毕业设计工厂流水线模拟计数器的设计与制作

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1、 目 录摘要1英文摘要2引言31 整体设计思路42 系统设计42.1直流稳压电源42.2信号转化与接收电路42.3整形电路52.4计数/译码/驱动和显示电路72.5反馈电路82.6单稳电路83电路PCB图及元器件选配93.1电路PCB图93.2元器件选配9结论与谢辞11参考文献12附录1：电路原理图13附录2:电路PCB图14附录3：实物图15工厂流水线模拟计数器的设计与制作摘要： 本电路的制作是根据生活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特点。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，

2、在数码管上计数。当所需打包的物品计满12小时，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。本设计主要采用直流电源、红外发射管与接收管、NE555、CD40110、数码管、CD4013等主要器件。关键字：计数 打包 报警Design and Production of the Factorys Lowing Line Chronograph Counter（Major of Communication Network and Equipment，Information and Engineering College, Ji

3、nHua College of Vocation And Technology CaiCongLing）Abstract：This electric circuit manufacture is one kind of counter which needs to design according to the life.It is suitable for plant production assembly line counting and product aspects and so on packing, has the cost low, thesensitivity high an

4、d the manufacture simple and so on the characteristics. This simulated counter is used in packaging factorys flowing lines counter,the spin of motor indicates that the belt conveys production by infrared, and counts by the digital tube. When the time of packaged productions is counter up to 12 hours

5、, the belt will stop conveying and alarming, reminding staff to packaging. After several seconds , when packaging is finished ,the belt recoverys the conveying,the alarm stop alarming,and the counter re-counting, recycling in this way. This design mainly adopts DC,IR LED and receiver tube,NE555.cd40

6、110,digital tube CD4013 etc. main devices.Keyword: count package alarm引言 现在在我们现实的生活中的计数器由自动计数机、包装机、重量分选机组成，由PLC集中控制，可对直径（或长度）小于50mm的干性均匀物料（如螺钉、垫片等），实现自动计数、包装、检验。具有精度高、速度快的优点。广泛应用于食品、五金、塑料等行业。 现有的计数器技术主要为ASIC技术。从这点上看来，清楚技术的发展方向作为前提，再生制造商也应该多种有了明确的方向。但这种多技术的综合解决方案并不是简简单单就能达到的。自行开发ASIC技术对再生制造商来说是最好的 解决

7、方法。ASIC技术的特点有：应用 程序用户化，组件最小化，最优化，能量耗损最节省化。缺点是：ASIC的设计技术太过专业化，制造设备也需要较高的费用。但只有这样，才能保证高质量的产品。还有一点：一但一个ASIC集成方案设计完成。就很难改变，不像现在利用的比较灵活的multi-component（技术综合）解决方案。所以自行开发ASIC技术无疑对再生时常来说还需要大量的资本和专业的技术来源。 本电路的制作是根据生活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特点。系统主要是由12V的变压器,将220V的市电降为12V的安全电压经整流

8、、滤波、7809稳压、输出+9V的直流电压,作为系统的供电电源。电路主要是通过电源来对各个小模块主控供电。由红外线传感器产生模拟信号，再通过NE555构成施密特触发器进行波形整形，信号在进入CD40110进行计数、译码、驱动数码管。最终通过数码管显示出来。在我们的现实生活当中不可能不断的计数下去，所以我们加锁存电路，锁住我们想要的数字。1 整体设计思路本电路由直流电源、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。其方框图如图1所示。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1 工厂

9、流水线模拟计数器的系统框图2 系统设计2.1直流稳压电源市电经过变压器T1降压、整流二极管D1-D4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。其稳压电路如图2所示。图2 稳压电路2.2信号转化与接收电路D6为红外线发射管，D7为红外线接收管。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。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，呈现低阻值，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

10、被挡住，红外接收管呈现大的阻值，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。红外发射管选择PH301，接收管选择PH302,二者一般是配套使用。它们的外形和普通二极管相同，PH301为白色透明状，如图3中（a）所示，PH302为黑色不透明，如图3中（b）所示。其使用方法，PH301和普通发光管相同，而PH302和普通二极管不同，它在电路中药处于反向工作状态。 （a） （b）图3 红外发射管和接收管2.3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。整形电路是由NE555组成的施密特触发器

11、，的那个信号小于1/3Vcc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电路，送到CD40110的个位显示的CPu端。其原理图如下图5所示。NE555是属于555系列的计时IC的其中的一种型号，555系列IC的接脚功能及运用都是相容的，只是型号不同的因其价格不同其稳定度、省电、可产生的振荡频率也不大相同；而555是一个用途很广且相当普遍的计时IC，只需少数的电阻和电容，便可产生数位电路所需的各种不同频率之脉波讯号。其引脚包括1-接地GND，2-触发，3-输出，4-复位，5-控制电压，6-门限，7-放电，8-电源电压Vcc,引

12、脚图如图4所示。图4 NE555引脚图图5 工厂流水线模拟计数器系统原理图2.4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。其电路图如上图5所示。输入计数器功能显示CPuCPdCR×××××××

13、15;LL×××HHLL××HLLLLLHLLL加1减1保持清除禁止加1减1随计数器显示随计数器显示保持随计数器显示不变不变不变 (1)CD40110的引脚图 信号预处理 （2）CD40110的功能图CPuCPdCO控制逻辑约翰逊计数器BO驱动器锁存器译码器CR (3) CD40110的逻辑图图6 CD40110的引脚图、功能图及逻辑图CD40110为十进制加减计数器/锁存/七段译码/驱动器，具有加减计数、计数器状态锁存、七段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

14、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，当计数器从0-9时，BO输出负脉冲；从9-0时CO输出负脉冲。在多片级联时，只需要将CO和BO分别接至下级40110的CPu和CPd端，就可组成多位计数器。CD40110的引脚图(1)、功能表(2)及逻辑图(3)如图6所示。各引脚符号的定义如表1所示。表1 CD40110引脚符号定义引脚符号定义引脚符号定义BO借位输出端/CT计数允许端CO进位输出端/LE锁存器预置端CPD减计数器时钟输入端Vdd正电源CPU加计数器时钟输入端Vss地CR清除端Ya-Yg锁存

15、译码输出端2.5反馈电路数码管的十位显示范区为0时，相应的CD40110输出端为高电平，D端的高电平通过电阻R7送至三极管Q2基级，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端由低电平变成高电平，此时的高电平通过二极管D9送至CD40110的CK端。其电路图如上图5所示。2.6单稳电路当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，蜂鸣器发出报警声。此时表示有一箱已装满，同时马

16、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，马达开启转动，计数器开始计数。直到有一箱装满后，开始下一轮的循环。其电路图如上图5所示。CD4013为双上升沿D触发器，内部由两个相同的、相互独立的数据型触发器构成。每个触发器有独立的数据、置位、复位、时钟Q及输出。此器件可用作移位寄存器，且通过输出连接到数据输入，可用作计数器和触发器。在时钟上升沿触发时，加在D输入端的逻辑电平传送到Q输出端。置位和复位与时钟无关，分别由置位或复位的高电平完成。CD4013具有14脚多层陶瓷双列直插(D)、熔封陶瓷双列直插（J）、双列直插（P）和陶瓷片状载体

17、（C）4种封装形式。逻辑符号、引脚图、逻辑功能，如图8所示。在使用时，须注意其电参数，见表2。表2 CD4013主要电参数规格参数电源电压范围3-15V输入电压范围0-1VDD工作温度范围M类 -55-125 E 类-40-85图7 CD4013的引脚图及逻辑图3电路PCB图及元器件选配3.1电路PCB图该工厂流水线模拟计数器的PCB图，如图8所示。图8 工厂流水线模拟计数器的PCB图3.2元器件选配该工厂流水线模拟计数器的元器件选配，如表3所示。表3 工厂流水线模拟计数器的元器件选配列表编号参数数量封装U2NE5551DIP8U3 U4CD401102DIP16DS1 DS2数码管2SMGU

18、178091TO-126C11000uF/25V1RB.2/.4R1 R125102AXIAL0.3D5LED红色51FGGD6红外发射管PH3011FGGD7 红外接收管PH3021FGGR31k1AXIAL0.3R447k1AXIAL0.3C31031RAD0.1U5CD40131DIP14Q290131TO-92BR72 k1AXIAL0.3R8100k1AXIAL0.3R910k1AXIAL0.3D941481DIODE0.3R111001AXIAL0.3R101041VR5D1041481DIODE0.3C410 uF /16V1RB.2/.4R6 R26802AXIAL0.3Q18

19、0501TO-92BQ385501TO-92BR5 R132 k2AXIAL0.3D8LED1FGGC2470uF1RB.2/.4J3M1SIP2J2BL1SIP2T1变压器220V-9V1BT04D1 D2 D3 D440074IN4007结论与谢辞本设计主要采用直流电源、红外发射管与接收管、NE555、CD40110、数码管、CD4013等主要器件的工厂流水线模拟计数器基本完成了题目的要求，该模拟计数器完成了工厂流水线的计数打包，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小时，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，

20、报警声停止报警，计数器重新计数，如此循环的过程。电路实际测试结果表明，本电路输出显示稳定，功耗低，不随负载和环境变化，并具有很好的数码显示效果，因而可实际应用于需要高稳定度数码显示的领域。但是，系统也存在有待改进之处。在本次的设计制作过程中，我深刻认识到理论与实际是有很大的区别的。要想做好一个电子产品，必须要有非常好的理论基础。只有自己动手操作，才会知道怎样做好一个完整的电子产品。经过了这一次的实现，使我对理论知识有了更深刻的了解，同时锻炼了我的动手能力和电子设计能力。感谢张嵚老师在我完成该论文过程中给予的悉心指导，从开题报告的修改开始到论文资料的收集及纠正，花了大量的时间认真指引着我正确完成

21、该设计。感谢大学三年所有教导我的老师们和关系爱护我的同学们的支持与帮助!感谢同窗三年的室友，我们一起学习，一起狂欢，一起迎接每一个节日的到来，一起迎接顺利毕业的到来。是你们给了我大学里最多美好的回忆，让我的生活充满快乐，人我的人生更多彩多姿！感谢通信071的同学们！最后，要感谢的就是最爱我一直支持我的爸爸妈妈。是你们的坚持不懈的支持和鼓励， 我才有了今天的成绩。我希望自己找到适合的工作，以优异的成绩回报父母。参考文献1范博.射频电路原理与实用电路设计M.机械工业出版社，2006，9.2杨帮文.新型集成器件实用电路M.电子工业出版社，2006，1.3陈梓城.实用电子电路设计与调试M.中国电力出版社，2006，6.4周志敏.开关电源实用电路M.中国电力出版社，2006，2.5. 刘绪军主编. 职校电子制作M. 家电维修杂志社出版, 2008,5.6. 刘守义主编. 数字电子技术(第二版) M. 西安电子科技大学出版社, 2007,7.7. 秦获辉编著. 科技英语(电子类) M. 西安电子科技大学出版社, 2006,3.附录1：电路原理图附录2:电路PCB图附录3：实物图- 15 -