數電課程設計--藥片計數器

1、<p><b>　　電子課程設計</b></p><p><b>　　---藥片計數器</b></p><p><b>　　藥片計數器</b></p><p><b>　　設計任務與要求 </b></p><p>　　1.1 任務與要求<

2、;/p><p>　　設計一個藥片裝瓶計數的控制電路，使藥片在裝瓶時能夠自動計數，達到設定量后自動停止，并開始第二瓶計數。</p><p>　　當藥瓶裝瓶時，擋住了光線的照射，使計數器獲得一個計數脈沖，計數器計數加1。第二片到來時，計數器再加1 ，隨著藥片的增加，獲得數字A，用數字A和標準量B進行比較，當A=B時，計數器停止計數。同時控制傳動皮帶使第二瓶進行裝片（計數）。</p>

3、<p><b>　　二、總體框圖 </b></p><p><b>　　2.1 總體框圖</b></p><p>　　圖2-1 藥片計數器控制電路的電路框圖</p><p><b>　　2.2模塊設計內容</b></p><p>　　方案一：基于數字電子技術的設

4、計</p><p>　　先使用編碼器進行編碼，接著將編碼內容通過譯碼器譯碼并通過數碼管顯示，從而得到標準量的控制部分；計數部分使用十進制計數芯片，同樣通過譯碼器譯碼并通過數碼管顯示計數的值；標準量與計數值最后通過比較器進行比較，并用比較信號來控制傳送皮帶；計數脈沖部分使用555定時器組成單穩(wěn)態(tài)電路，是否遮光來決定是否產生觸發(fā)沿。</p><p>　　方案二：基于51單片機的設計

5、 </p><p>　　通過編程來控制單片機，繼而控制標準量與計數量的比較，比較結果用來控制傳送皮帶，并且要控制數碼管顯示部分。此方案電路簡單、實用，但是此次課程設計是對數字電子技術課程的進一步了解和應用，以及對所學內容的考核，所以我們采用方案一。</p><p>　　方案一的總體電路框圖如圖2-1，標準量控制電路部分可以

6、直接用二進制置數，但考慮到實際生產中用二進制置數不方便，容易造成錯誤而造成重大損失，因此在這部分用按鍵來實現編碼，編碼采用十進制數-BCD優(yōu)先編碼器74ls147,然后采用74ls47進行譯碼，數碼管顯示電路部分采用共陽極數碼管來實現，此設計更為直觀化，也更容易被采用。</p><p>　　在計數電路中，有可預置數同步可逆加減十進制計數器74ls190、同步十進制雙時鐘加減計數器74ls192以及同步可預置數4位

7、的十進制加法計數器74ls160可供我們選擇，考慮到我們不需要減法計數部分，所以我們采用兩片加法計數器74ls160進行同步級聯組成100進制的計數器。</p><p>　　數值比較電路中，基于我們設計的標準控制電路和計數電路，我們要兩位十進制進行比較，即 8位二進制數值比較，所以我們用兩片集成的4位比較器74ls185進行級聯，組成8位二進制數值比較器。</p><p>　　計數脈沖電路

8、中，采用555定時器組成的單穩(wěn)態(tài)電路，當遮光時觸發(fā)端TR產生高電平,OUT產生低電平；未遮光時觸發(fā)端TR產生低電平，OUT產生高電平，形成觸發(fā)沿使計數時鐘有效（在計數電路中我們使用的74ls160為下降沿有效）。</p><p><b>　　三、選擇器件 </b></p><p>　　3.1 74LS147 十進制數-BCD優(yōu)先編碼器

9、 </p><

10、;p><b>　　圖3-1</b></p><p>　　十進制數-BCD優(yōu)先編碼器74ls147具有優(yōu)先編碼功能，即在同時輸入多個數字時，只對最大數字進行編碼。圖3-1為其邏輯符號，該編碼器具有9個低電平有效的輸入端，沒有0輸入端，當所有9個輸入都無效時就是對0進行編碼；具有4個低電平有效的輸出端，允許同時輸入兩個以上的編碼信號，但只對其中優(yōu)先權最高的一個進行編碼，編碼為優(yōu)先權最高數字

11、的反碼。其內部由 一系列的門電路組成，內部原理圖如圖3-2所示，表3-1為十進制數-BCD優(yōu)先編碼器74ls147的真值表。</p><p>　　表3-1 十進制數-BCD優(yōu)先編碼器74ls147的真值表</p><p><b>　　圖3-2</b></p><p>　　3.2 74ls47 BCD-7段數碼

12、管譯碼器驅動器</p><p><b>　　圖3-3</b></p><p>　　74LS47，它的邏輯符號如圖3-3，是輸出低電平有效的七段字形譯碼器，它在這里與數碼管配合使用，它內部有門電路構成，其內部原理圖如圖3-4。表3-2列出了74LS47的真值表，表示出了它與數碼管之間的關系。74LS47是BCD-7段數碼管譯碼器/驅動器，74LS47的功能用于將BCD碼

13、轉化成數碼塊中的數字,通過它解碼，可以直接把數字轉換為數碼管的顯示數字，74LS47為低電平作用。該譯碼器有4個控制信號：燈測試端,動態(tài)滅燈輸入，滅燈輸入/動態(tài)滅燈輸出/ ，他們功能如下：</p><p>　?、偎懈鞫味紲绻δ埽寒? 作為輸入端使用時，若=0，則不管其他輸入信號，輸出各段都滅。</p><p>　?、诟鞫味紲鐧z測功能：當/ 作為輸出端使用時，若輸出0，表示各段已經熄滅。&

14、lt;/p><p>　?、鬯懈鞫味剂凉δ埽寒?1或開路而=0時，所有各段都亮，該功能用于檢測各段的工作情況。</p><p>　　④滅0功能：當=0，且ABCD信號為0，而=1時，所有各段都滅，同時輸出0，該功能是滅0。</p><p>　?、蒿@示功能：=1或開路，=1或開路，=1時，按照功能表顯示輸入數字0-15對應的圖形，并且不滅0。</p><

15、;p>　　該譯碼器可以按滅0方式連接，所謂“滅0連接”是滅掉不需要的0，例如，若205.06顯示為00205.060在視覺上不習慣，這時需要滅掉最左邊的兩個0和最右邊的一個0，但不能滅掉205.06中的0。對于整數，只要高位為0，次高位才能滅0，所以將高位的與次高位的連接。對于小數，將次高位的與高位的連接。</p><p><b>　　表3-2</b></p><p

16、>　　顯示數字及其特定符號</p><p><b>　　圖3-4</b></p><p>　　3.3 74ls04 非門</p><p>　　圖3-5 表3-3</p><p>　　74LS04的邏輯符號如圖3-5所示。它由六組反相器集成，輸出信號Y是輸入

17、信號A的非，若輸入信號A是高電平H（1），則輸出信號Y是低電平L（0）；若輸入信號A是低電平L（0），則輸出Y是高電平H（1），74ls04的邏輯功能表見表3-3。其內部單個原理圖如圖3-6，它由二極管、三極管及電阻構成。</p><p><b>　　圖3-6</b></p><p>　　3.4 74ls160 同步可預置數加法計數器

18、 </p><p>　　圖3-7 表3-4</p><p>　　同步可預置數4位十進制加法計數器74ls160具有異步清零端，邏輯符號如圖3-7所示，它具有數據輸入端A、B、C和D，以及同步置數端、異步清除端和計數控制端ENT和ENP,為方便級聯，設置進位輸出端RCO。</p><p>　　當=

19、0時，異步清零，當=0、=1，CP脈沖為上升沿時預置數。當==ENT=ENP=1時，電路工作在計數狀態(tài)。當計數器計數值為九時，RCO輸出一個與Qa端高電平部分相同寬度的高電平。74ls160的邏輯功能表見表3-4。74ls160的內部是由門電路與D觸發(fā)器組成，其內部原理圖見圖3-8。 </p><p><b>　　圖

20、3-8</b></p><p>　　3.5 74ls85 4位二進制數值比較器</p><p><b>　　圖3-9</b></p><p>　　74ls85數值比較器的邏輯符號如圖3-9，它用于比較A(A3A2A1A0)、B(B3B2B1B0)兩個數大小，還有級聯輸入端，通過級聯端可以連接成8位、16位或更高位數的比較器。74

21、ls85的邏輯功能表見表3-5，該比較器首先判斷A3與B3，再比較A2與B2，然后比較A1和B1及A0與B0，若他們都相等，則判斷級聯信號。使用74ls85比較器組成對于4為比較器時，須將74ls85級聯，若本級比較輸入A=B，則比較器的輸出取決于級聯輸入信號，級聯信號等于（A>B）=0、（A=B）=1、（A<B）=0時表示前級比較器輸出為A=B。74ls85的內部原理圖如圖3-10，使用74ls85組成的8位比較器連接圖見

22、圖3-11。</p><p><b>　　表3-5</b></p><p><b>　　圖3-10</b></p><p><b>　　圖3-11</b></p><p>　　3.6 共陽數碼管</p><p><b>　　圖3-12<

23、/b></p><p>　　共陽數碼管有發(fā)光二極管組成，內部原理圖如圖3-12所示，發(fā)光二極管的管壓降在1.6V-1.8V之間，最大電流不超過30mA，響應時間約為0.1us,在室內光線情況下，10mA電流就可以獲得足夠的亮度。發(fā)光二極管的正極都被接入Vcc,當負極為低電平時二極管會被點亮，即當輸入端a、b、c、d、e、f、g、DP中的某一個為低電平時，對應的二極管就會被點亮，可以通過輸入端高低電平的不同組

24、合來顯示不同的數字，其邏輯功能表如表3-6，顯示的內容如圖3-13所示。</p><p><b>　　圖3-13</b></p><p><b>　　表3-6</b></p><p>　　3.7 555定時器</p><p>　　圖3-14 圖3-15<

25、/p><p>　　圖3-14為555定時器的邏輯符號圖，由圖3-15所示的內部原理圖可知，它由比較器和非門組成的SR鎖存器及放電三極管組成。</p><p>　　若復位端為高電平，則輸入信號V11、V12與輸出狀態(tài)之間的關系如下：</p><p>　　①閾值端電壓V11大于2/3Vcc，觸發(fā)端電壓V12大于1/3Vcc，鎖存器的端為低電平，端為高電平，鎖存器輸出Q置零，

26、放電管導通，輸出端Vo輸出低電平。</p><p>　?、陂撝刀穗妷篤11小于2/3Vcc，觸發(fā)端電壓V12大于1/3Vcc，鎖存器的端為高電平，端為高電平，鎖存器保持原狀態(tài)不變，放電管維持原狀態(tài)不變，輸出狀態(tài)不變。</p><p>　?、坶撝刀穗妷篤11小于2/3Vcc，觸發(fā)端電壓V12小于1/3Vcc，鎖存器的端為高電平，端為高電平，鎖存器輸出Q置1，放電管截止，輸出端Vo輸出高電平。

27、</p><p>　?、荛撝刀穗妷篤11大于2/3Vcc，觸發(fā)端電壓V12小于1/3Vcc，鎖存器的端為低電平，端為低電平，鎖存器置1，放電管截止，輸出高電平。</p><p><b>　　四、功能模塊</b></p><p>　　4.1 標準量編碼/譯碼/顯示控制電路</p><p>　　編碼/譯碼/顯示電路如下圖

28、4-1所示。當 A-I中某個鍵按下時，表明輸入0-9中的某個數，在編碼器 74LS147 的輸出端有相應的編碼輸出。同時由于按鍵的按下,74LS147輸出編碼為優(yōu)先權最高數字的反碼，我們通過4個非門將輸出的二進制編碼進行取反，繼而得到優(yōu)先權最高數字的二進制數，在通過BCD-7段數碼管譯碼器驅動器74ls47進行譯碼，最后通過共陽極數碼管顯示此數字。通過同樣的方式再構建一個編碼/譯碼/顯示電路，這樣第一個控制十位數字，第二個控制個位數字，

29、就組成了兩位十進制的標準量控制電路。另一方面，芯片74ls47編碼經過非門之后的二進制數，如圖4-1所示，連到由74ls85組成的8位二進制比較器，該信號用以與計數信號的計數值進行比較。2A0、2A1、2A2、2A3（為高四位）對應第二位比較器的A0、A1、A2、A3端(8位比較器的高四位)，1A0、1A1、1A2、1A3（為低四位）對應第一位比較器的A0、A1、A2、A3端（8位比較器的低四位）。</p><p&g

30、t;<b>　　圖4-1</b></p><p><b>　　4.2計數電路</b></p><p>　　兩片74LS160以同步連接方式組成100進制的計數器，二者具有共同的時鐘CP，以第一片的進位RCO輸出到第二片的ENT和ENP端，就是每當第一片計數到1001、RCO變?yōu)?時，給第二芯片計數條件，當下一個CP到來后，第二片計數加1，而當第一

31、片計數到0000時，RCO端輸出0，第二片停止計數，等待下一個RCO=1，計數輸出端通過BCD-7段數碼管譯碼器驅動器74ls47進行譯碼，再通過數碼管進行顯示，8位二進制比較器電路的輸出端來控制兩片74ls160的清零端，兩片計數器的輸入端都已經置零，當比較信號為0時，兩片計數器將會清零，比較信號為1時，清零端無效，計數器正常計數。另一方面，計數值的高4位2B0、2B1、2B2、2B3輸入到8位數值比較電路的第二片74ls85的B0、

32、B1、B2、B3，低四位1B0、1B1、1B2、1B3輸入到比較電路的第一片74ls85的B0、B1、B2、B3，與標準量進行比較。其電路圖如圖4-2。</p><p><b>　　圖4-2</b></p><p>　　4.3 數值比較電路</p><p>　　數值比較電路由兩片集成的4位比較器74ls85進行級聯構成8位比較器，1A0、1

33、A1、1A2、1A3代表第一片74ls85的輸入端A0、A1、A2、A3，即輸入控制量的低四位，2A0、2A1、2A2、2A3代表第二片74ls85的輸入端A0、A1、A2、A3，即輸入控制量的高四位；1B0、1B1、1B2、1B3代表第一片74ls85的輸入端B0、B1、B2、B3，即計數值的低四位，2B0、2B1、2B2、2B3代表第二片74ls85的輸入端B0、B1、B2、B3，即計數值的高四位。當輸入控制量與計數值相等時，兩片7

34、4ls85級聯組成的8位數值比較器輸出為1，進過非門74ls04后輸出為0，當輸入控制量與計數值不相等時，8位數值比較器輸出為0，經非門后輸出為1，進而控制計數電路的清零端，并且作為控制信號來控制傳送皮帶是否運轉，進行下一瓶裝藥。</p><p><b>　　圖4-3</b></p><p>　　4.4 計數脈沖電路</p><p>　　在計

35、數脈沖電路中我們假設遮光時產生高電平，為遮光是產生低電平（如果相反可以加一個非門）。由555組成的脈沖電路如圖4-4所示，當遮光時，即遮光信號為高電平，所以觸發(fā)端TR為高電平，內部比較器1輸出高電平，比較器2也輸出高電平，輸出端OUT為低電平；當未遮光時，即遮光信號為低電平，所以觸發(fā)端TR為低于1/3Vcc，內部比較器2輸出低電平，鎖存器置1，關閉放電管，輸出端OUT為高電平。由此可以得到：從未遮光到遮光，輸出端OUT由高電平到低電平，

36、形成下降沿，使計數時鐘有效，計數值加1。圖4-5為遮光與未遮光切換時產生的脈沖。</p><p><b>　　圖4-4</b></p><p><b>　　圖4-5</b></p><p><b>　　五、總體設計電路圖</b></p><p>　　5.1 總體電路原理圖及仿真

37、結果</p><p>　　整體設計電路如圖5-1所示，標準量編碼/譯碼/顯示控制電路置輸入一個標準量，與通過74LS160級聯組成的100進制計數器的計數值在由74LS85組成的數值比較器進行比較，通過計數脈沖部分產生的脈沖來控制計數電路（是否有遮光與未遮光，我們采用模擬的方法進行），當標準量大于計數值時計數器通過脈沖電路繼續(xù)計數，計數值等于標準量時比較電路輸出一個脈沖沿經非門后輸入計數器清零端，使計數器重新開始

38、計數。同時使開漏輸出導通使電機工作帶動皮帶使下一藥瓶開始裝瓶（在實際應用中僅作為控制信號）。經過仿真證明電路正確。</p><p><b>　　圖5-1</b></p><p>　　5.2 硬件實驗結果</p><p>　　在硬件使用部分，我們根據仿真時設計的原理圖在數字電子技術實驗箱上進行連接，先連接各個模塊的電路，最后在將各模塊之間進行連接