胶囊药品装瓶包装系统的设计.doc

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1、沈阳工程学院课程设计任务书课程设计题目： 胶囊药品装瓶包装系统的设计 系 别 电气工程系 班级 农电本091 学生姓名 朱睿 学号 2009225114 指导教师 黄硕 于源 职称 讲师 讲师 任务下达时间： 2011年12月31日 起止日期：2011年12月31日起至2012年1 月 6日止教研室主任 曲延华 2011年 12月26日批准胶囊药品装瓶包装系统的设计1 设计主要内容及要求1.1 设计目的：（1）掌握药品胶囊装瓶包装系统的构成、原理与设计方法；（2）熟悉集成电路的使用方法1.2 基本要求（1）对通过计数传感器的药品胶囊数目进行计数，每80粒装满一瓶，能够显示出装好的瓶数。（2）每

2、6瓶装满一纸箱，显示装好的纸箱数。（3）每12纸箱装满一个包装，显示装好的包装数。（4）装满100包后，发出持续30秒的声音提示装车，并显示装车数1.3 发挥部分（1）系统暂停10分钟后重新启动。（2）系统启动可预置数。（3）其它。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

3、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12011.12.31讲解主要设计内容，学生根据任务书做出原始框图打分22012.1.4检查框图及初步原理图完成情况，讲解及纠正错误打分32012.1.4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打分42012.1.5继续修正逻辑图，

4、指导接线图绘制方法，布置答辩打分52012.1.6答辩、写报告打分沈 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： 农电本091 学生姓名： 朱睿 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。0.15432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， 0.25432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。0.25432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，

5、书写工整规范。0.55432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0.25432工作量工作量饱满，难度适中。0.55432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。0.35432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 要设计题目：胶囊药品装瓶包装系统的设计胶囊药品装

6、瓶包装系统的电路系统由计数器，显示器，计时电路，报警电路等组成。首先要求我们显示瓶数，箱数，包数，车数。我们要通过计数器计数，并且用显示器同时显示出来，他们每个所要求的进制不同，我分别用74161片加以修改制出，然后显示出来。计时电路是通过555定时器组成的单稳态触发器实现计时功能，用555定时器组成的多谐振荡器实现报警功能。 计数器：计数是一种最简单基本的运算，计数器就是实现这种运算的逻辑电路，计数器在数字系统中主要是对脉冲的个数进行计数，以实现测量、计数和控制的功能，同时兼有分频功能，计数器是由基本的计数单元和一些控制门所组成，计数单元则由一系列具有存储信息功能的各类触发器构成，这些触发器

7、有RS触发器、T触发器、D触发器及JK触发器等。 目录课程设计任务书I数字电子技术 课程设计成绩评定表III中 文 摘 要IV1 设计任务描述21.1 设计题目21.2 设计要求21.2.1 设计目的21.2.2 基本要求21.2.3 发挥部分22 设计思路33 设计基本框架44 各部分基本原理及参数计算54.1 计数显示部分工作原理54.2 各进制计数器主要实现原理64.2.1 实现每80粒装满一瓶的八十进制计数器64.2.2 实现每6瓶装满一纸箱的六进制计数器74.2.3 实现每12纸箱装满一个包装的十二进制计数器74.2.4 装满100包和装车数所需要的100进制84.3 显示部分104

8、.4 计时出声部分104.4.1 用555定时器组成的单稳态触发器104.4.2 用555定时器组成的多谐振荡器114.5 自我发挥部分125 工作过程分析156 元器件清单167 主要原器件介绍177.1 5G555定时器177.1.1管脚图177.1.2功能表177.1.3功能介绍187.2 计数器187.3单稳态触发器19小结20致谢21参考文献22附录231 设计任务描述1.1 设计题目 胶囊药品装瓶包装系统的设计1.2 设计要求1.2.1 设计目的：（1）掌握药品胶囊装瓶包装系统的构成、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药品胶囊数

9、目进行计数，每80粒装满一瓶，能够显示出装好的瓶数。（2）每6瓶装满一纸箱，显示装好的纸箱数。（3）每12纸箱装满一个包装，显示装好的包装数。（4）装满100包后，发出持续30秒的声音提示装车，并显示装车数1.2.3 发挥部分（1）系统暂停10分钟后重新启动。（2）系统启动可预置数。2 设计思路我设计的系统主要由，显示器，555计时器，计数器组成的单稳态触发器，多谐振荡器组成。 根据本次课程设计的要求，通过我们小组的讨论和分析，我的设计思路为： 1：计数部分，我用74160N来实现的，74160N是一个10进制计数器，通过它来改进。题目中要求每6瓶装满一纸箱，显示装好的纸箱数，所以我要做成一个

10、6进制计数器，6的8421码为0110，所以我把Q2和Q3两端接一个与非门然后接到CLR清零端，也就意味着到0110时触发清零端，然后进位。 2：定时部分我用的是555计时器组成的单稳态触发器，用公式T=1.1RC算出题目要求时间所需要的电阻电容数值。当前面的装车数的十位没有进位信号时，他的输出为低电平，当前面进位时，单稳态触发器接到一个低电平信号，电容开始充电，一直充到三分之二VCC，三极管导通，电容开始放电，输出信号变为低电平，利用它的充电时间用来计时。 报警部分我用的是555计时器组成的多谐振荡器，通过公式F=1.43/(RA+RB)C，算出人耳能听到的频率（200HZ-500HZ）所需

11、要的电容电阻数值，然后通过BUZZER发出声音。3 设计基本框架 重启装置信号脉冲80进制计数器片数显示6进制计数器瓶数显式12进制计数器纸箱显示100进制计数器包装显示装好一百包装报警30秒装车车数显式4 各部分基本原理及参数计算4.1 计数显示部分工作原理我用的计数器为74160N十进制计数器，它拥有异步清零端，预置端，使能端，进位端等管脚。异步清零端CLR：为低电平时，无论输入端是何种状态，都使片内所有触发器状态置零，它拥有优先级别最高的控制权。下述各输入信号都在CLR=1时才起作用。并行置数使能端LOAD：只需在CP上升沿之前保持低电平，数据输入端A B C D的逻辑值便能在CP上升沿

12、到来后置入片内4个相应的触发器中。控制权为次高优先级，仅次于异步清零端，计数和保持操作时都要保证使能端为1.使能端ENP：只要在CP上沿到来前至少一个建立时间TSU期间内保持高电平，CET=1，CP上升沿就能使计数器进行一次计数操作。CEP主要控制本芯片的计数操作。使能端ENT：该信号和ENP做与运算后实现对本芯片的计数控制，当ENP乘以ENT等于0，即两个使能端中有零时，不管有无脉冲作用，计数器都将停止计数，保持原有状态。当他们都等于1时，处于计数状态。进位信号RCO:当ENT=1且QAQBQCQD=1001时，RCO才为1，表明下一个CP上升沿到来时将有进位发生。74160N计数器4.2

13、各进制计数器主要实现原理4.2.1 实现每80粒装满一瓶的八十进制计数器实现80位进制计数器，我用到了两个74160计数器，第一个为10进制，第二个改为8进制。这样当第一个片计数到十就进位，第二个片到八进位，就形成了一个80进制计数器。74160计数器，当计数计到1010时，清零端接到信号0，开始清零，做到了到十清零进位，所以十进制完成，清零的同时，下一片接到下降沿，开始计数。将QD加以非门接到清零端。当计数计到1000时，清零端开始清零，实现八进制，总体为八十进制计数器。 4.2.2 实现每6瓶装满一纸箱的六进制计数器实现六进制计数器用一个74160N计数器，改为六进制。将QBQD连接与非门

14、然后接到清零端，当下降沿触发时，开始计数，当计数到0110时清零端为低电平开始清零，实现六进制。4.2.3 实现每12纸箱装满一个包装的十二进制计数器我用的是两片74160十进制计数器，由于需要显示数，所以左边为十位，右边为个位。将十位上的QA和个位上的QB加以与非门然后分别连接到两个片的清零端，当下降沿触发时，个位（右边）开始计数，计数到1010时清零进位到左边的片，当左边的片计数到0001并且右边的片计数到0010时，两个片的清零端同时变为低电平，同时清零，实现12进制。 4.2.4 装满100包和装车数所需要的100进制 同上所述，用两片7416制成100进制计数器：两片都是将RCO端直

15、接到清零端，当遇到下降沿触发开始计数后，个位片计数到1010时，清零端自动清零进位，十位片开始计数，直到计数到1010时，再次清零进位，从而实现100进制。（PS：上述所有计数器，预置端和使能端均接+5V电压，给予一个高电平，ABCD端什么都不接，因为不需要预置数。）4.2.5 信号输入通过函数信号发生器给电路输入信号，波形设置为方波，并且设置一个恰当的频率，这样就将实际操作中的传感信号变为类似的脉冲。4.3 显示部分显示部分用DCD-HEX-DIG实现，直接将计数器的四个输出端QDQBQCQA接到显示器的4个输入端，它将计数器的8421码转化为10进制数并且显示出来。4.4 计时出声部分4.

16、4.1 用555定时器组成的单稳态触发器若触发输入端施加触发信号（V1VCC/3），电路的输出状态由低电平跳为高电平，电路进入暂稳态，放电三极管T截止。此后电容C充电，当充电至VC=2VCC/3时，电路的输出电压VO由高电平翻转为低电平，同时T导通，于是电容C放电，电路返回到稳定状态。就是利用电路进入暂稳态的这段时间来计时，用公式T=1.1RC，算出题目要求30S所需要的电阻电容数值。4.4.2 用555定时器组成的多谐振荡器利用震荡频率公式f=1.43/(R1+R2)C,算出人耳可以接到的频率200到500HZ所需要的电容电阻数值。然后利用BUZZER，调为相同的频率，发出声音。4.5 自我

17、发挥部分为了实现系统暂停十分钟后重新启动，我再次利用到了单稳态触发器，用来实现十分钟600秒计时，同时利用函数信号发生器，非门，与非门，共同组合成一个定时电路。当不摁开关时，本电路发出与函数信号发生器相同的脉冲，后面的计数器正常工作运行。当要系统暂停时，摁下开关再合上，这时单稳态触发器电容开始充电，进入暂稳态，这时就没有脉冲到达下面计数器的CLK端，当计时到600秒时，输出信号变为低电平，通过非门和信号发生器组合成与非门再次发出脉冲信号，系统再次工作。不摁开关时，这部分电路始终发出方波信号，当摁下开关，本电路的输出脉冲信号消失，如上图，直到充电结束，方波脉冲继续出现，如下图。参数部分计算：定时

18、30秒，单稳态触发器：T=1.1RC 当T等于30S，R=100K,C=270uF频率500HZ，多谐振荡器：F=1.43/(R1+R2)C 算出R1=82，R2=100，C=10uF定时10分钟600秒，单稳态触发器：T=1.1RC 当T等于600秒，R=100K，C=8.2mF5 工作过程分析 我设计的电路总体部分是由各个计数器连接在一起的，当有第一个片的输入端有脉冲信号时，就开始一个庞大的计数系统，清零，进位，各种进制的计数器全都有联系的连在一起，显示器将计数器的书显示出来，从每80粒装满一瓶开始，每6瓶装满一纸箱，每12纸箱装满一个包装，每100包装车，一直到显示装车数，都是有计数器所

19、连接的。显示器依次显示的是瓶数，箱数，包数和车数。 当车数打的计数器从前面来进位时，后面的单稳态触发器开始发挥作用，开始计 时，同时后面的多谐振荡器也发挥作用，控制BUZZER发出提醒声音，这样就构成了主要电路。当需要暂停时，摁下开关，然后合上，这是计数器开始接不到脉冲信号，所以就停止计数，同时例外一个单稳态触发器开始计时，当停止计数达到10分钟后，计数器再次接到脉冲信号，继续之前的计数工作。6 元器件清单器件名称型号及规格数量函数信号发生器XFG11示波器XSC22电源VCC +5V12电阻100 K2电阻1001电阻821电容10uF2电容1mF1电容0.01uF2555定时器LM555C

20、N3计数器74160N87 主要原器件介绍7.1 5G555定时器7.1.1管脚图7.1.2功能表置0端U11U12RSQ非UoVT010导通12/3Vcc1/3Vcc0101截止12/3Vcc1/3Vcc1010导通12/3Vcc1/3Vcc00保持保持保持7.1.3功能介绍555定时器的功能，主要取决于电压比较器的工作情况。Vcc电源电压3个5千欧电阻分压后，1/3Vcc作为A2比较器同相输入端的参考电压，以2/3Vcc作为A1比较器反相输入端的参考电压。当A2反相输入端的触发电压u121/3Vcc时，A2输出为高电平，给RS触发器一个置1信号，使Q非为0，Q为1，输出端3为高电平，同时放

21、电管VT截止；当A1的同相输入端的电压u112/3Vcc时，A1输出为高电平，给RS触发器一个置0信号，使Q非为1，Q为0，输出端3为低电平，同时放电管VT导通。各管脚的功能如下所示。1脚：外接电源负端VSS或接地，一般情况下接地。2脚：低触发端3脚：输出端Vo4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。5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0.01F电容接地，以防引入干扰。6脚：TH高触发端7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

22、。8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。7.2 计数器计数器：计数是一种最简单基本的运算，计数器就是实现这种运算的逻辑电路，计数器在数字系统中主要是对脉冲的个数进行计数，以实现测量、计数和控制的功能，同时兼有分频功能，计数器是由基本的计数单元和一些控制门所组成，计数单元则由一系列具有存储信息功能的各类触发器构成，这些触发器有RS触发器、T触发器、D触发器及JK触发器等。计数器在数字系统中应用广泛，如在电子计算机的控制器中对指令地址进行计数，以便顺序取出下一条指令，在运算器中作乘法、除法运算时记下加法、减法次数，

23、又如在数字仪器中对脉冲的计数等等。计数器可以用来显示产品的工作状态，一般来说主要是用来表示产品已经完成了多少份的折页配页工作。如果按照计数器中的触发器是否同时翻转分类，可将计数器分为同步计数器和异步计数器两种。常见的同步计数器有74160系列,74LS190系列，常见的异步计数器有74LS290系列。7.3单稳态触发器单稳态触发器：如图6-7所示，其中R、C为单稳态触发器的定时元件，它们的连接点Vc与定时器的阀值输入端（6脚）及输出端Vo（7脚）相连。单稳态触发器输出脉冲宽度t=1.1RC。定时器复位输入端（4脚）接高电平，控制输入端Vm通过0.01uF接地，定时器输出端Vo（3脚）作为单稳态

24、触发器的单稳信号输出端。单稳态触发器正常工作时，若未加输入负脉冲，即Vi保持高电平，则单稳态触发器的输出Vo一定是低电平。小结一周的课程设计结束了，在这次的课程设计中不仅检验了我所学习的知识，也培养了我如何去把握一件事情，如何去做一件事情，又如何完成一件事情。在设计过程中，与同学分工设计，和同学们相互探讨，相互学习，相互监督。学会了合作，学会了运筹帷幄，学会了宽容，学会了理解，也学会了做人与处世。课程设计是我们专业课程知识综合应用的实践训练，着是我们迈向社会，从事职业工作前一个必不少的过程”千里之行始于足下”，通过这次课程设计，我深深体会到这句千古名言的真正含义我今天认真的进行课程设计，学会脚

25、踏实地迈开这一步，就是为明天能稳健地在社会大潮中奔跑打下坚实的基础通过这次数电设计，本人在多方面都有所提高。通过这次数电设计，综合运用本专业所学课程的理论和生产实际知识进行一次数电设计工作的实际训练从而培养和提高学生独立工作能力，巩固与扩充了数电设计等课程所学的内容，掌握数电设计的方法和步骤，掌握数电设计的基本的技能，同时各科相关的课程都有了全面的复习，独立思考的能力也有了提高。在这次设计过程中，体现出自己单独设计的能力以及综合运用知识的能力，体会了学以致用、突出自己劳动成果的喜悦心情，从中发现自己平时学习的不足和薄弱环节，从而加以弥补。在此感谢我们的老师.，老师严谨细致、一丝不苟的作风一直是

26、我工作、学习中的榜样；老师循循善诱的教导和不拘一格的思路给予我无尽的启迪；这次数电设计的每个实验细节和每个数据，都离不开老师您的细心指导。而您开朗的个性和宽容的态度，帮助我能够很顺利的完成了这次课程设计。同时感谢对我帮助过的同学们，谢谢你们对我的帮助和支持，让我感受到同学的友谊。 由于本人的设计能力有限，在设计过程中难免出现错误，恳请老师们多多指教,我十分乐意接受你们的批评与指正，本人将万分感谢。致谢电子课程设计结束了，在这一周的时间里,黄老师细心的为我们详细讲解课程设计的基本要求和基本内容,耐心解答我们提出的每个问题，还给了一些我们没有想到的提示。在这次设计的过程中，我首先要感谢的就是我们的

27、指导老师，黄硕老师，因为在整个过程中如果没有他的耐心指导，我们不会那么顺利地完成任务。为了帮我们修改图稿，从不吝啬自己的时间，即使是耽误了自己的休息时间也不在乎。对于同学提出的问题，更是有问必答，耐心讲解。就算我们的提问不够睿智，您也从不介意，是您在课堂上孜孜不倦的教授我们电子知识，才可以让我在课程设计上能更好的运用这些知识，这些都让我深深地感动。在此感谢黄老师，感谢同组的大家！参考文献1 康华光.电子技术基础.北京：高等教育出版社，20002 付植桐,尹常永.电子技术.天津：高等教育出版社，20023 江国强.现代数据逻辑电路.北京:电子工业出版社,20024 江国强,蒋艳红.现代数字逻辑电路试验指导.北京:电子工业出版社,20035 曹汉房,陈耀奎编著.数字集成电子技术教程.北京:电子技术出版社,1995附录总电路图