数电课程设计--药片计数器

1、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： 学号：201315020232指导教师：2015年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

2、码 / 译码/ 显示控制电路 1 24.2 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 1 65.2硬件实验结果 17药片计数器一、设计任务与要求1.1 任务与要求设计一个药片装瓶计数的控制电路，使药片在装瓶时能够自动计数，达到 设定量后自动停止，并开始第二瓶计数。当药瓶装瓶时，挡住了光线的照射，使计数器获得一个计数脉冲，计数器 计数加1。第二片到来时，计数器再加1 ,随着药片的增加，获得数字 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

3、 总体框图图2-1 药片计数器控制电路的电路框图2.2模块设计内容方案一：基于数字电子技术的设计先使用编码器进行编码，接着将编码内容通过译码器译码并通过数码管显 示，从而得到标准量的控制部分；计数部分使用十进制计数芯片，同样通过译码器译码并通过数码管显示计数的值；标准量与计数值最后通过比较器进行比 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 单片机的设计通过编程来控制单片机，继而控制标准量与计数量的比较，比较结果用来 控制传送皮带，并且要控制数码管显示部分。此方案电路简单、实用，但是此 次课程设计是对数字电子技

4、术课程的进一步了解和应用，以及对所学内容的考 核，所以我们采用方案一。方案一的总体电路框图如图 2-1 ，标准量控制电路部分可以直接用二进制 置数，但考虑到实际生产中用二进制置数不方便，容易造成错误而造成重大损 失，因此在这部分用按键来实现编码，编码采用十进制数 -BCD优先编码器 74ls147, 然后采用 74ls47 进行译码，数码管显示电路部分采用共阳极数码管来 实现，此设计更为直观化，也更容易被采用。在计数电路中，有可预置数同步可逆加减十进制计数器 74ls190 、同步十 进制双时钟加减计数器 74ls192 以及同步可预置数 4 位的十进制加法计数器 74ls160 可供我们选择

5、，考虑到我们不需要减法计数部分，所以我们采用两片 加法计数器 74ls160 进行同步级联组成 100 进制的计数器。数值比较电路中，基于我们设计的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的 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，采用 555 定时器组成的单稳态电路，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的 74ls160 为下降沿有 效）。三、选择器件3.1 74LS147十进制

6、数-BCD优先编码器十进制数-BCD优先编码器74IS147具有优先编码功能，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，该编码器具有9个低 电平有效的输入端，没有0输入端，当所有9个输入都无效时就是对0进行编 码；具有4个低电平有效的输出端，允许同时输入两个以上的编码信号，但只 对其中优先权最高的一个进行编码，编码为优先权最高数字的反码。其内部由 一系列的门电路组成，内部原理图如图3-2所示，表3-1为十进制数-BCD优先编码器74IS147的真值表。表3-1 十进制数-BCD优先编码器74IS147的真值表输入输出I 9I 8I 716I 5I 413I 2I1

7、10Y3Y2Y1Y00XXXXXXXr xX010110XXXXXXX0111110X 1XXXXr xX100 :01110XXXXXX1001111厂0XXXr xX10厂0111110XXr xX10111111110XXX11001111 :1110r xX110 11111111110X111011111111101110图3-23.2 74ls47 BCD-7段数码管译码器驱动器ARB1bL1AdBeCfD47T2b图3-31374LS47,它的逻辑符号如图3-3，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，它内部有门电路构成，其内部原理图如图3-4 o表3-2列

8、出了 74LS47的真值表，表示出了它与数码管之间的关系。74LS47是BCD-7段数码管译码器/驱动器，74LS47的功能用于将BCD码转化成数码块中的 数字,通过它解码，可以直接把数字转换为数码管的显示数字，74LS47为低电平作用。该译码器有4个控制信号：灯测试端LT,动态灭灯输入RBI，灭灯输 入/动态灭灯输出/ RBO，他们功能如下： 所有各段都灭功能：当BI/ RBO作为输入端使用时，若BI =0，贝U不管 其他输入信号，输出各段都灭。 各段都灭检测功能：当BI / RBO作为输出端使用时，若RBO输出0, 表示各段已经熄灭。 所有各段都亮功能：当BI=1或开路而LT=0时，所有各

9、段都亮，该功能 用于检测各段的工作情况。 灭o功能：当RbI =0，且abcD言号为0,而LT =1时，所有各段都灭， 同时RBO输出0,该功能是灭0。 显示功能：=1或开路，RBI =1或开路，LT =1时，按照功能表显示 输入数字0-15对应的图形，并且不灭0。该译码器可以按灭0方式连接，所谓“灭0连接”是灭掉不需要的0,例 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的两个 0和最右边的一个0,但不能灭掉205.06中的0。对于整数，只要高位为0,次 高位才能灭0,所以将高位的RBO与次高位的RBI连接。对于小数，将次高位 的RBO与高位的RBI连接。表3

10、-2（十讲输入输入输出输出制或DCBAabcdefg0111000Q1ononononononoff011XQ0 I0I 11ononoffoffoffoff121X00101ononoffononoffon231耳00111ononononoffoffon341X01001offononoffoffonon451X01011onoffononoffonon5| 61X011Q1onOffononononon吕1 1X01111onononoffoffoffoff1 1X10001ononononononon8亠XX10011ononononoffonon9101X0101OffoffQffo

11、nonOffon1X10111offoffononoffoffon1X11001offonoffoffoffonon愉出转宦131X11011onoffoffonoffonoo符号1X11101offoffoffonononon151X11111offoffoffoffoffoffoffXXXXXXDohoffoffoffoffoffoff天灯1000000offoffoffoffoffoffoff10XXXXX1ononononononon8 胚灯）不 2 丁可予石7枣卩卫TIT UR R T5R*tE-eLiMwGMW4BtlHTHI： BtMf 0* R*LBLAN kBK MW4图3-

12、40 It?c:Ft显示数字及其特定符号173.3 74ls04 非门1ir(b132A3122Y；V113A5103Y6gGNDa图3-5vccGAGY5A5Y4A4Y输入A输出丫1001表3-374LS04的逻辑符号如图3-5所示。它由六组反相器集成，输出信号 丫是输 入信号A的非，若输入信号A是高电平H (1)，则输出信号丫是低电平L( 0)； 若输入信号A是低电平L( 0)，贝U输出丫是高电平H( 1)，74ls04的逻辑功能表见表3-3。其内部单个原理图如图3-6，它由二极管、三极管及电阻构成ccOulput Y图3-63.4 74IS160同步可预置数加法计数器Ct.R9LOAD

13、JoDR A T PLONNPclellcabcdA B c D o o o Q Q Re1514isII输入输出CP CR LD ENT ENPX 0XXX异步7冃零10X X同步预置1 1 1 1计数X 110X保持X 11X 0保持图3-7表3-4同步可预置数4位十进制加法计数器74IS160具有异步清零端，逻辑符号 如图3-7所示，它具有数据输入端 A、B、C和D,以及同步置数端LOAD、异 步清除端CLR和计数控制端ENT和ENP为方便级联，设置进位输出端 RCO当CLR=0时，异步清零，当LOAD =0、CLR =1，CP脉冲为上升沿时预置 数。当LOAD =CLR =ENT=EN

14、P=#，电路工作在计数状态。当计数器计数值为 九时，RCO俞出一个与Qa端高电平部分相同宽度的高电平。74ls160的逻辑功 能表见表3-4。 74ls160的内部是由门电路与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Q QQ p PP0 12 3 F p PPQQQ p p P74LS85图3-974ls85数值比较器的逻辑符号如图 3-9，它用于比较A(A3A2A1A0)B(B3B2B1B0两个数大小，还有级联输入端，通过级联端可以连接成8位、16位或更高位数的比较器。74ls85的逻辑功能表见表3-5，该比较器首先判断A3 与B3,再比较A

15、2与B2,然后比较A1和B1及A0与B0,若他们都相等，则判 断级联信号。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则比较器的输出取决于级联输入信号，级联信号等于（AB =0、（ A=B =1、（ ABABAB3P XXP XXXX100A3B3XX3LXXX010A3=B3A2B2XXXXX100A3-B3A2B1XXXXI00A3=S3A2=B2AlB0XXX100A3-B3A2-B2A1=B1AOOOXXX010A3=B3A2=B2A1=B1AOBO100100A3-B3A2-B2Al-BlAOBO010010A3-B3A2-B2Al-BlA

16、O-BOXX1001A3=B3A2=B2A1=B1AO=BO110000A3 =33A2=B2A1=B1AOBO0Q0110A图 3-10图 3-11AH3.6 共阳数码管共阳数码管立戮cl e fg DP图 3-12共阳数码管有发光二极管组成，内部原理图如图3-12所示，发光二极管的管压降在1.6V-1.8V之间，最大电流不超过30mA响应时间约为0.1us,在室内光线情况下，10mA电流就可以获得足够的亮度。发光二极管的正极都被接入a、b、c、d、e、f、g、可以通过输入端高低电Vcc,当负极为低电平时二极管会被点亮，即当输入端DP中的某一个为低电平时，对应的二极管就会被点亮,平的不同组合

17、来显示不同的数字，其逻辑功能表如表3-6，显示的内容如图3-13所示。卜卜 d Tb flT flT 卜 iTb flTl el_lc 卜 _ddd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 0 150 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1同丄RESETDISCi555111MU 1(2)CONT(5),1R(INI)(II图 3-1

18、4(21(|图 3-15Ift电品統图3-14为555定时器的逻辑符号图，由图3-15所示的内部原理图可知, 它由比较器和非门组成的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与输出状态之间的关系如下： 阈值端电压V11大于2/3VCC，触发端电压V12大于1/3VCC，锁存器的R 端为低电平，S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，锁存器的R 端为高电平，S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

19、端电压V12小于1/3Vcc，锁存器的R 端为高电平，S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，锁存器的R 端为低电平，S端为低电平，锁存器置1,放电管截止，输出高电平。四、功能模块4.1标准量编码/译码/显示控制电路编码/译码/显示电路如下图4-1所示。当A-I中某个键按下时，表明输入0-9中的某个数，在编码器74LS147的输出端有相应的编码输出。同时由于按 键的按下，74LS147输出编码为优先权最高数字的反码，我们通过4个非门将输出的二进制编码进行取反，继而得到优先权最高数字的二进制数，在

20、通过BCD-7段数码管译码器驱动器 74IS47进行译码，最后通过共阳极数码管显示此数字。 通过同样的方式再构建一个编码/译码/显示电路，这样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的标准量控制电路。另一方面，芯 片74IS47编码经过非门之后的二进制数，如图 4-1所示，连到由74IS85组成 的8位二进制比较器，该信号用以与计数信号的计数值进行比较。2A0 2A1、2A2、2A3 （为高四位）对应第二位比较器的 A0 A1、A2、A3端（8位比较器的 高四位），1A0、1A1、1A2、1A3 （为低四位）对应第一位比较器的A0 A1、A2、A3端（8位比较器的低四位）。

21、=F A. cG f,1A：741S47D4LS(J:1A1*H U L :旺. 旺.用UPW-A 肛8筍 F图4-1-L,rr.TdLSMC74LS47D4.2计数电路两片74LS160以同步连接方式组成100进制的计数器，二者具有共同的时 钟CP以第一片的进位RCO俞出到第二片的ENT和ENP端，就是每当第一片计 数到1001、RCC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，RCC端输出0,第二片停止计数，等待 下一个RCC=1计数输出端通过BCD-7段数码管译码器驱动器74IS47进行译码, 再通过数码管进行显示，8位二进制比较器电

22、路的输出端来控制两片74IS160的清零端，两片计数器的输入端都已经置零，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。另一方面，计数 值的高4位2B0 2B1、2B2、2B3输入到8位数值比较电路的第二片 74ls85的 B0、B1、B2、B3,低四位1B0 1B1、1B2、1B3输入到比较电路的第一片 74IS85的B0、B1、B2、B3,与标准量进行比较。其电路图如图 4-2。图4-24.3数值比较电路数值比较电路由两片集成的4位比较器74ls85进行级联构成8位比较器，1A0 1A1、1A2、1A3代表第一片74ls85的输入端 A0 A1、A2、A3,即输入控 制量的低四位，2A0 2A1、2A2、2A3代表第二片74ls85的输入端 A0 A1、A2、 A3,即输入控制量的高四位；1B0 1B1、1B2、1B3代表第一片74ls85的输入 端B0 B1、B2、B3,即计数值的低四位，2B0 2B1、2B2、2B3代表第二片 74ls85的输入端B0 B1、B2、B3,即计数值的高四位。当输入控制量与计数值 相等时，两片74ls85级联组成的8位数值比较器输出为1,进过非门74ls04 后输出为0,当输入控制量与计数值不相等时，8位数值比较器输出为0,经非