数字电子技术课程设计说明书

学校代码：10128

学号：************

数字电子技术

课程设计说明书

题目：生产线自动装箱计数监控器

逻辑电路设计与实验

****：***

学院：电力学院

班级：自动化13-1

****：***

2015年7月日

摘要

自动化系统不仅已成为了工业和社会生活的一个组成部分，而且是经济发展平的重要标志。工业生产中常常需要自动统计产品的数量并实现对生产线的整体控制，本次设计的生产线自动装箱计数监控器采用光电传感器与计数器相结合的方法实现对物件的数目统计。设计中采用光电传感器将光信号转化为电信号产生正弦脉冲，通过放大滤波整形电路将信号整形为矩形脉冲。将该脉冲通过“罐、箱”计数器实现对罐和箱的计数，最终在数码显示管上显示所计数目。设计还可以通过一系列控制电路实现在箱子未满时持续加入饮料罐，在箱子已满时设备停止工作直到下一空箱到来后设备再次启动并重新加入饮料罐，同时整体电路也可以手动启动、停止和清零控制。本设计经Multisim和实测验证均可达到预期要求。

关键词：光电传感器；自动统计；计数监控器；滤波整形；控制电路

目录

一、设计任务概述....................................... 错误!未定义书签。

1.1设计题目 (1)

1.2设计目的 (2)

1.3设计内容和要求 (2)

1.3.1设计内容 (2)

1.3.2设计要求 (2)

二、设计方案论证及方框图 (2)

2.1题目要求简析 (2)

2.2方案设计与论证 (2)

2.2.1方案一 (2)

2.2.2方案二 (2)

2.2.3方案选择 (2)

2.3电路分块 (3)

2.4电路结构方框图 (3)

三、电路组成及工作原理 (4)

3.1信息采集电路....................................... 错误!未定义书签。

3.1.1信号产生 (4)

3.1.2信号放大 (4)

3.1.3信号整形 (5)

3.2计数显示电路 (5)

3.2.1罐计数显示电路 (6)

3.2.2箱计数显示电路 (6)

3.2.3计数显示总电路 (7)

3.3状态控制电路 (7)

3.4总电路原理图 (9)

四、电路元器件选择与实际测试 (9)

4.1放大、整形部分测试 (9)

4.1.1放大部分测量 (9)

4.1.2整形部分测量 (10)

4.2计数显示部分测试 (12)

4.2.1装罐24计数显示部分 (12)

4.2.2装箱18计数显示部分 (14)

4.3工作状态控制部分测试 (15)

总结 (17)

致谢 (18)

参考文献 (19)

设计所需仪器设备及元器件清单 (20)

附件 (21)

一、设计任务概述

1.1设计题目

生产线自动装箱计数监控器逻辑电路设计与实验

1.2设计目的

（1）掌握基本时序逻辑电路的分析和设计方法，培养学习专业知识能力。

（2）掌握基本逻辑故障识别与诊断基本方法，培养分析问题、解决问题能力。

（3）掌握学习总结报告和设计说明书的基本书写方法，培养技术交流能力。

1.3设计内容和要求

1.3.1设计内容

设计一个生产线自动装箱计数监控器逻辑电路，实现自动装箱计件控制。对罐装饮料装箱，每箱24个。计数器对装箱饮料罐进行计数，未满24个运送设备继续工作。当装满24个时，停止饮料运送设备运行，直到下一个空箱到来时，再启动运送饮料设备工作，进行饮料运送、装箱。在监控器上加显示电路，显示计数过程。可实现手动启动、停止、清零控制。

1.3.2设计要求

(1)查找资料，比较实现逻辑功能的几种设计方法(要求2种以上，主要根据器件选型不同来进行对比分析)，理解原理，比较它们的优缺点，完成框架设计。从设计任务逻辑抽象、设计方案选择、选収器件材料、设计制作、测试分析等方面归纳阐述并总结成文，列出选用器件清单；列出参考文献目录清单。

(2)确定电路设计方案，绘制原理框图或流程图，简述所选电路设计方案的工作原理或设计思路；根据设计要求，进行逻辑抽象、变量赋值，列出真值表。

(3)选择小规模/中规模/可编程逻辑器件，绘制完整实验电路原理图或接线图，说明主要元件在电路中的作用，说明整体电路工作原理或工作流程。

(4)搭建Multisim仿真电路，完成所设计逻辑电路的仿真测试。

(5)安装、调试实测电路，完成电路性能指标测试，记录并分析实验测试结果。

(6)得出结论(是否针对设计任务完成电路设计，通过什么方式验证设计的正确性，设计电路的性能如何，还可以在哪些方面做进一步改进等)。

(7)写出设计说明和实验报告，分析说明实验过程中出现故障的原因及排除方法。

(8)创意设计或自主扩展设计。想一想白己的设计作品具有哪些方面的市场竞争力，是否可以通过进一步拓展和深化，开展项目开发，参加创新性设计，怎样才能销售出去等。

二、设计方案论证及方框图

2.1题目要求简析

本设计中整体控制信号与装罐计数器记录情况有如下关系（见表1）

表1 设计要求简析

扩展功能：（1）实现对已装箱数的记录；

（2）实现对装罐整体电路的手动暂停控制；

2.2方案设计与论证

通过光电元件产生脉冲信号，再通过放大电路、滤波整形电路产生矩形脉冲信号，用该信号触发罐计数器计数，当计数脉冲输入24个脉冲信号时，产生进位信号至箱计数器，同时罐计数电路暂停工作。当罐计数电路接收到下一空箱到位脉冲信号后，罐计数器清零并重新开始计数。

2.2.1方案一

信号源选用光敏电阻组成的传感器，将光信号转换成电信号。当有饮料罐通过时，LED 灯的灯光被遮挡，光敏电阻的阻值随光照强度的减弱而增大，相应电压信号为低电平，通过放大电路放大信号，再经过滤波整形电路产生脉冲信号，触发罐计数器计数，并在七段数码显示管上显示数值。当罐计数器计数达24时产生进位信号至箱计数器，罐计数电路暂停工作。同时通过控制电路实现对整体电路的启动、清零和停止控制。

2.2.2方案二

采用压力传感器采集信号，将压力信号转换为电信号。当有饮料罐到来时，压力传感器感受压力，阻值发生变化。产生电信号并经过放大、整形电路处理后将脉冲信号传给计数器，并在七段数码显示管上显示数值。

2.2.3方案选择

方案一在使用放大、滤波整形电路后脉冲信号比较稳定且有效，再传递给计数显示电路和控制电路后，可以较容易实现设计要求。而方案二在理想条件下可以实现，但是在实际设计过程中由于单个饮料罐对传感器压力变化并不明显，信号产生有困难，所以不容易实现。故我们采用方案一进行设计。