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1、江西航空职业技术学院毕业设计说明书（论文）课题名称：生产流水线模拟计数器航空电子设备维修 专业 081331班学生姓名： 学号： 030指导老师：华 技术职称_2011年 3月30日江西航空职业技术学院毕业设计（论文）任务书学生姓名： 班级： 1.毕业设计（论文）题目：生产流水线模拟计数器2.毕业设计（论文）使用的原始资料数据及设计技术要求：1、数字电子计数基础简明教程；2、电子技术基础；3、电子电路及电子器件。发光器件和光接收器之间的距离大于lM；物品计满12个时，传送带停止传送并发出报警，提醒工作人员打包。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，当数码
2、管显示值与设定值相同时报警。3.毕业设计（论文）工作内容及完成时间：电路主要是由红外线传感器检测产生模拟信号，通过NE555构成施密特触发器对传感器模拟信号进行波形整形，信号进入CD40110进行计数、译码、驱动数码管。最终通过数码管显示出来。日期：自_年_月_日至_年_月_日指导老师评语：_ 指导老师：_ 系主任：_摘要电子计数器在科学技术领域、工农业生产以及日常生活中发挥着越来越重要的作用。人类社会对电子计数器提出的越来越高的要求，电子计数器技术的发展和电子技术的高速发展密不可分，从而为现代科学技术突飞猛进则提供了坚强的后盾。本电路的设计是根据生活中的需要而设计出来的一种计数器。它适用于工
3、厂生产流水线的计数和产品的包装等方面，具有成本低、灵敏度高和制作简单等优点。该模拟计数器用于工厂流水线计数打包，马达的转动表示传送带传送物体通过红外线，在数码管上计数。当所需打包的物品计满12个时，传送带停止传送并发出报警，提醒工作人员打包。几秒后，打包完成，传送恢复工作，报警声停止报警，计数器重新计数，如此循环。系统用的变压器,是将220V的交流市电降为12V的安全电压，经过整流、滤波和7809集成稳压器稳压，输出+9V的直流电压,作为系统的供电直流电源。电路主要是通过输出+9V的直流电压来对各个小模块主控供电。由红外线传感器检测产生模拟信号，通过NE555构成施密特触发器对传感器模拟信号进
4、行波形整形，信号进入CD40110进行计数、译码、驱动数码管，最终通过数码管显示出来。当然，在我们的现实生活当中不可能不断的计数下去，我们还可以加锁存电路，锁住我们想要的数字。关键字：计数器、电源、整形、译码、驱动、锁存。目录摘要2关键字：计数器、电源、整形、译码、驱动、锁存。2目录3第一章 引言5第二章 电路设计方案62.1 电路系统方框图62.2 电路系统原理图62.3 电路工作原理92.3.1直流稳压电源92.3.2信号转化与接收电路92.3.3整形电路92.3.4计数/译码/驱动和显示电路92.3.5反馈电路102.3.6单稳态电路10第三章 单元电路113.1直流稳压电源113.1.
5、1 降压变压器113.1.2 整流电路113.1.3滤波电路123.1.4稳压电路133.2.1 NE555施密特触发器电路143.3 计数/译码/驱动和显示电路163.3.1 CD40110控制电路163.4 单稳态电路19第四章 设计过程中的心得21第五章 毕业设计总结与体会21原件清单23参考文献24第一章 引言电子计数器在工农业生产以及日常生活中的应用极为广泛，电子计数器设计的基本特征就是追求小型化、高稳定性、成本低、灵敏度高和制作简单。本电路的制作是根据生活中的需要而设计出来的一种计数器。它适用于工厂生产流水线的计数和产品的包装等方面，具有成本低、灵敏度高和制作简单等优点。该模拟计数
6、器用于工厂流水线计数打包，马达（注：在设计过程中我们用大的黄色的发光二极管代替）的转动表示传送带传送物体通过红外线，在数码管上计数。当所需打包的物品计满12个时，传送带停止传送并发出报警，提醒工作人员打包。几秒后，打包完成，传送恢复工作，报警声停止报警，计数器重新计数，如此循环。系统用的变压器,是将220V的交流市电降为12V的安全电压，经过整流、滤波和7809集成稳压器稳压，输出+9V的直流电压,作为系统的供电直流电源。电路主要是通过输出+9V的直流电压来对各个小模块主控供电。由红外线传感器检测产生模拟信号，通过NE555构成施密特触发器对传感器模拟信号进行波形整形，信号进入CD40110进
7、行计数、译码、驱动数码管。最终通过数码管显示出来。第二章 电路设计方案2.1 电路系统方框图直流稳压电源信号转换电路信号整形电路反馈数码显示计数/译码/驱动单稳态马达驱动报警控制图一2.2 电路系统原理图 本设计设计总图如下图二所示图二其放大图如下：2.3 电路工作原理本电路由直流电源、红外发射管与接收管、NE555、CD40110、数码管、CD4013等器件组成。主要功能是模拟工厂流水线的计数。2.3.1直流稳压电源 市电经过变压器T1降压、整流二极管D1D4整流形成脉动的直流，再经过电容滤波形成直流电压，然后通过稳压块7809输出稳定的直流电压给后面的电路供电。2.3.2信号转化与接收电路
8、U3为红外线法发射接收接管。当红外线接收管受到红外线的照射时，其本身的电阻变得很小，呈低阻值。它与电阻R3串联后进行分压，可以根据信号的有无形成一系列的脉冲信号。当红外发射头与接收头中间没有物品挡住时，红外接收管接收到红外线的照射，呈现低电阻，这时与R3分压送出一个高电平信号。当有物体经过红外发射与接收的中间时，由于红外线被挡住，红外接收管出现大的阻值，这时红外接收管和R3分压送出一个低电平信号。当物体过完之后又回到原来的状态。2.3.3整形电路由于红外与发射传出的信号不完全是数字信号，它带有模拟的信号在里面。所以，在送到CD40110之前需先对它进行整形。整形电路时由NE555组成的施密特触
9、发器，当信号小于1/3V时，施密特触发器输出为高电平；当信号大于2/3Vcc时，施密特触发器输出为低电平。所以，施密特触发器输出脉冲的数字信号，送到CD40110的个位显示的CPu端。2.3.4计数/译码/驱动和显示电路由于CD40110集成了编码、译码和驱动三个为一体的强大功能，因此本电路不用编码电路。当CD40110接收到信号的上升沿时，CD40110开始计数，经过它译码在数码管上显示相应的数值。在数码管显示9时，再来一个脉冲，个位的数码管就显示0，同时CD40110的进位端QCO有一个上升沿的信号给十位的CD40110的CPu端。这样就形成了两位的计数器。2.3.5反馈电路数码管的十位显
10、示范区为0时，相应的CD40110的输出端为高电压，D端的高电压通过电阻R7送至三极管Q2基极，使Q2导通，集电极输出低电平。在数码管由0到1时，相应的CD40110的D端为低电平，致使三极管Q2截止。同时个位的数码管显示为0，G端为低电平，直到个位的数码管显示为2时，G端由低电平变为高电平，此时的高电平通过二极管D9送至CD4013的CK。2.3.6单稳态电路 当CD4013接收到从二极管D9送来的信号时，由CD4013组成的单稳电路开始延时。在Q端输出高电平送至三极管Q1基极，使Q1导通，蜂鸣声发出报警声。此时表示有一箱已装满，同时马达停止转动，计数器停止计数。在单稳延时过后，报警声停止，
11、单稳输出为低电平，此时的低电平使三极管Q3导通，马达开始转动，计数器开始计数。直到又一箱装满后，开始下一轮的循环。 第三章 单元电路3.1直流稳压电源 本设计直流稳压电源部分由降压变压器、整流二极管、滤波电容器、集成稳压电路和电源指示电路组成。3.1.1 降压变压器 本设计所用变压器是利用电磁感应原理，将一个正弦220V交流电压U1加在初级线圈两端，（红色线）导线中有交变电流并产生交变磁通，它沿着铁心穿过初级线圈和次级线圈形成闭合的磁路。在次级线圈中感应出互感电势U2，（12V电压）同时交变磁通也会在初级线圈上感应出一个自感电势E1，E1的方向与所加电压U1方向相反而幅度相近，从而限制了初级电
12、流的大小。为了保持磁通的存在就需要有一定的电能消耗，并且变压器本身也有一定的损耗，尽管此时次级没接负载，初级线圈中仍有一定的空载电流。 如果次级接上负载，次级线圈就产生电流并因此而产生磁通，方向与初级相反，起了互相抵消的作用，使铁心中总的磁通量有所减少，从而使初级自感电压E1减少，其结果使初级电流增大，如果不考虑变压器的损耗，可以认为一个理想的变压器次级负载消耗的功率也就是初级从电源取得的电功率。变压器能根据需要通过改变次级线圈的圈数而改变次级电压，改变次级线圈导线粗细还可改变次级电流，但是负载消耗的功率是不能改变。3.1.2 整流电路桥式整流电路是使用最多的一种整流电路。这种电路，要用4只二
13、极管连接成桥式结构，便具有和全波整流电路同样的优点，见下图。当正半周时二极管D1、D3导通，在负载电阻上得到正弦波的正半周。当负半周时二极管D2、D4导通，在负载电阻上得到正弦波的负半周。在负载电阻上正负半周经过合成，得到的是同一个方向的单向脉动电压。电路图如下图三所示：图三3.1.3滤波电路 滤波电路常用于滤去整流输出电压中的纹波，一般由电抗元件电感器或电容器组成，如在负载电阻两端并联电容器C，或与负载串联电感器L，以及由电容，电感组成而成的各种复式滤波电路，本设计就是一个典型的电容滤波电路。 交流电经过二极管整流之后，方向单一了，但是大小（电流强度）还是处在不断地变化之中。这种脉动直流一般
14、是不能直接用来给无线电装置供电的。要把脉动直流变成波形平滑的直流，还需要再做一番“填平取齐”的工作，这便是滤波。换句话说，滤波的任务，就是把整流器输出电压中的波动成分尽可能地减小，改造成接近恒稳的直流电经过整流后的电源电压虽然没有交流变化成分,但其脉动较大,需要经过滤波电路消除其脉动成分,使其更接近于直流。 滤波的方法一般采用无源元件电容或电感,利用其对电压,电流的储能特性达到滤波的目的. 由于电抗元件在电路中有储能作用，并联的电容器C在电源供给的电压升高时，能把部分能量储存起来，而当电源电压降低时，就把能量释放出来，使负载电压比较平滑，即电容C具有平波的作用，电路图如下图四所示；与负载串联的
15、电感L,当电源供给的电流增加（由电压增加引起）时，它把能量储存起来，而当电流减小时，又把能量释放出来，使负载电流比较平滑，即电感L也有平波作用。图四3.1.4稳压电路经电容滤波后的电压还是不太稳定，必须要加稳压电路，现在一般都采用集成稳压器，我们这个设计所用电源是9V，所以采用7809集成稳压器的典型应用电路如下图五所示，这是一个输出正9V直流电压的稳压电源电路。IC采用集成稳压器7809，C1、C2分别为输入端和输出端滤波电解电容器，当输出电流较大时，7809还应配上散热板，以提高使用效率。图五3.2 信号转换与整形3.2.1 NE555施密特触发器电路 本设计的信号转化和整形电路由NE55
16、5组成的施密特触发器、D6 、D7 、R3组成，由于红外与发射传出的信号不完全是数字信号，它带有模拟的信号在里面。所以，在送到CD40110之前需先对它进行整形。整形电路时由NE555组成的施密特触发器，当信号小于1/3V时，施密特触发器输出为高电平；当信号大于2/3Vcc时，施密特触发器输出为低电平。所以，施密特触发器输出脉冲的数字信号，送到CD40110的个位显示的CPu端。555集成电路由3个阻值为5k的电阻组成的分压器、两个电压比较器C1和C2、基本RS触发器、放电三极管TD和缓冲反相器G4组成。虚线边沿标注的数字为管脚号。其中，1脚为接地端；2脚为低电平触发端，由此输入低电平触发脉冲
17、；6脚为高电平触发端，由此输入高电平触发脉冲；4脚为复位端，输入负脉冲（或使其电压低于0.7V）可使555定时器直接复位；5脚为电压控制端，在此端外加电压可以改变比较器的参考电压，不用时，经0.01uF的电容接地，以防止引入干扰；7脚为放电端，555定时器输出低电平时，放电晶体管TD导通，外接电容元件通过TD放电；3脚为输出端，输出高电压约低于电源电压1V3V，输出电流可达200mA，因此可直接驱动继电器、发光二极管、指示灯等；8脚为电源端，可在5V18V范围内使用。 555集成电路工作时过程如下： 5脚经0.01uF电容接地，比较器C1和C2的比较电压为：UR1=2/3VCC、UR2=1/3
18、VCC。 当VI12/3VCC，VI21/3VCC时，比较器C1输出低电平，比较器C2输出高电平，基本RS触发器置0，G3输出高电平，放电三极管TD导通，定时器输出低电平。 当VI12/3VCC，VI21/3VCC时，比较器C1输出高电平，比较器C2输出高电平，基本RS触发器保持原状态不变，555定时器输出状态保持不来。 当VI12/3VCC，VI21/3VCC时，比较器C1输出低电平，比较器C2输出低电平，基本RS触发器两端都被置1，G3输出低电平，放电三极管TD截止，定时器输出高电平。 当VI12/3VCC，VI21/3VCC时，比较器C1输出高电平，比较器C2输出低电平，基本RS触发器置
19、1，G3输出低电平，放电三极管TD截止，定时器输出高电平。电路图如图六：图六3.3 计数/译码/驱动和显示电路3.3.1 CD40110控制电路 CD40110为十进制加减计数器/所存/七段译码/驱动器，具有加减计数、计数器状态所存、七位显示译码输出和驱动等功能。CD40110有2个计数时钟输入端CPu和CPd，分别用作加计数时钟输入和减计数时钟输入。由于电路内部有一个时钟信号预处理逻辑，因此当一个时钟输入端计数工作时，另一个时钟输入端可以是任意状态。进位输出CO和借位输出BO一般为高电平，当计数器为09时，BO输出负脉冲。在多片级联时，只需要将CO和BO分别接至CD40110的CPu和CPd
20、端就可以组成多位计数器。由于CD40110集成了编码、译码和驱动三个为一体的强大功能，因此本电路不用编码电路。当CD40110接收到信号的上升沿时，CD40110开始计数，经过它译码在数码管上显示相应的数值。在数码管显示9时，再来一个脉冲，个位的数码管就显示0，同时CD40110的进位端QCO有一个上升沿的信号给十位的CD40110的CPu端。这样就形成了两位的计数器。CD40110是一个用于驱动共阳极 LED （数码管）显示器的 BCD 码七段码译码器，特点如下：具有BCD转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能的CMOS电路提供较大的拉电流。可直接驱动LED显示器。CD40110是一片 C
21、MOS BCD锁存/7 段译码/驱动器，引脚排列如图 所示。其中a b c d 为 BCD 码输入，a为最低位。LT为灯测试端，加高电平时，显示器正常显示，加低电平时，显示器一直显示数码“8”，各笔段都被点亮，以检查显示器是否有故障。BI为消隐功能端，低电平时使所有笔段均消隐，正常显示时， B1端应加高电平。另外 CD40110有拒绝伪码的特点，当输入数据越过十进制数9(1001)时，显示字形也自行消隐。LE是锁存控制端，高电平时锁存，低电平时传输数据。ag是 7 段输出，可驱动共阴LED数码管。另外，CD40110显示数“6”时，a段消隐；显示数“9”时，d段消隐，所以显示6、9这两个数时，
22、字形不太美观，若要多位计数，只需将计数器级联，每级输出接一只 CD40110 和 LED 数码管即可。所谓共阴 LED 数码管是指 7 段 LED 的阴极是连在一起的。图七下图是CD40110计数译码电路，当产品通过红外光电感应器时，光电感应器江产生一个电脉冲，此脉冲经NE555施密特触发器整形后再由CD40110对脉冲进行计数，译码，最后在数码管上显示出计数的马超个数。电路图如下图八：图八3.4 单稳态电路图九本设计单稳态电路采用CD4013实现，其引脚如下图九所示：本电路单稳态电路的基本工作过程是：当CD4013接收到从二极管D9送来的信号时，由CD4013组成的单稳电路开始延时。在Q端输
23、出高电平送至三极管Q1基极，使Q1导通，蜂鸣声发出报警声。此时表示有一箱已装满，同时马达停止转动，计数器停止计数。在单稳延时过后，报警声停止，单稳输出为低电平，此时的低电平使三极管Q3导通，马达开始转动，计数器开始计数。直到又一箱装满后，开始下一轮的循环。由D触发器CD4013组成的单稳态延时电路，CD4013的1脚在稳态时为低电平，不动作。IC的CP端3脚受正脉冲上升沿触发，数据端5脚D的高电平传送给输出端Q，IC的1脚电位变高，电路进入单稳状态，这时有输出。IC的1脚电位变高的同时,电容C4经过电阻R10充电，当C4两端电压充到CD4013第4脚清O阈值电平时，IC的1脚恢复低电位，单稳态
24、结束。外电路断开。如下图十：图十第四章 设计过程中的心得作为一名应用电子专业的学生，我在大学三年的学习生活中，系统地学习了电子及其相关专业的各门课程。我们的课程以数电、模电为基础，进一步又学习了高频、电子线路等专业课程。下面我对整个毕业设计的过程做一下简单的总结：第一：接到任务以后进行选题。选题是毕业设计的开端，选择恰当的、感兴趣的题目，这对于整个毕业设计是否能够顺利进行关系极大。第二：题目确定后就是找资料。查资料是做毕业设计的前期准备工作，良好的开端就是成功了一半，因此资料是否全面、可靠，关系到整个毕业设计的进程。第三：有了研究方向，就应该动手实践了。设计的完成不仅是对前面所学知识的一种检验
25、，而且也是对自己能力的一种提高。意识到知识必须通过实践才能实现其价值！第四：这份毕业设计的来得要求我必须熟练掌握Protel99SE！第五章 毕业设计总结与体会 通过本次毕业设计，使我感受到过程是艰辛的同时又充满乐趣的。随着毕业日子的到来，毕业设计也接近了尾声。经过几周的奋战我的毕业设计终于完成了。在没有做毕业设计以前觉得毕业设计只是对这三年来所学知识的单纯总结，但是通过这次做毕业设计发现自己的看法太片面了。毕业设计不仅是对三年所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。通过这次毕业设计使我明白了自己原来知识还比较欠缺。自己要学习的东西还太多，以前老是觉得自己什么东西都会，什么东西都懂，
26、有点眼高手低。通过这次毕业设计，我才明白学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己只是和综合素质。总之，知识必须通过实践才能实现其价值！在整个设计中我懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习生活有非常重要的影响。而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中探索的艰难和成功时的喜悦。虽然这份毕业设计做的不是太好，但是在设计过程中所学到的东西是这次毕业设计的最大收获和财富，使我终身受益！原件清单稳压电源一个; 电阻R2 1K,R3 47K,R5 100, R6 510, R7 2K, R8 100K, R9 10K, R11 2K, R12 10K; 滑动电阻器一个10uF电容C3,C4两个，二极管两个，NPN三极管三个，CD4013芯片一个，NE555施密特触发器一个，CD40110芯片两个，数码管两个，光电转换器一个，蜂鸣器一个。参考文献施良驹 集成电路锦集 北京 电子工业出版社 1988郭陪源 电子电路及电子器件 北京 高等教育出版社 2000何希才 常用集成电路简明速查手册 北京 国防工业出版社 2006陈振源 电子技术基础 北京 华中科技大学出版社 2000余孟尝 数字电子计数基础简明教程 高等教育出版社
