毕业设计生产线产品产量自动计数器电路设计.docx
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毕业设计生产线产品产量自动计数器电路设计
毕业设计-生产线产品产量自动计数器电路设计
航电设备维修专业学生姓名:
学生人数:
讲师:
技术职称_____________江西航空职业技术学院2011年3月28日毕业设计（论文）学生姓名:
班级:
1.毕业设计（论文）职称:
生产线产品输出自动计数器电路设计
2.毕业设计（论文）的原始资料和设计技术要求:
1、光电电路及其制作实例；2、计数器及其逻辑设计:
3、模拟集成电路的特性和应用。
发光器件和光接收器之间的距离大于1m；每100次计数，闪烁2秒钟以指示。
用发光二极管和光电晶体管作为光电计数器的传感器进行计数，用数码管显示计数值，当数码管的显示值与设定值相同时报警。
3.毕业设计（论文）工作内容和完成时间:
在本设计中，光电计数电路主要分为四个模块:
信号采集电路、2位十进制计数电路、数字显示电路、报警电路，分别实现对通过光电门的物体的感应、计数和显示，并根据需要完成报警功能。
日期:
2010年12月15日至2011年3月8日
讲师的意见:
__________________________________________=22+____________________________________________=2并且实现了统计数据的采集，如在生产线包装数量控制等领域的应用，可以节省人力和效率。
光电计数器是一种非接触式计数，它利用光电传感器组成的广播电视门对通过光电门的物体进行计数。
它在某些场合具有无可比拟的优势，从而使其广泛应用于工业生产、实时监控、自动控制等领域。
为了实现光电计数器的功能，本设计采用模块与红外计数器光电传感器相结合的电路作为传感装置。
该电路主要分为四个模块:
信号采集电路、2位十进制计数电路、数字显示电路、报警电路，分别实现对通过光电门的物体的感应、计数和显示，并按要求完成报警功能。
计数范围为100，计数数量可预置。
当计数达到设定值时，计数停止，报警可以手动清除。
它还能数到100个小时，并闪烁灯光发出2秒钟的警报。
关键词:
计数器光电传感器数字显示报警目录毕业设计（论文）任务书2摘要3前言5第1章设计内容和要求6第2章设计方案6第3章系统组成73.1
系统框图7
3.2
单元电路设计8
3.2.1
信号采集电路设计8
3.2.2
计数电路12
3.2.3
数字显示电路15
3.2.4
固定号码报警电路16
3.2.5
全报警电路20
附录1总示意图22附录2部件清单23摘要24参考文献25前言工业生产通常需要自动计算产品的数量，计数器在这里占有一席之地。
数字电子计数器具有直观、计数准确的优点，已广泛应用于各行各业。
数字电子计数器有多种计数触发模式，这取决于实际使用条件和环境。
它们通常分为接触式计数器和非接触式计数器。
本文设计的光电计数器是非接触式计数器之一。
光电计数器利用光电传感器和光学原理来计算物体的数量。
光电传感器是一种将光信号转换成电信号的传感器。
其理论基础是光电效应。
这种效应大致可以分为三类。
第一种是外部光电效应，它能使电子在光线照射下从物体表面逃逸。
由这种效应制成的装置包括真空光电池、光电倍增管等。
第二种是内部光电效应，即物质的电阻率在光的照射下会发生变化。
这种器件包括各种类型的半导体光刻胶。
第三种是光电效应，即物体在光的作用下产生电动势的现象。
这种电动势称为光伏电动势。
这种器件包括光电池、光电晶体管等。
光电效应是利用光电元件在被照射后改变其电学特性。
光的敏感波长接近可见光，包括红外线波长和紫外线波长。
市场上光电计数器中使用的光电传感器包括照相机、光电池等。
使用的光类型有普通光和激光、可见光和不可见光等。
本文使用的传感器是红外光电传感器。
第一章的设计内容和要求采用发光二极管和光电晶体管作为光电计数传感器进行计数，采用数码管显示计数值，当数码管显示值与设定值报警相同时，除计数器停止计数外，手动清零报警即可再次工作。
发光器件和光接收器之间的距离大于1m；抗干扰技术可防止由背景光和瓶子晃动引起的计数错误。
每100次计数，闪烁2秒钟以指示。
为了满足上述要求，设计第二章采用红外发射管采用直流电源，接收管判断物体是否通过光电门，当物体通过光电门时输出高电平，触发下面的加法计数器加一。
为简单起见，计数器作为一组BCD码输出，输出由BCD-7数码管解码器解码，并输入到数码管进行显示。
同时，提供一个四位二进制数字比较器，通过拨号盘预置一个号码，比较器不时将计数器的输出与预置的号码进行比较，当两者相同时，发出信号停止计数器，并触发固定号码报警器工作并发出报警。
此外，该设计还具有脉冲电路，为红外发光二极管发射红外脉冲提供电源，可以增加瞬时功率，平均功率可以满足正常工作要求，从而可以增加光电门的宽度，以通过较大的物体。
同时增加了一组BCD码，扩大了计数范围，实现了100以内的计数。
为了间接扩大计数范围，增加了计数到100并闪烁2秒的提示。
在此方案的基础上，脉冲传输电路中使用的振荡器采用555多谐振荡器，结构简单，易于调试。
在该设计中，两个74LS190计数器级联以实现模块化100计数器。
在定数报警电路中，用两个74LS85块实现两个BCD码的比较，报警方式为蜂鸣器报警。
在整个百位报警电路中，555用于构成单稳态触发器，实现2秒延时，闪光灯由555多谐振荡器控制，实现每秒约3次闪光。
第三章体系构成3.1
系统框图
该设计的系统结构如下图1所示:
从图1中可以看到图1的系统框图。
系统可分为四个功能块:
信号采集、计数、显示、恒定报警、100报警。
3.2
单元电路设计
3.2.1
信号采集电路的设计
该电路主要由脉冲（方波）产生电路、光电转换电路和信号滤波比较电路组成。
脉冲发生电路是一个由555组成的多谐振荡器，振荡频率约为30千赫。
555定时器是一款结合模拟和数字功能的中型集成器件。
其内部包括两个电压比较器、三个等效串联电阻、一个rs触发器、一个放电管T和一个功率输出级。
它提供两个参考电压。
比较器的参考电压由三个5khz电阻分压，这三个电阻分别使同相比较器A1的参考电平和低电平比较器A2的反相输入相加。
A1和A2的输出控制RS触发状态和放电管开关状态。
当输入信号输入超过时，触发器复位，555的输出端在3个引脚输出低电平，同时放电，开关管导通；当输入信号从引脚2输入且低于时，触发器置位，555的引脚3输出高电平，同时放电，开关管关闭。
是复位端，当它为0时，555输出一个低电平。
通常，这个终端是开放的或者连接到VCC。
它是控制电压端（引脚5），通常作为比较器A1的参考电平输出。
当引脚5外接输入电压时，即改变比较器的参考电平，从而实现另一种输出控制。
当没有连接外部电压时，通常将一个0.01μf的电容接地进行滤波，以消除外部干扰并确保参考电平的稳定性。
t是放电管。
当T接通时，它将为连接到引脚7的电容器提供一个低电阻放电电路。
在这种设计中，要求发光器件和光接收器之间的距离大于lM，这要求增加发光器件的瞬时发射功率，同时确保平均功率在正常工作范围内，从而仅缩短每个发光器件的工作时间，反映出脉冲产生电路要减小脉冲的占空比。
然而，上述电路的占空比总是大于50%，并且影响频率被调整。
改进的555多谐振荡器可以方便地调整和设置占空比。
该电路如图2所示:
在图2的电路中增加了两个导向二极管，使充放电电流流经指定的电阻，只要分别调整总和的比例，就可以方便地调整输出波形的占空比。
在上部电路中，振荡周期T和占空比η为:
......等式3分别.1
等式3.2
在此设计中，输出波形的频率约为30千赫，占空比约为20%。
因此...等式3.3
等式3.4
根据惯例，电阻和电容的选择不应过大或过小，并应进行中和调整。
电容选择为0.022μF，电阻为390ω，电阻为2Kω电位计，调节至约1.8Kω。
光电转换电路使用红外发光二极管和光电晶体管作为光电转换传感器，并使用典型电路，如下图3所示。
从图3的光电转换电路中的555多谐振荡器输出的信号控制低功率三极管的导通和截止，从而控制发光二极管是否发光。
接收电路通过将光敏三极管连接到电源并增加一个下拉电阻来实现。
发光二极管的正常工作电压降约为1.2V，电流约为20mA，因此限流电阻估计约为150ω。
然而，由于脉冲信号的控制，工作时间约占20%，因此瞬时功率可增加5倍，即限流电阻减少80%，约为30ω。
光敏三极管在没有光线照射的情况下，电阻可以达到万亿欧姆，经过足够的小心，电阻降到了几千欧姆，所以它的分压电阻可以达到几十到几十万欧姆，具体需要根据实际情况进行调整，这里的典型值是33KΩ。
在图3中，节点3输出包含DC分量的信号，该信号的交流部分基本上与先前的脉冲输出信号同步。
当光被、和没有物体阻挡时，光电转换电路输出信号包含直流和交流分量。
因此，通过滤波电路，两个信号可以被转换成不同电压的DC信号，然后通过具有一定阈值的比较器，两个信号可以在数字电路中被转换成高电平和低电平，从而控制后续电路。
电路如下图4所示。
图4
在滤波比较电路中，又构成滤波电路，为了减少纹波，一般电阻、电容较大。
然而，如果电容和电阻太大，当两个输入信号切换时，电路的响应会很慢。
在这里，选择一般值。
比较电路由LM258组成。
三个引脚输入参考电压，即阈值电压，两个引脚输入待处理的信号。
阈值的选择应根据实际情况进行设置。
该电路能够准确区分两种不同的输入信号电压。
因此，电位计用于从电源获得电压，其中电容器是波纹滤波电容器。
通过上述三个单元电路的集成，信号采集电路可以实现发光器件与光接收器之间的距离大于1m；抗干扰，防止背景光和瓶子晃动产生计数误差”的要求，电路条件是当有物体通过时，阻挡红外光，电路输出高电平，通常输出低电平。
3.2.2
计数电路
计数电路主要利用计数器对信号采集电路输出的脉冲数进行计数，实现对物体的计数功能。
为了简化电路，这里选择74LS190作为电路的计数器。
74LS190是一个预设的十进制同步升降计数器。
其菜单如下:
表1、表2。
它的预设是异步的。
当输入控制端子处于低电平时，输出端子被预设为与数据输入端子一致的状态，而与时钟端子CP的状态无关。
计数是同步的，并且是通过在四个触发器上增加CP来实现的。
当计数控制端处于低电平时，它在CP上升沿的作用下同时改变，从而消除异步计数器中出现的计数尖峰。
当计数模式被控制在低电平时，进行计数；高的时候倒数。
只有当CP高时，总和才能跳跃。
它具有结转功能。
当计数溢出或欠流时，进位/借位输出端输出一个宽度等于脉冲周期的高电平脉冲。
行波时钟的输出输出一个低电平脉冲，其宽度等于CP的低电平部分。
；利用端可以级联成N位同步计数器。
当采用并行时钟控制时，它将连接到下一级。
当采用并行控制时，它将连接到下一级控制面板。
I/oCPL××d0d1d2d3dhl××××正计数hlh××××负计数h××××××保持表1菜单状态输出cplh××hxl×h高电平。
l低；低电平脉冲；*任意性；上升沿表2本设计要求设计一个两位十进制计数器。
根据其功能，可以获得如下图5所示的电路，其中和分别是低位和高位的BCD码输出，CLK输入是信号采集电路的输出信号，复位输入是复位电路的复位信号，保持是固定号码报警电路的锁定信号。
在正常计数期间，复位为高电平，保持为低电平。
当计数超过100时，输出闪存输出一个下降沿，触发100以上报警电路。
图5两位十进制计数电路图6上电复位电路复位电路图6是典型的上电低电平复位电路。
当电容器上电时，复位电压接近0V。
随着电容器持续充电，复位电压逐渐升高。
当达到74LS190的高电平定义电压时，复位结束。
延迟时间为:
......等式3.5
按计算、查找数据，选择如图所示
大约0.02s的复位时间可以通过使用的参数来实现。
当电路工作正常时，按下开关SW，实现手动复位。
增加复位电路是为了防止计数器在上电时被错误触发。
3.2.3
数字显示电路
该电路实现了数字显示计数电路的计数值。
计数电路输出两组BCD码。
为了简化电路，应选择BCD码七段数码管解码驱动器。
这里选择常用的74LS48公共阴极数码管驱动器，选择公共阴极八段数码管，但不使用小数点。
74LS48是一款带内部上拉电阻的BCD——七段数码管解码器/驱动器。
它的输出在高电平有效，可用于驱动普通阴极数码管。
其功能表如表3所示:
表3功能表十进制输入/输出字形a3a2a1a0yaybycydyeyyyg0hlllllhhhhl1hxllllllllllllll2hxllllllllhhlhhhhlhlhllhlhllhllhllllllllllllllHxLLLLLHLHHH3H×LLHHHHHHLHH4H×LHLHLHLHHHHH5H×LHLHHHHLHHHHLHHHHHHHHH6H×LHHLHHHHHHHHH7H×LHHHHHHHHHHHHHLLLl8h×HLHHHHHHHHHH9H×HLHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHH连接到高电平和计数电路，根据功能表。
只要根据功能表连接相应的端口，该电路就可以完成该功能，如下图7所示:
在图7的数字显示电路中，0+分别连接到计数电路中相应标记的引脚。
电阻器充当限流器。
由于数码管相当于并联的发光二极管，200ω的电阻就足够了。
3.2.4
固定号码报警电路
定数报警电路设计为当数码管显示值与设定值相同时报警，同时计数器停止计数，手动清除报警后可以再次工作。
为了简化电路，不使用刻度盘来设置数值，而是使用开关组加上下拉电阻，并且使用两个四位二进制比较器来比较这两个数值。
开关的闭合用来表示二进制数中的0、1，八个开关可以表示两组BCD码能够满足要求。
该电路显示在图8中总线的左侧部分。
在图中，SW1是一个开关组，包括八个开关，RP是一个行电阻，包括八个公共端电阻，一个引脚是一个公共端。
行电阻用作下拉电阻。
当开关关闭时，相应的输出处于低电平，指示“0”。
当开关处于接通状态时，相应的输出处于高电平，指示“1”。
比较器采用四位二进制比较器74LS85，可用于二进制码和BCD码的比较。
如图8所示布置外部引线。
两个4位二进制数的比较结果由三个输出端输出、、。
芯片还具有级联以具有相对长的字，其中较低电平、、连接到较高电平、、的相应输入端子，并且较低电平被设为高电平。
其功能表如下表4所示。
然而，在该设计中，两组BCD码被比较，并且仅采用相等的条件。
因此，不采用更复杂的级联电路。
对两组BCD码进行比较，取相等的条件。
然而，应考虑输入端子、、的电平输入。
根据需要，、连接到低电平，连接到高电平。
如图8所示，电路中的、分别连接到计数电路中相应标签的引脚。
图8计数和比较电路表4功能表输入/输出A3B3A2b2a1b1a0b0a>babfab3×××××hLA3B2×××××hLA3=B3A2B1×××hLA3=B3A2=b2a1b0×××hLA3=B3A2=B2A1=B1A0报警器使用蜂鸣器，由三极管驱动。
由于蜂鸣器的工作状态与发光二极管相似，因此限流电阻仍为200欧姆。
保持的输出端是一个锁定信号。
当处于锁定状态时，按下复位电路的复位键后，报警解除，计数重新开始。
图9报警电路3.2.5
全报警电路
该电路设计为通过闪烁灯2秒来实现每计数100的指示功能。
根据计数电路的介绍，当计数器从99转回到0时，FLASH输出将输出一个下降沿，因此该信号可用于触发满量程报警电路。
对信号进行微分后，获得一个短的负脉冲，触发由555组成的单稳态触发器，输出一个两秒高电平，控制555多谐振荡器工作两秒钟，输出一个两秒低频方波，使发光二极管灯闪烁两秒钟。
单稳态触发电路具有C1、R1。
在稳定状态下，555电路的输入端处于电源电平，内部放电开关管T接通，输出端F输出低电平。
当外部负脉冲触发信号经由C1施加到端子2，并且端子2的电位瞬时低于端子2的电位时，低电平比较器动作，单稳态电路开始瞬态过程，并且电容器C开始充电，VC
根据指数增长定律。
当VC充电时，高电平比较器动作，比较器A1翻转，输出V0从高电平返回到低电平，放电开关管T再次导通，电容器C上的电荷通过放电开关管快速放电，瞬态结束，稳态恢复，并为下一个触发脉冲的到来做准备。
瞬态的持续时间（即延迟时间）取决于外部元件R、C的值:
等式3.6
通过改变R、C的大小，延迟时间可以从几微秒变为几十分钟。
当单稳态电路用作定时器时，可以直接驱动小继电器，并且可以使用复位端子（4引脚）接地方法来暂停瞬态和重新计时。
根据要求，为了防止r和c都变得过大，选择c（）作为100μF，r（）作为18KΩ。
图10
。
数字中和构成微分器，用于参数选择的参考信号在电路中采用滤波电路。
复位是控制信号输入端，信号来自计数电路中的上电复位电路。
为了防止单稳态触发器被上电时产生的干扰信号错误触发，增加了控制信号RESET。
上电时，RESET电路的分析显示RESET处于低电平，单稳态触发器中的4个555引脚处于低电平，因此单稳态触发器在RESET返回高电平之前不会工作。
对555多谐振荡器的频率占空比没有严格要求，主观频率为3Hz，占空比是随机的。
根据前面的介绍，选择13kΩ、15kΩ和10μF，如图11所示。
多谐振荡器的工作取决于单稳态触发器的输出。
是限流电阻。
图10单稳态触发器图11多谐振荡器附录1总原理图附录2元件清单NE555三个光电转换元件NBC-PS2501-1一个LM258一个74LS190、公共阴极数码管、74LS48、74LS85各两个
蜂鸣器一个电阻390欧姆、10k、13k、15k、18k、33k各一个，1k三个，510欧姆、200欧姆各两个
排除（81k）一个、滑动变阻器100k、2k
两个二极管、一个发光二极管
晶体管（NPN），两个按钮，两个开关组（8），一个电容0.022Uf、100uF，四个电容0.1uF，三个电容4.7uF
摘要
本次毕业设计主要是根据课题的要求，运用数字电路等相关知识，分析、设计。
然而，由于我的能力有限，这个电路的人性化设计是不够的。
例如，固定号码报警电路中设置号码的电路不使用拨号等直观的方法，而是使用开关组直接设置二进制号码，不够方便。
此外，该电路没有外部接口，不能直接与其他系统交换数据。
通过这次设计，我巩固了以前学过的数字电路和模拟电路的相关知识，并将这些知识应用到系统设计中。
这个设计可以说是过去三年所学知识的结晶。
它扩大了理论和实践之间的差异。
这个问题带来了设计经验，从而为未来的发展增加了资金。
最后，我想对我的老师表示衷心的感谢！
感谢姚先生的严谨态度和细心指导！
我也感谢那些热情帮助我的同学们！
谢谢你！
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