工厂流水线产品计数器DOC.docx
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工厂流水线产品计数器DOC
数显流水线产品计数器
目录
摘要关键字2
第一章引言3
第二章电路设计方案4
2.1电路系统方框图6
2.2电路原理图7
2.3各子模块电路工作原理7
第三章单元电路及仿真12
3.1直流稳压电路12
3.2红外发射电路14
3.3红外接收及放大电路14
3.4脉冲整形电路17
3.5计数/译码/显示电路17
3.6报警电路.18
第四章Protel设计19
第五章设计过程中的心得体会20
第六章参考文献及材料清单21
摘要
计数器对某物件进行自动计数,在实际生产生活中具有广泛的应用,对通过的物体进行计数,实现统计数据的搜集,如在生产流水线包装数量控制等领域的应用,可以节省劳动力,能高效地完成任务。
红外计数器采用红外传感器实现对通过计数器的物体进行计数,是一种非接触式计数,在部分场合有着其无比的优越性,从而使其广泛应用于工业生产、实时监测、自动化控制等领域。
第一章引言
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。
本电路的制作是根据生产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等方面,具有成本低、灵敏度高和制作简单等优点。
该计数器用于实现工厂流水线产品在0-9999范围内计数。
电路采用220V市电经变压器降压,再经过稳压电路整流,滤波,7812三端集成稳压器的稳压,输出+12V的直流电源对各个模块供电。
当传送带上一件产品通过计数器时,红外发射管发出的信号被阻挡,红外线接收管检测产生模拟信号,经放大后通过NE555构成的施密特触发器对传感器模拟信号进行波形整形,信号进入CD40110和数码管组成的计数、译码、显示电路,进行计数、译码、驱动数码管,最终通过数码管显示出来。
产品计数满9999时,喇叭发出声音报警。
关键字:
计数器、电源、整形、译码、锁存、NE555。
课程设计目的
本课题要求设计一个数字显示流水线产品计数器。
通过设计,加深学生对所学各门电子技术课程理论知识的理解,提高学生对所学理论知识与实际应用的结合能力,拓宽知识面,系统地进行电子技术的工程实践训练,在生产实际中得到初步的锻炼。
通过设计,全面提高学生分析、判断、解决问题的能力,使学生对所学知识的应用能力、查询资料能力及书写报告能力,有一个较大的提高,为毕业设计打下一定的基础。
课程设计内容
1.设计一个数字显示流水线产品计数器。
并画出电路原理图。
2.对给定的电路要求及参数指标,分单元进行设计。
对电路参数进行必要的计算,选择元器件参数。
3.对设计的电路进行仿真验证(可分单元进行仿真)。
课程设计要求
1.功能描述:
非接触方式的流水线上产品个数的计数。
2.技术指标:
(1)产品计数器显示范围:
0~9999。
(2)4位数字显示。
(3)显示刷新时间:
1s。
(4)电源电压:
12V。
(5)供电电源:
220VAC。
3.画出数显流水线产品计数器的电原理图,并选择元件参数。
4.对设计的电路进行仿真(可分单元进行仿真),给出仿真的结果。
第二章电路设计方案
2.1电路系统方框图
2.2电路系统原理图
2.3电路工作原理
本电路由直流电源、红外发射管与接收管、NE555组成多谐振荡器及施密特触发器、CD40110、数码管等器件组成,主要功能是实现工厂流水线产品的计数。
(1)直流稳压电源
220V市电经变压降压器T1降压,四个二极管组成整流桥整流形成脉动的直流,再经过电容滤波、稳压块LM7812稳压输出稳定的直流电压给其他模块电路供电。
(2)红外发射电路
PH301为红外线发射管。
红外发射管是由红外发光二级管矩组成发光体,用红外辐射效率高的材料(常用砷化镓)制成PN结,正向偏压向PN结注入电流激发红外光,其光谱功率分布为中心波长830~950nm。
由NE555组成的多谐振荡器驱动红外发射管PH301发射红外线,使红外线发射稳定,抗干扰性好。
NE555:
555定时器是一种中规模集成定时器,由一个分压器,两个电压比较器,一个RS触发器,一个功率输出级,一个放电晶体管组成。
下图是内部结构图、引脚图和功能表。
(3)接收及放大电路
PH302为红外线接收管。
本设计采用光电二极管。
红外线接收管是将红外线光信号变成电信号的半导体器件,它的核心部件是一个特殊材料的PN结。
没有光照时,反向电流很小(暗电流),当有红外线光照时,携带能量的红外线光子进入PN结后,把能量传给共价键上的束缚电子,使部分电子挣脱共价键,从而产生电子---空穴对。
它们在反向电压作用下参加漂移运动,使反向电流明显变大,光的强度越大,反向电流也越大(光电导)。
如果在外电路上接上负载,负载上就获得了电信号。
当一件产品通过计数器时,阻挡了接收管接收红外线的强度,这时产生了一个低电平的脉冲信号。
没有产品经过时,红外线接收管接收发射管发出的红外线,产生一个高电平信号,与电阻R3串联后进行分压,可以根据信号的有无形成一系列的脉冲信号。
(4)整形电路
由于红外接收的信号不完全是数字信号,它带有模拟的信号在里面。
所以,在送到CD40110之前需先对它进行适当放大并整形。
放大电路由一级低通同相放大器IC1A,一级低通反相放大器IC1B,一级电压比较器IC1C组成。
整形电路是由NE555组成的施密特触发器,当信号小于1/3V时,施密特触发器输出为高电平;当信号大于2/3Vcc时,施密特触发器输出为低电平。
所以,施密特触发器输出脉冲的数字信号CP,送到CD40110低位显示的CPU端。
(5)计数、译码、显示电路
40110是十进制可逆计数器/锁存器/译码器/驱动器,具有加减计数,计数器状态锁存,七段显示译码输出等功能。
当CD40110接收到CP信号的上升沿时,CD40110开始计数,经过它译码在数码管上显示相应的数值。
在数码管显示9时,再来一个脉冲,个位的数码管就显示0,同时CD40110的进位端QCO有一个上升沿的信号给十位的CD40110的CPU端,以此类推,就可以实现四位的计数。
CD40110引出端排列图和功能表。
(6)报警电路
计数达到9999时,高位给出一个信号,经过两个非门组成的简单延时(使报警时间加长),送入NE555组成的多谐振荡器,驱动扬声器发声报警。
第3章单元电路及仿真
3.1直流稳压电路仿真及结果
从图中可知电源基本维持在+12V左右。
3.2红外发射仿真及结果
3.3接收及放大电路仿真
3.3.1CD40110控制电路
CD40110为十进制加减计数器/所存/七段译码/驱动器,具有加减计数、计数器状态所存、七位显示译码输出和驱动等功能。
CD40110有2个计数时钟输入端CPu和CPd,分别用作加计数时钟输入和减计数时钟输入。
由于电路内部有一个时钟信号预处理逻辑,因此当一个时钟输入端计数工作时,另一个时钟输入端可以是任意状态。
进位输出CO和借位输出BO一般为高电平,当计数器为0~9时,BO输出负脉冲。
在多片级联时,只需要将CO和BO分别接至CD40110的CPU和CPD端就可以组成多位计数器。
CD40110是一个用于驱动共阴极LED(数码管)显示器的BCD码—七段码译码器,特点如下:
具有BCD转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能的CMOS电路提供较大的拉电流。
可直接驱动LED显示器。
CD40110是一片CMOSBCD—锁存/7段译码/驱动器,引脚排列如图所示。
其中abcd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CD40110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。
a~g是7段输出,可驱动共阳LED数码管。
另外,CD40110显示数“6”时,a段消隐;显示数“9”时,d段消隐,所以显示6、9这两个数时,字形不太美观,若要多位计数,只需将多个CD40110级联,每级输出接一只数码管即可。
3.4整形电路仿真及结果
3.5计数、译码、显示电路仿真及结果
为了验证计数器/锁存/七段译码/驱动器,我们采用74LS90验证电路原理。
(因为仿真库没有CD40110)
3.6报警电路及仿真
第四章Protel设计
大三上半学期我选修了电子CAD这门专业选修课,课上我认真学习了Protel99SE这个非常实用的软件。
刚好在课设中用上。
第五章设计过程心得体会
作为一名电子信息工程专业的学生,我在大学这三年的学习生活中,系统地学习了电子及其相关专业的各门课程。
我们的课程以数电、模电为基础,进一步又学习了高频电子线路,自动控制原理等专业课程。
在设计过程中,我通过查阅大量的相关资料,与同学们交流经验,并向老师请教等方式,使自己学到了不少知识,也经历了不少艰辛,但收获同样巨大。
在整个设计中我懂得了许多东西,熟练掌握了Protel99SE、MultiSIM10等相关软件的操作方法,也培养了我独立工作的能力,树立了对自己的信心。
而且大大提高了动手的能力,使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。
相信会对今后的学习,工作,生活有非常重要的影响。
这是我的最大收获和财富,使我终身受益!
感谢老师的辛勤指导和同学们的通力合作!
第6章参考文献及材料清单
Multisim&ultiboord电路设计与虚拟仿真…电子工业出版社李海燕
电子工程师常用手册……中国电力出版社陈良
电子技术实验与课程设计……清华大学出版董鹏
电子技术实验教程……清华大学出版朱卫东
电子技术基础实验……四川大学出版电子基础实验
电子技术实训教程2版……电子工业出版杨碧石
电子技术技术实验教程……高等教育出版王小海
电子技术实验仿真与实践……科学出版社吴正光
电子信息类专业实验教程……中山大学出版社肖明明
555/556时基集成电路……中国电力出版社肖景和
电子技术实践基础……清华大学沈小丰
材料清单
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