数电优秀课程设计药片计数器.docx

电子课程设计 -药片计数器学院：电子信息工程学院 专业：电子信息工程专业 班级：电子131502班 姓名：许鹏 学号：15020232 指导老师：黄庆彩 12月目录一、设计任务与要求11.1任务与要求1二、总体框图12.1 总体框图12.2 模块设计内容1三、选择器件23.1 74LS147 十进制数-BCD优先编码器 23.2 74ls47 BCD-7段数码管译码器驱动器 43.3 74ls04 非门 63.4 74ls160 同步可预置数加法计数器 73.5 74ls85 4位二进制数值比较器 83.6 共阳数码管 103.7 555定时器11四、功能模块124.1 标准量编码/译码/显示控制电路 124.2 计数电路134.3 数值比较电路144.4 计数脉冲电路 15五、总体设计电路图165.1 总体电路原理图及仿真结果165.2 硬件实验结果17药片计数器一、 设计任务和要求 1.1 任务和要求设计一个药片装瓶计数控制电路，使药片在装瓶时能够自动计数，达成设定量后自动停止，并开始第二瓶计数。当药瓶装瓶时，挡住了光线照射，使计数器取得一个计数脉冲，计数器计数加1。第二片到来时，计数器再加1 ，伴随药片增加，取得数字A，用数字A和标准量B进行比较，当A=B时，计数器停止计数。同时控制传动皮带使第二瓶进行装片（计数）。二、总体框图 2.1 总体框图计数脉冲 显示译码计数 显 示译码标准量控制数值比较图2-1 药片计数器控制电路电路框图2.2模块设计内容方案一：基于数字电子技术设计先使用编码器进行编码，接着将编码内容经过译码器译码并经过数码管显示，从而得到标准量控制部分；计数部分使用十进制计数芯片，一样经过译码器译码并经过数码管显示计数值；标准量和计数值最终经过比较器进行比较，并用比较信号来控制传送皮带；计数脉冲部分使用555定时器组成单稳态电路，是否遮光来决定是否产生触发沿。方案二：基于51单片机设计 经过编程来控制单片机，继而控制标准量和计数量比较，比较结果用来控制传送皮带，而且要控制数码管显示部分。此方案电路简单、实用，不过此次课程设计是对数字电子技术课程深入了解和应用，和对所学内容考评，所以我们采取方案一。方案一总体电路框图图2-1，标准量控制电路部分能够直接用二进制置数，但考虑到实际生产中用二进制置数不方便，轻易造成错误而造成重大损失，所以在这部分用按键来实现编码，编码采取十进制数-BCD优先编码器74ls147,然后采取74ls47进行译码，数码管显示电路部分采取共阳极数码管来实现，此设计更为直观化，也更轻易被采取。在计数电路中，有可预置数同时可逆加减十进制计数器74ls190、同时十进制双时钟加减计数器74ls192和同时可预置数4位十进制加法计数器74ls160可供我们选择，考虑到我们不需要减法计数部分，所以我们采取两片加法计数器74ls160进行同时级联组成100进制计数器。数值比较电路中，基于我们设计标准控制电路和计数电路，我们要两位十进制进行比较，即 8位二进制数值比较，所以我们用两片集成4位比较器74ls185进行级联，组成8位二进制数值比较器。计数脉冲电路中，采取555定时器组成单稳态电路，当遮光时触发端TR产生高电平,OUT产生低电平；未遮光时触发端TR产生低电平，OUT产生高电平，形成触发沿使计数时钟有效（在计数电路中我们使用74ls160为下降沿有效）。三、选择器件 3.1 74LS147 十进制数-BCD优先编码器 图3-1十进制数-BCD优先编码器74ls147含有优先编码功效，即在同时输入多个数字时，只对最大数字进行编码。图3-1为其逻辑符号，该编码器含有9个低电平有效输入端，没有0输入端，当全部9个输入全部无效时就是对0进行编码；含有4个低电平有效输出端，许可同时输入两个以上编码信号，但只对其中优先权最高一个进行编码，编码为优先权最高数字反码。其内部由 一系列门电路组成，内部原理图图3-2所表示，表3-1为十进制数-BCD优先编码器74ls147真值表。表3-1 十进制数-BCD优先编码器74ls147真值表输入输出0XXXXXXXXX010110XXXXXXX0111110XXXXXXX10001110XXXXXX100111110XXXXX1010111110XXXX10111111110XXX110011111110XX1101111111110X111011111111101110图3-23.2 74ls47 BCD-7段数码管译码器驱动器图3-374LS47，它逻辑符号图3-3，是输出低电平有效七段字形译码器，它在这里和数码管配合使用，它内部有门电路组成，其内部原理图图3-4。表3-2列出了74LS47真值表，表示出了它和数码管之间关系。74LS47是BCD-7段数码管译码器/驱动器，74LS47功效用于将BCD码转化成数码块中数字,经过它解码，能够直接把数字转换为数码管显示数字，74LS47为低电平作用。该译码器有4个控制信号：灯测试端,动态灭灯输入，灭灯输入/动态灭灯输出/ ，她们功效以下：全部各段全部灭功效：当/ 作为输入端使用时，若=0，则不管其它输入信号，输出各段全部灭。各段全部灭检测功效：当/ 作为输出端使用时，若输出0，表示各段已经熄灭。全部各段全部亮功效：当=1或开路而=0时，全部各段全部亮，该功效用于检测各段工作情况。灭0功效：当=0，且ABCD信号为0，而=1时，全部各段全部灭，同时输出0，该功效是灭0。显示功效：=1或开路，=1或开路，=1时，根据功效表显示输入数字0-15对应图形，而且不灭0。该译码器能够按灭0方法连接，所谓“灭0连接”是灭掉不需要0，比如，若205.06显示为00205.060在视觉上不习惯，这时需要灭掉最左边两个0和最右边一个0，但不能灭掉205.06中0。对于整数，只要高位为0，次高位才能灭0，所以将高位和次高位连接。对于小数，将次高位和高位连接。表3-2显示数字及其特定符号图3-43.3 74ls04 非门输入A输出Y1001图3-5 表3-374LS04逻辑符号图3-5所表示。它由六组反相器集成，输出信号Y是输入信号A非，若输入信号A是高电平H（1），则输出信号Y是低电平L（0）；若输入信号A是低电平L（0），则输出Y是高电平H（1），74ls04逻辑功效表见表3-3。其内部单个原理图图3-6，它由二极管、三极管及电阻组成。图3-63.4 74ls160 同时可预置数加法计数器 输入输出 0 异步清零 1 0 同时预置 1 1 1 1 计数 1 1 0 保持 1 1 0 保持图3-7 表3-4同时可预置数4位十进制加法计数器74ls160含有异步清零端，逻辑符号图3-7所表示，它含有数据输入端A、B、C和D，和同时置数端、异步清除端和计数控制端ENT和ENP,为方便级联，设置进位输出端RCO。当=0时，异步清零，当=0、=1，CP脉冲为上升沿时预置数。当=ENT=ENP=1时，电路工作在计数状态。当计数器计数值为九时，RCO输出一个和Qa端高电平部分相同宽度高电平。74ls160逻辑功效表见表3-4。74ls160内部是由门电路和D触发器组成，其内部原理图见图3-8。 图3-83.5 74ls85 4位二进制数值比较器图3-974ls85数值比较器逻辑符号图3-9，它用于比较A(A3A2A1A0)、B(B3B2B1B0)两个数大小，还有级联输入端，经过级联端能够连接成8位、16位或更高位数比较器。74ls85逻辑功效表见表3-5，该比较器首先判定A3和B3，再比较A2和B2，然后比较A1和B1及A0和B0，若她们全部相等，则判定级联信号。使用74ls85比较器组成对于4为比较器时，须将74ls85级联，若本级比较输入A=B，则比较器输出取决于级联输入信号，级联信号等于（AB）=0、（A=B）=1、（AB）=0时表示前级比较器输出为A=B。74ls85内部原理图图3-10，使用74ls85组成8位比较器连接图见图3-11。表3-5图3-10图3-113.6 共阳数码管图3-12共阳数码管有发光二极管组成，内部原理图图3-12所表示，发光二极管管压降在1.6V-1.8V之间，最大电流不超出30mA，响应时间约为0.1us,在室内光线情况下，10mA电流就能够取得足够亮度。发光二极管正极全部被接入Vcc,当负极为低电平时二极管会被点亮，即当输入端a、b、c、d、e、f、g、DP中某一个为低电平时，对应二极管就会被点亮，能够经过输入端高低电平不一样组合来显示不一样数字，其逻辑功效表如表3-6，显示内容图3-13所表示。图3-13表3-6a b c d e f g显示0 0 0 0 0 0 101 0 0 1 1 1 110 0 1 0 0 1 020 0 0 0 1 1 031 0 0 1 1 0 040 1 0 0 1 0 050 1 0 0 0 0 060 0 0 1 1 1 170 0 0 0 0 0 080 0 0 0 1 0 093.7 555定时器 图3-14 图3-15图3-14为555定时器逻辑符号图，由图3-15所表示内部原理图可知，它由比较器和非门组成SR锁存器及放电三极管组成。若复位端为高电平，则输入信号V11、V12和输出状态之间关系以下：阈值端电压V11大于2/3Vcc，触发端电压V12大于1/3Vcc，锁存器端为低电平，端为高电平，锁存器输出Q置零，放电管导通，输出端Vo输出低电平。阈值端电压V11小于2/3Vcc，触发端电压V12大于1/3Vcc，锁存器端为高电平，端为高电平，锁存器保持原状态不变，放电管维持原状态不变，输出状态不变。阈值端电压V11小于2/3Vcc，触发端电压V12小于1/3Vcc，锁存器端为高电平，端为高电平，锁存器输出Q置1，放电管截止，输出端Vo输出高电平。阈值端电压V11大于2/3Vcc，触发端电压V12小于1/3Vcc，锁存器端为低电平，端为低电平，锁存器置1，放电管截止，输出高电平。四、功效模块4.1 标准量编码/译码/显示控制电路编码/译码/显示电路以下图4-1所表示。当 A-I中某个键按下时，表明输入0-9中某个数，在编码器 74LS147 输出端有对应编码输出。同时因为按键按下,74LS147输出编码为优先权最高数字反码，我们经过4个非门将输出二进制编码进行取反，继而得到优先权最高数字二进制数，在经过BCD-7段数码管译码器驱动器74ls47进行译码，最终经过共阳极数码管显示此数字。经过一样方法再构建一个编码/译码/显示电路，这么第一个控制十位数字，第二个控制个位数字，就组成了两位十进制标准量控制电路。其次，芯片74ls47编码经过非门以后二进制数，图4-1所表示，连到由74ls85组成8位二进制比较器，该信号用以和计数信号计数值进行比较。2A0、2A1、2A2、2A3（为高四位）对应第二位比较器A0、A1、A2、A3端(8位比较器高四位)，1A0、1A1、1A2、1A3（为低四位）对应第一位比较器A0、A1、A2、A3端（8位比较器低四位）。图4-14.2计数电路两片74LS160以同时连接方法组成100进制计数器，二者含有共同时钟CP，以第一片进位RCO输出到第二片ENT和ENP端，就是每当第一片计数到1001、RCO变为1时，给第二芯片计数条件，当下一个CP到来后，第二片计数加1，而当第一片计数到0000时，RCO端输出0，第二片停止计数，等候下一个RCO=1，计数输出端经过BCD-7段数码管译码器驱动器74ls47进行译码，再经过数码管进行显示，8位二进制比较器电路输出端来控制两片74ls160清零端，两片计数器输入端全部已经置零，当比较信号为0时，两片计数器将会清零，比较信号为1时，清零端无效，计数器正常计数。其次，计数值高4位2B0、2B1、2B2、2B3输入到8位数值比较电路第二片74ls85B0、B1、B2、B3，低四位1B0、1B1、1B2、1B3输入到比较电路第一片74ls85B0、B1、B2、B3，和标准量进行比较。其电路图图4-2。图4-24.3 数值比较电路数值比较电路由两片集成4位比较器74ls85进行级联组成8位比较器，1A0、1A1、1A2、1A3代表第一片74ls85输入端A0、A1、A2、A3，即输入控制量低四位，2A0、2A1、2A2、2A3代表第二片74ls85输入端A0、A1、A2、A3，即输入控制量高四位；1B0、1B1、1B2、1B3代表第一片74ls85输入端B0、B1、B2、B3，即计数值低四位，2B0、2B1、2B2、2B3代表第二片74ls85输入端B0、B1、B2、B3，即计数值高四位。当输入控制量和计数值相等时，两片74ls85级联组成8位数值比较器输出为1，进过非门74ls04后输出为0，当输入控制量和计数值不相等时，8位数值比较器输出为0，经非门后输出为1，进而控制计数电路清零端，而且作为控制信号来控制传送皮带是否运转，进行下一瓶装药。图4-34.4 计数脉冲电路 在计数脉冲电路中我们假设遮光时产生高电平，为遮光是产生低电平（假如相反能够加一个非门）。由555组成脉冲电路图4-4所表示，当遮光时，即遮光信号为高电平，所以触发端TR为高电平，内部比较器1输出高电平，比较器2也输出高电平，输出端OUT为低电平；当未遮光时，即遮光信号为低电平，所以触发端TR为低于1/3Vcc，内部比较器2输出低电平，锁存器置1，关闭放电管，输出端OUT为高电平。由此能够得到：从未遮光到遮光，输出端OUT由高电平到低电平，形成下降沿，使计数时钟有效，计数值加1。图4-5为遮光和未遮光切换时产生脉冲。 图4-4 图4-5五、总体设计电路图5.1 总体电路原理图及仿真结果整体设计电路图5-1所表示，标准量编码/译码/显示控制电路置输入一个标准量，和经过74LS160级联组成100进制计数器计数值在由74LS85组成数值比较器进行比较，经过计数脉冲部分产生脉冲来控制计数电路（是否有遮光和未遮光，我们采取模拟方法进行），当标准量大于计数值时计数器经过脉冲电路继续计数，计数值等于标准量时比较电路输出一个脉冲沿经非门后输入计数器清零端，使计数器重新开始计数。同时使开漏输出导通使电机工作带动皮带使下一药瓶开始装瓶（在实际应用中仅作为控制信号）。经过仿真证实电路正确。图5-15.2 硬件试验结果在硬件使用部分，我们依据仿真时设计原理图在数字电子技术试验箱上进行连接，先连接各个模块电路，最终在将各模块之间进行连接，硬件试验结果和仿真结果一致，符号设计要求，硬件连接实物图见图5-2所表示。