电子技术课程设计生产线自动装箱系统.docx
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电子技术课程设计生产线自动装箱系统
沈阳工程学院
课程设计
设计题目：
生产线计数自动装箱系统的设计
系别电气工程系班级
学生姓名学号
指导教师职称
起止日期：
2012年12月29日起——至2013年1月6日止
沈阳工程学院
课程设计任务书
课程设计题目：
生产线计数自动装箱系统的设计
系别电气工程系班级
学生姓名学号
指导教师职称
课程设计进行地点：
B419
任务下达时间：
2012年12月29日
起止日期：
2012年12月29日起——至2013年1月6日止
教研室主任曲延华2012年12月29日批准
生产线计数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）掌握生产线自动装箱控制系统的构成，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9590——9600，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，显示可以装车。
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；
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，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时间进度安排
顺序
阶段日期
计划完成内容
备注
1
2012.12.29
讲解主要设计内容，学生根据任务书做出原始框图
2
2013.01.04
检查框图及初步原理图完成情况，讲解及纠正错误
3
2013.01.04
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
4
2013.01.05
继续修正逻辑图，指导接线图绘制方法，布置答辩
5
2013.01.06
答辩、写报告
沈阳工程学院
数字电子技术课程设计成绩评定表
系（部）：
电气工程系班级：
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，收集资料；能制定课程设计方案和日程安排。
0.1
5
4
3
2
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，
0.2
5
4
3
2
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。
0.2
5
4
3
2
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。
0.5
5
4
3
2
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
0.2
5
4
3
2
工作量
工作量饱满，难度适中。
0.5
5
4
3
2
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。
0.3
5
4
3
2
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
在科技迅猛发展的今天，在人们的生活、工作中，处处可见自动化装置的身影。
自动化系统不仅早就成为了工业和社会生活的一个组成部分，而且是经济发展水平的重要标志。
同时，自动装箱生产线技术也得到相当宽广的应用。
且会得到更加宽广的应用。
该系统自动实现装箱、运输、计数等功能。
本控制系统具有精度高、成本低、抗干扰能力强、故障率低、操作维护简单等特点，具有良好的应用价值。
在以后的生产、生活中将得到更加广泛的运用，具有很好的利用前景。
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，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，十分钟之后系统会重启并且将原来的计数清零，再进行下一次工作。
关键词计数，显示，报警，方便
1设计任务描述
1.1设计题目：
生产线计数自动装箱系统
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）熟悉集成电路的使用方法。
1.2.2基本要求
（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。
2设计思路
在此次的课程设计实训中，我所选的设计题目是生产线计数自动装箱系统。
我的大致思路如下：
首先，信号源我选择了用一个光敏电阻组成的传感器，当有一个瓶子经过时就让它产生一个信号，通过一个触发器传输到电路线路中。
通过对题目的进一步分析，发现还需要报警器；报警器一个我用555多谐振荡来组成的，另一个我用三极管等组成的。
555多谐震荡器输出端接一个发光二极管，为了实现控制报警，从计数器出来的脉冲首先通过比较器，当数目达到规定的数值时二极管就会发光。
我将数目比较器的数值设定在9590当到达这个数值时比较器就会发出一个高电平通过一个或非门给555多谐震荡器的4号复位端一个触发脉冲，报警器收到脉冲其二极管就会发光，已达到报警的目的。
从而系统自动停止,准备进入下一次计数过程。
以上就是我对实现生产线自动装箱控制系统的大体设计思路。
.
3设计方框图
图3.1原理方框图
4各部分电路设计及参数计算
4.1各部分电路设计
4.1.1二极管报警电路
该电路的功能是由多谐振荡器及二极管电路构成。
设定在到9590之后开始触发多谐触发器来实现。
采用555定时器来实现，若一个负触发的信号到来，将有效触发电路产生一个正脉冲。
振荡器及二极管电路利用555定时器实现频率为1KHZ的音频振荡器。
单稳态触发器进入暂态产生一个正脉冲时，控制555定时器开始工作，发光；当单稳态触发器自动返回稳态后，555定时器清零，不发光。
555定时器8脚接电源，2脚与6脚相连，6脚与7脚之间接一电阻R2到电源，2脚接电容C2到地，1脚直接接地，5脚接0.01uF的电容到地，4脚接输入端，555的3脚接发声装置，555构成了多谐振荡器，当给555一个负脉冲，555产生一正向脉冲，在此正向脉宽持续期，555多谐振荡，使二极管发光。
如图4.1所示。
图4.1二极管报警电路
4.1.2光敏传感器电路
该电路是由光敏电阻组成的传感器。
每当有一个瓶子通过传感器，挡住光时传感器就开始工作。
正常是光不断照到光敏电阻时光敏电阻很小相当与短路；当有一个瓶子经过时挡住光，光敏电阻无限大，其就让他它产生一个信号脉冲，通过一个触发器传输到电路线路中，每有一个瓶子就有一个脉冲最终让每一个脉冲都在显示器上显示，如图4.2所示。
图4.2光敏传感器电路
4.1.3计数电路
这是此次课程设计的核心电路，利用计数器，显示器来完成计数功能。
在传感器向计数器输送信号时，每一个信号脉冲计数器递加一，计数器递加的时候会给译码器一个信号脉冲，驱动显示器将数字显示出来，且从零开始按照要求的东西显示处相应的数值。
如图4.3所示。
图4.3计数电路
4.2部分电路参数计算
若采用555振荡电路达到计时效果，555振荡器电路的振荡周期可由下式估算：
T=t1+t2=1ms
t1=0.7（R1+R2+RRP+R2）C1
t2=0.7R2C1
若选定脉冲占空比
为0.6，可得：
=
=0.6
t1=0.6
1ms=0.6ms
t2=T-t1=1-0.6=0.4ms
取电容C=0.1
F，则R2=
=
=5.714k
R1+RRP=
-R2=
-5.417
1000=8.57k
取R1=2k
，RRP=10k
这样振荡器产生的振荡频率1000HZ。
5工作过程分析
本电路由显示器、计数器、光敏传感器和555报警系统构成。
其工作过程如下：
电路开始工作后，当瓶子走过传感器使其产生一个脉冲信号，脉冲信号经由74LS112N连接到计数器控制其计数。
计数器（在本系统中设置的是十进制）进行递加计时，当递加到9590时，从比较器发出一个脉冲信号，并通过或非门触发报警器工作。
当数递加到9600时再通过比较器给定时器一个信号使其系统停止工作十分钟，在预置端给予一个清零信号，则系统进入初始状态，如图5.1所示。
图5.19600计数器工作过程
计数器将信号输送给报警器555构成多谐触发器。
通过电阻和电容，二极管集连之后就形成555报警系统。
555多谐振荡触发器的4脚接受到低电平的信号经多谐振荡器后信号变成高电平提供给扬声器，使二极管发光，这样达到报警的作用，如图5.2所示。
图5.2报警器工作过程
在传感器向计数器输送信号时，每一个信号脉冲计数器递加一，计数器递加的时候会给译码器一个信号脉冲，由译码器进行译码后通过380欧姆的电阻驱动显示器将数字显示出来，且从零开始按照要求的东西显示处相应的数值，如图5.3所示。
图5.3显示数值
6元器件清单
序号
型号
说明
数量
1
LED显示器
显示数字
9
2
74160N
计数器
13
3
555
报警
1
4
二极管
发光
2
5
电阻
16Ω/500Ω/12KΩ/500KΩ/光敏电阻
若干
6
电容
0.01µF
4
7
门电路
与门/非门/与非门/或门
若干
7主要元器件介绍
7.1十进制计数器74160N
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。
图7.174160计数器
计数器74160N的功能如下:
1．清零：
当清零端为低有效时，Q0＝Q1＝Q2＝Q3＝0。
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ENP＝ENT＝1时，为计数状态。
清零
CLR
预置
LOAD
使能端
BNPBNT
时钟
CP
预置数输端
ABCD
输出
QAQBQCQD
0
1
1
1
1
0
1
1
1
01
0
11
上升沿
上升沿
ABCD
0000
ABCD
保持
保持
计数
图7.2计数器74160N的功能表
7.2555定时器的组成和功能
555定时器是一个模拟电路与数字电路相结合的中规模集成电路，其内部结构如图7.3。
它主要由两个高精度电压比较器A1、A2，一个RS触发器，一个放电三极管和三个5KΩ电阻的分压器而构成。
图7.3555的内部结构图
它的各个引脚功能如下：
GND脚：
外接电源负端VSS或接地，一般情况下接地。
TRI脚：
低触发端
OUT脚：
输出端Vo
DIS脚：
是直接清零端。
当
端接低电平，则时基电路不工作，此时不论
、TH处于何电平，时基电路输出为“0”，该端不用时应接高电平。
CON脚：
VC为控制电压端。
若此端外接电压，则可改变内部两个比较器的基准电压，当该端不用时，应将该端串入一只0.01μF电容接地，以防引入干扰。
THR脚：
TH高触发端
RST脚：
放电端。
该端与放电管集电极相连，用做定时器时电容的放电。
VCC脚：
外接电源VCC，双极型时基电路VCC的范围是4.5~16V，CMOS型时基电路VCC的范围为3~18V。
一般用5V。
555定时器的功能表如表7.4所示。
输入
输出
阀值输入
<
Vcc
>
Vcc
<
Vcc
触发输入
<
Vcc
>
Vcc
>
Vcc
复位
0
1
1
1
输出
0
1
0
不变
放电管T
导通
截止
导通
不变
表7.4555定时器的功能表
7.3七段数字显示器
LED显示器在许多的数字系统中作为显示输出设备，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，LED的引脚排列一般如图7.5所示，使用时以具体型号的LED资料为依据。
通
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BI＝0时，无论其它输入端是什么电平，所有各段输入a～g均为0，所以字形熄灭；试灯输入LT当LT＝0时，BI/RBO是输出端，且RBO＝1，此时无论其它输入端是什么状态，所有各段输出a～g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共阳极译码器使用。
显示字符
段码abcdefg
0
0000001
1
1001111
2
0010010
3
0000110
4
1001100
5
0100100
6
1100000
7
0001111
8
0000000
9
0001100
灭
1111111
图7.5二进制代码与七位代码之间的对应关系
7.4门电路
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7.6所示。
图7.6与非门
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7.7所示。
图7.7与非门真值表
小结
时光飞逝，眨眼间一周的课程设计在查资料，画原理图，检查原理图错误，小组讨论，修改原理图的交替中度过，这一周虽然很忙很累，但是回想起一周来的经验与收获确是终生难忘。
通过这次课程设计，深化了所学的电子技术理论知识，最主要的是培养了综合运用所学知识能力，并了解了一般小型电子产品的设计思想和基本设计步骤，同时增强了独立分析问题和解决问题的能力。
通过这次课程设计，使我更进一步地熟悉了芯片的结构，掌握了一些芯片的工作原理和其具体的使用方法。
在连接十进制、三十进制、五十进制的进位等接法中，使我熟悉逻辑电路及其芯片各引脚的功能。
虽然设计时间很紧迫，但在设计的过程中我却学到不少新知识的，由于有些芯片我们根本没有接触过，这就要求我们必须通过查找资料和自主学习，了解并进一步掌握相关芯片功能和使用方法。
整个过程花了我不少时间，可当做完时才发现是多么简单的一件事，主要是在调试时花了不少时间，其间换了不少器件，有的器件在理论上可行，但在实际运行中就无法看到效果，有时无法找出错误便更换器件重新接线以使电路正常运行。
这周课程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，但是我的题目在网上几乎没有，这样逼的我自己只好从其他地方着手了。
最后还是在教课书中找到了些，之后，逻辑图初步成型，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。
在实际的操作过程中，能把理论中所学的知识灵活地运用起来，并在调试中会遇到各种各样的问题，电路的调试提高了我们解决问题的能力，学会了在设计中独立解决问题，也包括怎样去查找问题。
这次课程设计使我明白不只有结果才是最重要的，因为过程中的收获，才是这次设计的意义所在。
在以后的日子自己应该更加努力认真，以沉着冷静的心态去办好每一件事情!
致谢
数字逻辑课程设计的设计内容、根据任务书做出原始框图与设计原理图均是在我们的指导教师悉心指导下进行的。
黄硕老师在数字逻辑课程设计有很多的实践经验，在面对问题时的悉心指导及其严谨的工作态度锐意创新的精神，使我们受益匪浅，在此特别向老师表示深深的感谢和由衷的敬意。
通过这次课程设计，我深化了所学的电子技术理论知识，最主要的是培养了综合运用所学知识能力的，并了解了一般小型电子产品的设计思想和基本设计步骤，同时增强了独立分析问题和解决问题的能力。
通过这周紧张的课程设计让我充分感受到团队合作的重要性。
我不但学到了新知识，而且学会了如何与人合作，与人沟通。
在这周的课程设计中，我曾遇到不少难题，正是因为通过与同组同学讨论设计方案，共同研究解决出现的问题，交流心得体会，分享资料帮助我解决了不少问题，从而圆满完成了这次课程设计任务。
同时也感谢学校给了我们这次难得的实训机会，实训的过程让我们看到了自己理论知识上的不足，已掌握的知识也在这次的实训中有了质的飞跃，知识能够应用了才是真正掌握了，也希望学校多给我们一些这样的机会。
在最后，再次感谢我们黄硕老师，如果没有老师的耐心指导，就不会有我们的成果。
在我做课设期间，老师渊博的学识、严谨求实的科学精神、一丝不苟的治学态度和高尚的品格，深深的感染了我。
从各个方面来说，审查的工作往往比编写任务更复杂。
正是老师百忙中不辞劳苦的帮助，才使我能够顺利完成这次课程设计，在这里，对您衷心的表示感谢。
参考文献
[1]尹常永.电子技术基础.北京：
高等教育出版社,2008年
[2]彭华林等编.数字电子技术.长沙：
湖南大学出版社,2004年
[3]金唯香等编.电子测试技术.长沙：
湖南大学出版社,2004年
[4]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,2005年
[5]阎石.数字电子技术基础.北京：
高等教育出版社,2001年
[6]陈华容贾雅琼.数字电子技术实验讲义.衡阳.湖南工学院出版社,2005年
附录A1逻辑电路图
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