产品计数器课设(我)

1、燕山大学课 程 设 计 说 明 书题目： 产品计数器设计 学院（系）： 年级专业： 学 号： 姓 名： 2010年6月26日星期六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，能节省劳动力有能高效地完成任务。光电计数器采用光电传感器构成的广电门实现对通过光电门的物体进行计数，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。本作品为实现光电计数器的功能，采用模数结合的电路，以红外对射光电传感器为传感器件。电路主要分为信号采集电路、两位十进制

2、计数电路、数码显示电路、三个模块，分别实现对通过光电门的物体感应，计数，显示。作品电路主要采用常用分立元件和小规模集成电路，结构简单可靠，能够提供准确的统计值，成本低廉，实用性强，二次开发性高。关键词：计数器 光电传感器 数码显示 目录前言1第一章 设计内容及要求2第二章 设计方案3第三章 系统组成43.1 系统框图43.2 单元电路介绍53.2.1 信号采集电路53.2.2 计数电路63.2.3 数码显示电路83.3 元器件焊接113.4 调试与测试结果13第四章 结论14第五章 参考文献16产品计数器设计前言工业生产中常常需要自动统计产品的数量，计数器在这里有其用武之地。而数字式电子计数器

3、有直观和计数精确的优点，目前已在各种行业中普遍使用。数字式电子计数器有多种计数触发方式，它是由实际使用条件和环境决定的，通常分为接触式计数器和非接触式计数器两种。本次设计的光电计数器为非接触式计数器中的一种。光电计数器采用光电传感器利用光学原理实现对物件的数目统计。光电式传感器是将光信号转化为电信号的一种传感器。它的理论基础是光电效应。这类效应大致可分为三类。第一类是外光电效应，即在光照射下，能使电子逸出物体表面。利用这种效应所做成的器件有真空光电管、光电倍增管等。第二类是内光电效应，即在光线照射下，能使物质的电阻率改变。这类器件包括各类半导体光敏电阻。第三类是光生伏特效应，即在光线作用下，物

4、体内产生电动势的现象，此电动势称为光生电动势。这类器件包括光电池、光电晶体管等。光电效应都是利用光电元件受光照后，电特性发生变化。敏感的光波长是在可见光附近，包括红外波长和紫外波长。市场上的光电计数器采用的光电传感器有摄像头、光电管等，采用的光的种类有普通光和激光，可见光和不可见光等。本文采用的传感器为红外光电传感器。第一章 设计内容及要求1.1 基本要求利用发光二极管和光敏三极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，1.2 提高要求1) 发光器件和光接收器之间的距离大于10cm2) 有抗干扰技术，防止背景光和瓶子抖动产生计数误差第二章 设计方案该方案可以满足设计的基本要求，激光

5、管采用直流供电，接收对管判断是否有物体通过光电门，并且当物体通过光电门时输出一个低电平，触发后面的加法计数器，使其加一，为简单起见，计数器为一组BCD码输出，输出由BCD-七段数码管译码器译码，输入至数码管显示。该方案在基本方案的基础上，增加调频电路激光管调频，使其发射红外脉冲，从而可以提高瞬时功率而使平均功率满足正常工作要求，实现抗干扰能力，以减少其他光线的影响，也可以满足通过较大的物体。同时又增加一组BCD码，使计数范围加大，实现一百以内的计数。该方案较上一方案复杂，但完成的功能更多。满足提高要求。在该方案的具体器件选择上，又有许多方案，如红外检测有多种选择，可以采用元件构成，也可以采用集

6、成电路构成，为简化电路，同时增强检测距离本设计采用调频激光发射器，其结构简单，便于调试。在计数器方面也有多种选择，计数器种类繁杂，有同步的，有异步的；有十进制的，有十六进制的，在满足要求的基础上，为尽量简化电路，减小各模块之间的联系，本设计采用两块74LS160进行级联，实现模一百计数器本设计采用提高方案，满足提高要求。第三章 系统组成3.1 系统框图本设计采用提高方案，其系统结构如图3.1所示：光电转换计数器计数显示数值调制激光图3.1 系统框图由图可见，系统可分为信号采集、计数、显示、定数报警、满百报警四个功能块。以下将分别介绍各功能块的详细构成。各模块重复部分只说明一次。3.2 单元电路

7、介绍3.2.1 信号采集电路光电转换电路采用激光管和专用光敏三极管作为光电转换传感器，采用典型电路，如图3.3。图3.3 光电转换电路 图中C11为胆电容，容值为1uf ，jp11为调制管，jp12为接收管，他们长的差不多，都是三条腿，但是需要注意的是，在购买的时候调制管和激光管一定要买相配的，应为他们之间必须频率必须匹配才可以正常工作。L11就是激光发射管，用5mw就够了。图中的OUT1为控制信号，控制激光发射管是否工作，IN1为信号输出，当没有物体通过时接收管截止，输出端为高电平发光二极管熄灭，当有物体通过时接收管不能接收激光接收管导通，发光二极管负极接地，发光二极管点亮，输出低电平。调制

8、管产生180KHZ的方波，使得发出的光是一定的频率，接受管只接受这个频率的光，从而提高了接收管的抗干扰能力。3.2.2 计数电路计数电路主要采用计数器统计信号采集电路输出的脉冲个数，实现对物件计数的功能。为了使电路简单化，减少其它器件的使用，通过查看各种计数器芯片的技术手册，选取74LS160电路的计数器。用于快速计数的内部超前进位 、用于n 位级联的进位输出 、同步可编程序 、有置数控制线 、二极管箝位输入 、直接清零 、同步计数。74LS160为可预置十进制同步加减计数器，其功能表见表3.1这种同步可预置十进计数器是由四个D 型触发器和若干个门电路构成，内部有超前进位，具有计数、置数、禁止

9、、直接（异步）清零等功能。对所有触发器同时加上时钟，使得当计数使能输入和内部门发出指令时输出变化彼此协调一致而实现同步工作。这种工作方式消除了非同步（脉冲时钟）计数器中常有的输出计数尖峰。缓冲时钟输入将在时钟输入上升沿触发四个触发器。 这种计数器是可全编程的，即输出可预置到任何电平。当预置是同步时，在置数输入上将建立一低电平，禁止计数，并在下一个时钟之后不管使能输入是何电平，输出都与建立数据一致。清除是异步的（直接清零），不管时钟输入、置数输入、使能输入为何电平，清除输入端的低电平把所有四个触发器的输出直接置为低电平。 超前进位电路无须另加门，即可级联出 n 位同步应用的计数器。它是借助于两个

10、计数使能输入和一个动态进位输出来实现的。两个计数使能输入（ENP 和ENT ）计数时必须是高电平，且输入ENT 必须正反馈，以便使能动态进位输出。因而被使能的动态进位输出将产生一个高电平输出脉冲，其宽度近似等于Q A 输出高电平。此高电平溢出进位脉冲可用来使能其后的各个串联级。使能 ENP 和ENT 输入的跳变不受时钟输入的影响。 电路有全独立的时钟电路。改变工作模式的控制输入（使能ENP 、ENT 或清零）纵使发生变化，直到时钟发生为止，都没有什么影响。计数器的功能（不管使能、不使能、置数或计数）完全由稳态建立时间和保持时间所要求的条件来决定。表3.1 功能表本设计要求设计两位十进制计数器，

11、根据其具备的功能，可得仿真电路，如下图，其中U12为高位计数值，U4为低位计数值。两位十进制计数仿真电路3.2.3 数码显示电路该电路是实现将计数电路的计数值以直观的数字方式显现出来，只需实现基本要求即可，无特殊要求。计数电路输出两组BCD码，为了使电路简单，应选用BCD码七段数码管译码驱动器，而七段数码管的选择与之配套。译码器无特殊功能要求。这里选用了常用的74LS47共阳极数码管驱动器，配套选取共阴八段数码管，但小数点位不用。74LS47共阳极数码管驱动器译码为编码的逆过程。它将编码时赋予代码的含义“翻译”过来。实现译码的逻辑电路成为译码器。译码器输出与输入代码有唯一的对应关系。74LS4

12、7是输出低电平有效的七段字形译码器，它在这里与数码管配合使用，下表列出了74LS47的真值表，表示出了它与数码管之间的关系。 (1)LT()：试灯输入，是为了检查数码管各段是否能正常发光而设置的。当LT()=0时，无论输入A3 ，A2 ，A1 ，A0为何种状态，译码器输出均为低电平，若驱动的数码管正常，是显示8。 (2)BI()：灭灯输入，是为控制多位数码显示的灭灯所设置的。BI()=0时。不论LT()和输入A3 ，A2 ，A1，A0为何种状态，译码器输出均为高电平，使共阳极7段数码管熄灭。 (3)RBI(-)：灭零输入，它是为使不希望显示的0熄灭而设定的。当对每一位A3= A2 =A1 =A

13、0=0时，本应显示0，但是在RBI(-)=0作用下，使译码器输出全1。其结果和加入灭灯信号的结果一样，将0熄灭。 (4)RBO()：灭零输出，它和灭灯输入BI()共用一端，两者配合使用，可以实现多位数码显示的灭零控制。根据功能表，将接高电平，接计数电路的，该部分电路简单，只要根据功能表将相应端口连接起来即可完成功能，如下图。 数码显示电路仿真图为了提高74LS47的驱动能力增加了74LS373锁存器驱动芯片，是驱动电流更大，74HC373和74LS373原理一样，8数据锁存器。主要用于数码管、按键等等的控制 1. 真值表 Dn LE OE On H H L H L H L L X L L Qo

14、 X X H Z 这个就是真值表,表示这个芯片在输入和其它的情况下的输出情况。 每个芯片的数据手册（datasheet）中都有真值表。 布尔逻辑比较简单,在此不赘述; 2. 高阻态 就是输出既不是高电平,也不是低电平,而是高阻抗的状态;在这种状态下,可以多个芯片并联输出;但是,这些芯片中只能有一个处于非高阻态状态,否则会将芯片烧毁; 高阻态的概念在RS232和RS422通讯中还可以用到。 3. 数据锁存 当输入的数据消失时,在芯片的输出端,数据仍然保持; 这个概念在并行数据扩展中经常使用到。 4. 数据缓冲 加强驱动能力。74LS373具备数据缓冲的能力。 OE：output_enable,输

15、出使能; LE：latch_enable,数据锁存使能; Dn：第n路输入数据; On：第n路输出数据; 真值表,意思如下： 第四行：当OE1是,无论Dn、LE为何,输出端为高阻态; 第三行：当OE0、LE0时,输出端保持不变; 第二行第一行：当OE0、LE1时,输出端数据等于输入端数据; 结合下面的波形图,在实际应用的时候是这样做的： a OE0; b 先将数据从单片机的口线上输出到Dn; c 再将LE从0-1-0 d 这时,所需要输出的数据就锁存在On上了,输入的数据在变化也影响不到输3.3 焊接元器件领取所需元器件焊接在板子上，焊接过程注意综合考虑各个期间的引脚及接电源的节点的情况，对接

16、线路径进行规划，尽量避免线路的重叠，要求尽量美观实用。焊接固定座槽，注意不要短路和短路，可以准备好电压表在一边变焊接边测试，确保一步步准确无误的进行，以免后面的返工。连接各条线路不要错漏，不要重复。 焊接时，烙铁到鼻子的距离应该不少于 20cm ，由于焊锡丝中含有一定比例的铅，而铅是对人体有害的一种重金属，因此操作时应该戴手套或在操作后洗手，避免食入铅尘。电烙铁使用以后，一定要稳妥地插放在烙铁架上，并注意导线等其他杂物不要碰到烙铁头，以免烫伤导线，造成漏电等事故。 基本操作分为五步：准备施焊，左手拿焊丝，右手握烙铁，进入备焊状态。要求烙铁头保持干净，无焊渣等氧化物，并在表面镀有一层焊锡；加热焊

17、件，烙铁头靠在两焊件的连接处，加热整个焊件全体，时间大约为 12 秒钟。对于在印制板上焊接元器件来说，要注意使烙铁头同时接触两个被焊接物；熔化焊料，焊件的焊接面被加热到一定温度时，焊锡丝从烙铁对面接触焊件。注意：不要把焊锡丝送到烙铁头上；移开焊锡，当焊丝熔化一定量后，立即向左上 45 度方向移开焊丝；移开烙铁，焊锡浸润焊盘和焊件的施焊部位以后，向右上 45 度方向移开烙铁，结束焊接。从第三步开始到第五步结束，时间大约也是12s。由于焊接技术的不纯熟以及工具的有限，我们焊接的电路板存在一系列问题激光头焊接时的注意事项：1、激光传感器的核心是发光二极管，在使用时应防止静电的干扰以免引起激光的衰弱。

18、2、在焊接时应先洗手去除静电、或者是戴上防静电手套可有效避免因操作不当而给您带来不必要的损失以减少您做智能车的费用。3、在焊接时应避免烙铁长时间接触激光头以免损坏激光头数码管使用注意事项说明：（）数码管表面不要用手触摸，不要用手去弄引角；（）焊接温度：度；焊接时间：（）表面有保护膜的产品,可以在使用前撕下来。3.4 调试与测试结果电路焊接完毕后，对照原理图检查是否有漏焊、错焊之处，特别要检查电源引线是否短路。确认无误后，上电调试，先查看感觉各元器件是否正常工作，是否有异味发烫等，如有即及时断电检查；若无，测试电路是否完成相应功能，若不能实现某些功能，首先检查相应功能块电路的核心元件是否工作。经

19、测试，电路正常工作，相关功能完全实现第四章 结论本次数字电路课程设计，主要是按照课题要求，运用所学的数字电路等相关知识，进行分析、设计，并进行电路焊接、调试，实现相应功能。经过一段时间的努力，在保证设计方案可行性的前提下，将电路焊接出来，再经过一定的调试，最终实现基本要求和提高要求的全部功能，证实了方案的正确性及可行性。本次设计中，全部采用分立元器件或常用的小规模集成电路，电路结构简单可靠，能够提供准确的统计值，成本低廉，非常适合小型加工厂的产品流水线中自动统计产品个数等。电路采用模块化设计，因此具有较高的二次开发性，如将电路用于统计一定时间中吊瓶滴下液滴的数目用来判定是否点滴是否将要滴尽；将

20、信号采集电路应用于报警器中等等。但是本电路的人性化设计做的不足,电路未设有外部接口，无法直接与其他系统进行数据交换。当然，本次设计的数字电路部分可以采用单片机等复杂器件实现，电路将更简单，功能可以做的更强大。但考虑到节约性和电路的简单实用性选择了逻辑电路实现。 另外在做本次课程设计的过程中，我感触最深的当属查阅大量的设计资料了。为了让自己的设计更加完善，查阅这方面的设计资料是十分必要的，同时也是必不可少的。我们一切都要有据可依，有理可寻，不切实际的构想永远只能是构想，永远无法升级为设计在设计课程过程中遇到问题是很正常德，但我们应该将每次遇到的问题记录下来，并分析清楚，以免下次再碰到同样的问题的课程设计结束了，但是从中学到的知识会让我受益终身。发现、提出、分析、解决问题和实践能力的提高都会受益于我在以后的学习、工作和生活中。设计过程，好比