阳极显示器 b) 共阴极显示器 c) 显示器分段布局图图7.2.1 显示器的工作原理显示字符段码abcdefg00000001110011112001001030000110410011005010010061100000700011118000000090001100灭1111111表7.2.2 二进制代码与七位代码之间的对应关系 本次设计我用了多个门电路，如:非门，或门，与门，或非，与非等。在这里我以或非门作模板。与非门电路其作用是将被测信号与作为标准的信号做或非计算，得出需要被计数器进行计数测量的信号脉冲。具体的工作过程由下图可以具体了解，如图7.3.1所示。

29、 与非门是与门和非门的结合，先进行与运算，再进行非运算。与运算输入要求有两个，如果输入都用0和1表示的话，那么与运算的结果就是这两个数的乘积。如1和1（两端都有信号），则输出为0；1和0，则输出为1；0和0，这输出为1。与非门的结果就是对两个输入信号先进行与运算，再对此与运算结果进行非运算的结果。简单说，与非与非，就是先与后非，其真值表如图7.3.2所示。 表 7.3.2 与非门真值表小 结一周的实习过的太快，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

30、设计我们组设计的题目是“生产线计数自动装箱系统的设计”，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，第一天的答疑及改错中，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

31、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。这次的课程设计也对我后来的

32、考试帮助很大,因为在课程设计中所设计的计数器以及555定时器的设计更是让我了解了它的功能。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.这对于我以后的学习都是有很大帮助的.希望能在电子这一知识空间中摄取更多营养,做出自己的贡献。 致 谢 感谢我的指导老师黄硕教师，在此次数字电子课程设计中给予我耐心细致的指导,使我收获良多。老师通过检查、答辩和答疑，对我的原理图设计进行了许多纠正，同时给了我很多的建议,教授我们具体的操作方法，使我的设计有一个明确的主导思想，能够顺利而有条不紊地进行。 其次我

33、要感谢我的小组的同学们。通过我们共同的讨论研究，互相帮助，互相指导,才是这次设计更加顺利地完成。在设计出现障碍不能继续进行的时候，通过和他们一起讨论研究，最终攻克了许多难题，并且通过交流思想心得，也学到了许多新知识,和他们在一起设计使我感到非常愉快,也使整个设计过程变得生动。最后感谢学校给我们提供这种独立自主研究性学习的机会，充分开发了我的创新能力和实际动手能力,也培养了我们的合作精神。参考文献1 康华光. 电子技术基础. 北京：高等教育出版社，19992 彭华林等编. 数字电子技术. 长沙：湖南大学出版社，20043 金唯香等编. 电子测试技术. 长沙：湖南大学出版社，20044 侯建军. 数字电路实验一体化教程. 北京：清华大学出版社，北京交通大学出版社，20055 阎石. 数字电子技术基础. 北京：高等教育出版社，2001附 录 A1 逻辑电路