數(shù)電課程設(shè)計(jì)--藥片計(jì)數(shù)器

1、<p><b>　　電子課程設(shè)計(jì)</b></p><p><b>　　---藥片計(jì)數(shù)器</b></p><p><b>　　藥片計(jì)數(shù)器</b></p><p><b>　　設(shè)計(jì)任務(wù)與要求 </b></p><p>　　1.1 任務(wù)與要求<

2、;/p><p>　　設(shè)計(jì)一個(gè)藥片裝瓶計(jì)數(shù)的控制電路，使藥片在裝瓶時(shí)能夠自動(dòng)計(jì)數(shù)，達(dá)到設(shè)定量后自動(dòng)停止，并開始第二瓶計(jì)數(shù)。</p><p>　　當(dāng)藥瓶裝瓶時(shí)，擋住了光線的照射，使計(jì)數(shù)器獲得一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖，計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)加1。第二片到來時(shí)，計(jì)數(shù)器再加1 ，隨著藥片的增加，獲得數(shù)字A，用數(shù)字A和標(biāo)準(zhǔn)量B進(jìn)行比較，當(dāng)A=B時(shí)，計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)。同時(shí)控制傳動(dòng)皮帶使第二瓶進(jìn)行裝片（計(jì)數(shù)）。</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(jì)數(shù)器控制電路的電路框圖</p><p><b>　　2.2模塊設(shè)計(jì)內(nèi)容</b></p><p>　　方案一：基于數(shù)字電子技術(shù)的設(shè)

4、計(jì)</p><p>　　先使用編碼器進(jìn)行編碼，接著將編碼內(nèi)容通過譯碼器譯碼并通過數(shù)碼管顯示，從而得到標(biāo)準(zhǔn)量的控制部分；計(jì)數(shù)部分使用十進(jìn)制計(jì)數(shù)芯片，同樣通過譯碼器譯碼并通過數(shù)碼管顯示計(jì)數(shù)的值；標(biāo)準(zhǔn)量與計(jì)數(shù)值最后通過比較器進(jìn)行比較，并用比較信號(hào)來控制傳送皮帶；計(jì)數(shù)脈沖部分使用555定時(shí)器組成單穩(wěn)態(tài)電路，是否遮光來決定是否產(chǎn)生觸發(fā)沿。</p><p>　　方案二：基于51單片機(jī)的設(shè)計(jì)

5、 </p><p>　　通過編程來控制單片機(jī)，繼而控制標(biāo)準(zhǔn)量與計(jì)數(shù)量的比較，比較結(jié)果用來控制傳送皮帶，并且要控制數(shù)碼管顯示部分。此方案電路簡(jiǎn)單、實(shí)用，但是此次課程設(shè)計(jì)是對(duì)數(shù)字電子技術(shù)課程的進(jìn)一步了解和應(yīng)用，以及對(duì)所學(xué)內(nèi)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(biāo)準(zhǔn)量控制電路部分可以

6、直接用二進(jìn)制置數(shù)，但考慮到實(shí)際生產(chǎn)中用二進(jìn)制置數(shù)不方便，容易造成錯(cuò)誤而造成重大損失，因此在這部分用按鍵來實(shí)現(xiàn)編碼，編碼采用十進(jìn)制數(shù)-BCD優(yōu)先編碼器74ls147,然后采用74ls47進(jìn)行譯碼，數(shù)碼管顯示電路部分采用共陽極數(shù)碼管來實(shí)現(xiàn)，此設(shè)計(jì)更為直觀化，也更容易被采用。</p><p>　　在計(jì)數(shù)電路中，有可預(yù)置數(shù)同步可逆加減十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74ls190、同步十進(jìn)制雙時(shí)鐘加減計(jì)數(shù)器74ls192以及同步可預(yù)置數(shù)4位

7、的十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器74ls160可供我們選擇，考慮到我們不需要減法計(jì)數(shù)部分，所以我們采用兩片加法計(jì)數(shù)器74ls160進(jìn)行同步級(jí)聯(lián)組成100進(jìn)制的計(jì)數(shù)器。</p><p>　　數(shù)值比較電路中，基于我們?cè)O(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)控制電路和計(jì)數(shù)電路，我們要兩位十進(jìn)制進(jìn)行比較，即 8位二進(jìn)制數(shù)值比較，所以我們用兩片集成的4位比較器74ls185進(jìn)行級(jí)聯(lián)，組成8位二進(jìn)制數(shù)值比較器。</p><p>　　計(jì)數(shù)脈沖電路

8、中，采用555定時(shí)器組成的單穩(wěn)態(tài)電路，當(dāng)遮光時(shí)觸發(fā)端TR產(chǎn)生高電平,OUT產(chǎn)生低電平；未遮光時(shí)觸發(fā)端TR產(chǎn)生低電平，OUT產(chǎn)生高電平，形成觸發(fā)沿使計(jì)數(shù)時(shí)鐘有效（在計(jì)數(shù)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(jìn)制數(shù)-BCD優(yōu)先編碼器

9、 </p><

10、;p><b>　　圖3-1</b></p><p>　　十進(jìn)制數(shù)-BCD優(yōu)先編碼器74ls147具有優(yōu)先編碼功能，即在同時(shí)輸入多個(gè)數(shù)字時(shí)，只對(duì)最大數(shù)字進(jìn)行編碼。圖3-1為其邏輯符號(hào)，該編碼器具有9個(gè)低電平有效的輸入端，沒有0輸入端，當(dāng)所有9個(gè)輸入都無效時(shí)就是對(duì)0進(jìn)行編碼；具有4個(gè)低電平有效的輸出端，允許同時(shí)輸入兩個(gè)以上的編碼信號(hào)，但只對(duì)其中優(yōu)先權(quán)最高的一個(gè)進(jìn)行編碼，編碼為優(yōu)先權(quán)最高數(shù)字

11、的反碼。其內(nèi)部由 一系列的門電路組成，內(nèi)部原理圖如圖3-2所示，表3-1為十進(jìn)制數(shù)-BCD優(yōu)先編碼器74ls147的真值表。</p><p>　　表3-1 十進(jìn)制數(shù)-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(shù)碼

12、管譯碼器驅(qū)動(dòng)器</p><p><b>　　圖3-3</b></p><p>　　74LS47，它的邏輯符號(hào)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(shù)碼管配合使用，它內(nèi)部有門電路構(gòu)成，其內(nèi)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(shù)碼管之間的關(guān)系。74LS47是BCD-7段數(shù)碼管譯碼器/驅(qū)動(dòng)器，74LS47的功能用于將BCD碼

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

14、lt;/p><p>　?、鬯懈鞫味剂凉δ埽寒?dāng)=1或開路而=0時(shí)，所有各段都亮，該功能用于檢測(cè)各段的工作情況。</p><p>　?、軠?功能：當(dāng)=0，且ABCD信號(hào)為0，而=1時(shí)，所有各段都滅，同時(shí)輸出0，該功能是滅0。</p><p>　　⑤顯示功能：=1或開路，=1或開路，=1時(shí)，按照功能表顯示輸入數(shù)字0-15對(duì)應(yīng)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(xí)慣，這時(shí)需要滅掉最左邊的兩個(gè)0和最右邊的一個(gè)0，但不能滅掉205.06中的0。對(duì)于整數(shù)，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(duì)于小數(shù)，將次高位的與高位的連接。</p><p><b>　　表3-2</b></p><p

16、>　　顯示數(shù)字及其特定符號(hào)</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(hào)如圖3-5所示。它由六組反相器集成，輸出信號(hào)Y是輸入

17、信號(hào)A的非，若輸入信號(hào)A是高電平H（1），則輸出信號(hào)Y是低電平L（0）；若輸入信號(hào)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(nèi)部單個(gè)原理圖如圖3-6，它由二極管、三極管及電阻構(gòu)成。</p><p><b>　　圖3-6</b></p><p>　　3.4 74ls160 同步可預(yù)置數(shù)加法計(jì)數(shù)器

18、 </p><p>　　圖3-7 表3-4</p><p>　　同步可預(yù)置數(shù)4位十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器74ls160具有異步清零端，邏輯符號(hào)如圖3-7所示，它具有數(shù)據(jù)輸入端A、B、C和D，以及同步置數(shù)端、異步清除端和計(jì)數(shù)控制端ENT和ENP,為方便級(jí)聯(lián)，設(shè)置進(jìn)位輸出端RCO。</p><p>　　當(dāng)=

19、0時(shí)，異步清零，當(dāng)=0、=1，CP脈沖為上升沿時(shí)預(yù)置數(shù)。當(dāng)==ENT=ENP=1時(shí)，電路工作在計(jì)數(shù)狀態(tài)。當(dāng)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)值為九時(shí)，RCO輸出一個(gè)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(nèi)部是由門電路與D觸發(fā)器組成，其內(nèi)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(jìn)制數(shù)值比較器</p><p><b>　　圖3-9</b></p><p>　　74ls85數(shù)值比較器的邏輯符號(hào)如圖3-9，它用于比較A(A3A2A1A0)、B(B3B2B1B0)兩個(gè)數(shù)大小，還有級(jí)聯(lián)輸入端，通過級(jí)聯(lián)端可以連接成8位、16位或更高位數(shù)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(jí)聯(lián)信號(hào)。使用74ls85比較器組成對(duì)于4為比較器時(shí)，須將74ls85級(jí)聯(lián)，若本級(jí)比較輸入A=B，則比較器的輸出取決于級(jí)聯(lián)輸入信號(hào)，級(jí)聯(lián)信號(hào)等于（A>B）=0、（A=B）=1、（A<B）=0時(shí)表示前級(jí)比較器輸出為A=B。74ls85的內(nèi)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(shù)碼管</p><p><b>　　圖3-12<

23、/b></p><p>　　共陽數(shù)碼管有發(fā)光二極管組成，內(nèi)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(yīng)時(shí)間約為0.1us,在室內(nèi)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(dāng)負(fù)極為低電平時(shí)二極管會(huì)被點(diǎn)亮，即當(dāng)輸入端a、b、c、d、e、f、g、DP中的某一個(gè)為低電平時(shí)，對(duì)應(yīng)的二極管就會(huì)被點(diǎn)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(shù)字，其邏輯功能表如表3-6，顯示的內(nèi)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(shí)器</p><p>　　圖3-14 圖3-15<

25、/p><p>　　圖3-14為555定時(shí)器的邏輯符號(hào)圖，由圖3-15所示的內(nèi)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(fù)位端為高電平，則輸入信號(hào)V11、V12與輸出狀態(tài)之間的關(guān)系如下：</p><p>　?、匍撝刀穗妷篤11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(dǎo)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>　　④閾值端電壓V11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(biāo)準(zhǔn)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(dāng) A-I中某個(gè)鍵按下時(shí)，表明輸入0-9中的某個(gè)數(shù)，在編碼器 74LS147 的輸出端有相應(yīng)的編碼輸出。同時(shí)由于按鍵的按下,74LS147輸出編碼為優(yōu)先權(quán)最高數(shù)字的反碼，我們通過4個(gè)非門將輸出的二進(jìn)制編碼進(jìn)行取反，繼而得到優(yōu)先權(quán)最高數(shù)字的二進(jìn)制數(shù)，在通過BCD-7段數(shù)碼管譯碼器驅(qū)動(dòng)器74ls47進(jìn)行譯碼，最后通過共陽極數(shù)碼管顯示此數(shù)字。通過同樣的方式再構(gòu)建一個(gè)編碼/譯碼/顯示電路，這樣第一個(gè)控制十位數(shù)字，第二個(gè)控制個(gè)位數(shù)字，

29、就組成了兩位十進(jìn)制的標(biāo)準(zhǔn)量控制電路。另一方面，芯片74ls47編碼經(jīng)過非門之后的二進(jìn)制數(shù)，如圖4-1所示，連到由74ls85組成的8位二進(jìn)制比較器，該信號(hào)用以與計(jì)數(shù)信號(hào)的計(jì)數(shù)值進(jìn)行比較。2A0、2A1、2A2、2A3（為高四位）對(duì)應(yīng)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(duì)應(yīng)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(jì)數(shù)電路</b></p><p>　　兩片74LS160以同步連接方式組成100進(jìn)制的計(jì)數(shù)器，二者具有共同的時(shí)鐘CP，以第一片的進(jìn)位RCO輸出到第二片的ENT和ENP端，就是每當(dāng)?shù)谝黄?jì)數(shù)到1001、RCO變?yōu)?時(shí)，給第二芯片計(jì)數(shù)條件，當(dāng)下一個(gè)CP到來后，第二片計(jì)數(shù)加1，而當(dāng)?shù)谝?/p>

31、片計(jì)數(shù)到0000時(shí)，RCO端輸出0，第二片停止計(jì)數(shù)，等待下一個(gè)RCO=1，計(jì)數(shù)輸出端通過BCD-7段數(shù)碼管譯碼器驅(qū)動(dòng)器74ls47進(jìn)行譯碼，再通過數(shù)碼管進(jìn)行顯示，8位二進(jìn)制比較器電路的輸出端來控制兩片74ls160的清零端，兩片計(jì)數(shù)器的輸入端都已經(jīng)置零，當(dāng)比較信號(hào)為0時(shí)，兩片計(jì)數(shù)器將會(huì)清零，比較信號(hào)為1時(shí)，清零端無效，計(jì)數(shù)器正常計(jì)數(shù)。另一方面，計(jì)數(shù)值的高4位2B0、2B1、2B2、2B3輸入到8位數(shù)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(biāo)準(zhǔn)量進(jìn)行比較。其電路圖如圖4-2。</p><p><b>　　圖4-2</b></p><p>　　4.3 數(shù)值比較電路</p><p>　　數(shù)值比較電路由兩片集成的4位比較器74ls85進(jìn)行級(jí)聯(lián)構(gòu)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(jì)數(shù)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(jì)數(shù)值的高四位。當(dāng)輸入控制量與計(jì)數(shù)值相等時(shí)，兩片7

34、4ls85級(jí)聯(lián)組成的8位數(shù)值比較器輸出為1，進(jìn)過非門74ls04后輸出為0，當(dāng)輸入控制量與計(jì)數(shù)值不相等時(shí)，8位數(shù)值比較器輸出為0，經(jīng)非門后輸出為1，進(jìn)而控制計(jì)數(shù)電路的清零端，并且作為控制信號(hào)來控制傳送皮帶是否運(yùn)轉(zhuǎn)，進(jìn)行下一瓶裝藥。</p><p><b>　　圖4-3</b></p><p>　　4.4 計(jì)數(shù)脈沖電路</p><p>　　在計(jì)

35、數(shù)脈沖電路中我們假設(shè)遮光時(shí)產(chǎn)生高電平，為遮光是產(chǎn)生低電平（如果相反可以加一個(gè)非門）。由555組成的脈沖電路如圖4-4所示，當(dāng)遮光時(shí)，即遮光信號(hào)為高電平，所以觸發(fā)端TR為高電平，內(nèi)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(dāng)未遮光時(shí)，即遮光信號(hào)為低電平，所以觸發(fā)端TR為低于1/3Vcc，內(nèi)部比較器2輸出低電平，鎖存器置1，關(guān)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(jì)數(shù)時(shí)鐘有效，計(jì)數(shù)值加1。圖4-5為遮光與未遮光切換時(shí)產(chǎn)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(shè)計(jì)電路圖</b></p><p>　　5.1 總體電路原理圖及仿真

37、結(jié)果</p><p>　　整體設(shè)計(jì)電路如圖5-1所示，標(biāo)準(zhǔn)量編碼/譯碼/顯示控制電路置輸入一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)量，與通過74LS160級(jí)聯(lián)組成的100進(jìn)制計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值在由74LS85組成的數(shù)值比較器進(jìn)行比較，通過計(jì)數(shù)脈沖部分產(chǎn)生的脈沖來控制計(jì)數(shù)電路（是否有遮光與未遮光，我們采用模擬的方法進(jìn)行），當(dāng)標(biāo)準(zhǔn)量大于計(jì)數(shù)值時(shí)計(jì)數(shù)器通過脈沖電路繼續(xù)計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)值等于標(biāo)準(zhǔn)量時(shí)比較電路輸出一個(gè)脈沖沿經(jīng)非門后輸入計(jì)數(shù)器清零端，使計(jì)數(shù)器重新開始

38、計(jì)數(shù)。同時(shí)使開漏輸出導(dǎo)通使電機(jī)工作帶動(dòng)皮帶使下一藥瓶開始裝瓶（在實(shí)際應(yīng)用中僅作為控制信號(hào)）。經(jīng)過仿真證明電路正確。</p><p><b>　　圖5-1</b></p><p>　　5.2 硬件實(shí)驗(yàn)結(jié)果</p><p>　　在硬件使用部分，我們根據(jù)仿真時(shí)設(shè)計(jì)的原理圖在數(shù)字電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)箱上進(jìn)行連接，先連接各個(gè)模塊的電路，最后在將各模塊之間進(jìn)行連接