数电课程设计--药片计数器

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：许鹏学号：201315020232指导教师：黄庆彩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.................................................................................23.174LS147十进制数-BCD优先编码器............................................23.274ls47BCD-7段数码管译码器驱动器........................................43.374ls04非门.........................................................................63.474ls160同步可预置数加法计数器..............................................73.574ls854位二进制数值比较器.................................................83.6共阳数码管..........................................................................103.7555定时器.............................................................................11四、功能模块...................................................................124.1标准量编码/译码/显示控制电路..............................................124.2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......................................................165.2硬件实验结果.........................................................................171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，同样通过译计数译码显示数值比较标准量控制显示译码计数脉冲2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，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3.174LS147十进制数-BCD优先编码器3图3-1十进制数-BCD优先编码器74ls147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74ls147的真值表。表3-1十进制数-BCD优先编码器74ls147的真值表输入输出9I8I7I6I5I4I3I2I1I0I3Y2Y1Y0Y0XXXXXXXXX010110XXXXXXX0111110XXXXXXX10001110XXXXXX100111110XXXXX1010111110XXXX10111111110XXX110011111110XX1101111111110X1110111111111011104图3-23.274ls47BCD-7段数码管译码器驱动器图3-374LS47，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。表3-2列出了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BI/RBO，他们功能如下：①所有各段都灭功能：当BI/RBO作为输入端使用时，若BI=0，则不管其他输入信号，输出各段都灭。5②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。③所有各段都亮功能：当BI=1或开路而LT=0时，所有各段都亮，该功能用于检测各段的工作情况。④灭0功能：当RBI=0，且ABCD信号为0，而LT=1时，所有各段都灭，同时RBO输出0，该功能是灭0。⑤显示功能：BI=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3-26显示数字及其特定符号图3-43.374ls04非门图3-5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Y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Y是低电平L（0）；若输入信号A是低电平L（0），则输出Y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。输入A输出Y10017图3-63.474ls160同步可预置数加法计数器图3-7表3-4同步可预置数4位十进制加法计数器74ls160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=ENP=1时，电路工作在计数状态。当计数器计数值为九时，RCO输出一个与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。输入输出CPCRLDENTENPX0XXX异步清零10XX同步预置1111计数X110X保持X11X0保持8图3-83.574ls854位二进制数值比较器图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A2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9（AB）=0、（A=B）=1、（AB）=0时表示前级比较器输出为A=B。74ls85的内部原理图如图3-10，使用74ls85组成的8位比较器连接图见图3-11。表3-5图3-1010图3-113.6共阳数码管图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Vcc,当负极