工厂流水线产品计数器(DOC)

数显流水线产品计数器
目录
摘要关键字 (2)
第一章引言 (3)
第二章电路设计方案 (4)
2.1电路系统方框图 (6)
2.2 电路原理图 (7)
2.3各子模块电路工作原理 (7)
第三章单元电路及仿真 (12)
3.1直流稳压电路 (12)
3.2红外发射电路 (14)
3.3红外接收及放大电路 (14)
3.4脉冲整形电路 (17)
3.5计数/译码/显示电路 (17)
3.6报警电路. (18)
第四章 PROTEL 设计 (19)
第五章设计过程中的心得体会 (20)
第六章参考文献及材料清单 (21)
摘要
计数器对某物件进行自动计数，在实际生产生活中具有广泛的应用，对通过的物体进行计数，实现统计数据的搜集，如在生产流水线包装数量控制等领域的应用，可以节省劳动力，能高效地完成任务。

红外计数器采用红外传感器实现对通过计数器的物体进行计数，是一种非接触式计数，在部分场合有着其无比的优越性，从而使其广泛应用于工业生产、实时监测、自动化控制等领域。

第一章引言
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。

本电路的制作是根据生产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等方面，具有成本低、灵敏度高和制作简单等优点。

该计数器用于实现工厂流水线产品在0-9999范围内计数。

电路采用220V市电经变压器降压,再经过稳压电路整流，滤波，7812三
端集成稳压器的稳压，输出+12V的直流电源对各个模块供电。

当传送带上一件产品通过计数器时，红外发射管发出的信号被阻挡，红外线接收管检测产生模拟信号，经放大后通过NE555构成的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和数码管组成的计数、译码、显示电路，进行计数、译码、驱动数码管，最终通过数码管显示出来。

产品计数满9999时，喇叭发出声音报警。

关键字：计数器、电源、整形、译码、锁存、NE555。

课程设计目的
本课题要求设计一个数字显示流水线产品计数器。

通过设计，加深学生对所学各门电子技术课程理论知识的理解，提高学生对所学理论知识与实际应用的结合能力，拓宽知识面，系统地进行电子技术的工程实践训练，在生产实际中得到初步的锻炼。

通过设计，全面提高学生分析、判断、解决问题的能力，使学生对所学知识的应用能力、查询资料能力及书写报告能力，有一个较大的提高，为毕业设计打下一定的基础。

课程设计内容
1.设计一个数字显示流水线产品计数器。

并画出电路原理图。

2.对给定的电路要求及参数指标，分单元进行设计。

对电路参数进行必要的计算，选择元器件参数。

3.对设计的电路进行仿真验证（可分单元进行仿真）。

课程设计要求
1.功能描述：非接触方式的流水线上产品个数的计数。

2.技术指标：
（1）产品计数器显示范围：0～9999。

（2）4位数字显示。

（3）显示刷新时间：1s。

（4）电源电压：12V。

（5）供电电源：220V AC。

3.画出数显流水线产品计数器的电原理图，并选择元件参数。

4.对设计的电路进行仿真（可分单元进行仿真），给出仿真的结果。

第二章电路设计方案2.1 电路系统方框图
2.2 电路系统原理图
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组成多谐振荡器及施密特触发器、CD40110、数码管等器件组成，主要功能是实现工厂流水线产品的计数。

（1）直流稳压电源
220V市电经变压降压器T1降压，四个二极管组成整流桥整流形成脉动的直流，再经过电容滤波、稳压块LM7812稳压输出稳定的直流电压给其他模块电路供电。

（2）红外发射电路
PH301为红外线发射管。

红外发射管是由红外发光二级管矩组成发光体，用红外辐射效率高的材料（常用砷化镓）制成PN结，正向偏压向PN结注入电流激发红外光，其光谱功率分布为中心波长830～950nm。

由NE555组成的多谐振荡器驱动红外发射管PH301发射红外线，使红外线发射稳定，抗干扰性好。

NE555：555定时器是一种中规模集成定时器，由一个分压器，两个电压比较器，一个RS触发器，一个功率输出级，一个放电晶体管组成。

下图是内部结构图、引脚图和功能表。

（3）接收及放大电路
PH302为红外线接收管。

本设计采用光电二极管。

红外线接收管是将红外线光信号变成电信号的半导体器件，它的核心部件是一个特殊材料的PN结。

没有光照时，反向电流很小（暗电流），当有红外线光照时，携带能量的红外线光子进入PN结后，把能量传给共价键上的束缚电子，使部分电子挣脱共价键，从而产生电子---空穴对。

它们在反向电压作用下参加漂移运动，使反向电流明显变大，光的强
度越大，反向电流也越大（光电导）。

如果在外电路上接上负载，负载上就获得了电信号。

当一件产品通过计数器时，阻挡了接收管接收红外线的强度，这时产生了一个低电平的脉冲信号。

没有产品经过时，红外线接收管接收发射管发出的红外线，产生一个高电平信号，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。

（4）整形电路
由于红外接收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之前需先对它进行适当放大并整形。

放大电路由一级低通同相放大器IC1A,一级低通反相放大器IC1B，一级电压比较器IC1C组成。

整形电路是由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CP，送到CD40110低位显示的CPU端。

（5）计数、译码、显示电路
40110是十进制可逆计数器/锁存器/译码器/驱动器，具有加减计数，计数器状态锁存，七段显示译码输出等功能。

当CD40110接收到CP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，以此类推，就可以实现四位的计数。

CD40110引出端排列图和功能表。

（6）报警电路
计数达到9999时，高位给出一个信号，经过两个非门组成的简单延时（使报警时间加长），送入NE555组成的多谐振荡器，驱动扬
声器发声报警。

第三章单元电路及仿真3.1直流稳压电路仿真及结果
从图中可知电源基本维持在+12V左右。

3.2 红外发射仿真及结果
3.3 接收及放大电路仿真
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0~9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端就可以组成多位计数器。

CD40110是一个用于驱动共阴极 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 CMOS 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。

a～g是 7 段输出，可驱动共阳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，字形不太美观，若要多位计数，只需将多个CD40110级联，每级输出接一只数码管即可。

3.4 整形电路仿真及结果
3.5计数、译码、显示电路仿真及结果
为了验证计数器/锁存/七段译码/驱动器，我们采用74LS90验证电路原理。

（因为仿真库没有CD40110）
3.6报警电路及仿真
第四章 Protel 设计
大三上半学期我选修了电子CAD这门专业选修课，课上我认真学习了Protel 99SE这个非常实用的软件。

刚好在课设中用上。

第五章设计过程心得体会
作为一名电子信息工程专业的学生，我在大学这三年的学习生活中，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，自动控制原理等专业课程。

在设计过程中，我通过查阅大量的相关资料，与同学们交流经验，并向老师请教等方式，使自己学到了不少知识，也经历了不少艰辛，但收获同样巨大。

在整个设计中我懂得了许多东西，熟练掌握了Protel 99SE、MultiSIM 10等相关软件的操作方法，也培养了我独立工作的能力，树立了对自己的信心。

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。

相信会对今后的学习，工作，生活有非常重要的影响。

这是我的最大收获和
财富，使我终身受益！
感谢老师的辛勤指导和同学们的通力合作！
第六章参考文献及材料清单
Multisim&ultiboord电路设计与虚拟仿真…电子工业出版社李海燕电子工程师常用手册……中国电力出版社陈良
电子技术实验与课程设计……清华大学出版董鹏
电子技术实验教程……清华大学出版朱卫东电子技术基础实验……四川大学出版电子基础实验电子技术实训教程2版……电子工业出版杨碧石电子技术技术实验教程……高等教育出版王小海电子技术实验仿真与实践……科学出版社吴正光电子信息类专业实验教程……中山大学出版社肖明明555/556时基集成电路……中国电力出版社肖景和电子技术实践基础……清华大学沈小丰
材料清单。