传送带控制详解.docx
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传送带控制详解
电子课程设计
——传送带控制
学院：
电子信息工程学院
专业、班级：
姓名：
学号：
指导老师：
2014年12月
一、设计任务与要求.......................................................................1
二、总体框图...................................................................................1
三、选择器件...................................................................................2
四、功能模块.................................................................................11
五、总体设计电路图.....................................................................15
六、心得总结.................................................................................20
一、设计任务与要求
某控制器完成的动作为：
（1）放下控制装置启动按钮K1后，传送带A先启动运行，拖动空箱体前移至指定位置，达到指定位置。
由光电检测器SQ1发出信号，使传送带电动机A停止运行。
（2）传送带A停止运行后，传送带B启动运行，产品逐一落入箱内，由光电检测器SQ2检测产品数量。
当累计产品数量达到12个时，传送带B制动停车，传送带A启动运行。
（3）上述过程周而复始进行，直到按下停止按钮K2，传送带A和传送带B同时停止。
注：
本实验中用灯泡A、B分别替代传送带A、B，灯泡亮表示传送带运行。
用计数器计数表示检测器检测产品数量。
二、总体框图
总体框图如图2-1所示。
灯泡A
控制装置
装置
电源
灯泡B
计数器及显示器
图2-1总体框图
电源：
5V数字电源，仿真时接通电源后为整个电路提供电源。
控制装置：
通过控制装置控制电源和计数器对灯泡的作用，要求需要设计两个基本开关，K1开关打开时电源接通，系统从A开始工作，通过13位计数器不断反馈信号作用于控制装置从而使系统循环运行；K2打开时系统断电进入休眠状态。
灯泡A、B：
灯泡亮/灭表示传送带工作/停止。
13位计数器及显示：
由两个74LS160器件和两个显示器，一个与门，一个与非门组成。
传送带A、B交替运行是在光电检测器SQ1检测1个产品和SQ2检测12个产品之间产生，进而可以用13位计数器循环计数表示传送带的循环运行，其中1个数发出信号使A工作，B停止，其余12个使A停止，B工作。
时钟电压源：
5V、100Hz，产生方波使13位计数器进行计数。
三、选择器件
实验所需器件选择如表3-1所示。
表3-1实验器件选择
元件序号
值
数量
VCC
5V
1
V1
5V100Hz
1
U4、U5
74LS160N
2
U6、U7
DCD_HEX_GREEN
2
U3A、U11A、U12A、U14A
74LS04N
4
U1A、U19A
74LS08N
2
U2A、U13A
74LS32N
2
K1
1、1、1
1
K2
2、2
1
U8A
74LS01N
1
U20
NOR2
1
U9
NAND4
1
A、B
2.5V
2
1.时钟电压源
时钟电压源逻辑符号如图3-1所示。
图3-1时钟电压源逻辑符号
时钟电压源原理图如图3-2所示。
图3-2时钟电压源原理图
时钟电压源输出波形如图3-3所示。
图3-3时钟电压源方波
2.电源
电源逻辑符号如图3-4所示。
图3-4电源逻辑符号
3.开关
开关逻辑符号如图3-5所示。
（a）（b）
图3-5开关逻辑符号
4.灯泡
灯泡逻辑符号如图3-6所示。
图3-6灯泡逻辑符号
5.非门
74LS04N非门逻辑符号如图3-7所示。
图3-774LS04N非门逻辑符号
逻辑功能表达式：
开关实现的非门原理图如图3-8所示。
图3-8开关实现的非门电路原理
74LS04N非门逻辑功能表如表3-1所示。
表3-174LS04N非门逻辑功能表
输入X
输出Y
0
1
1
0
逻辑功能：
当其输入端为高电平（逻辑1）时输出端为低电平（逻辑0），当其输入端为低电平时输出端为高电平。
也就是说，输入端和输出端的电平状态总是反相的。
6.与门
74LS08N与门逻辑符号如图3-9所示。
图3-974LS08N与门逻辑符号
逻辑功能表达式：
CMOS与门原理图如图3-10所示。
图3-10CMOS与门原理
74LS08N与门逻辑功能表如表3-2所示。
表3-274LS08N与门逻辑功能表
输入A
输入B
输出Y
0
0
0
1
0
0
1
1
1
0
1
0
逻辑功能：
当所有的输入同时为高电平（逻辑1）时，输出才为高电平，否则输出为低电平（逻辑0）。
7.或门
74LS32N或门逻辑符号如图3-11所示。
图3-1174LS32N或门逻辑符号
逻辑功能表达式：
CMOS或门原理图如图3-11所示。
图3-11CMOS或门原理
74LS32N或门逻辑功能表如表3-3所示。
表3-374LS32N或门逻辑功能表
输入A
输入B
输出Y
0
0
0
1
0
1
1
1
1
0
1
1
逻辑功能：
只要输入中有一个为高电平时（逻辑1），输出就为高电平（逻辑1）；只有当所有的输入全为低电平时，输出才为低电平。
8.与非门
74LS01N与非门逻辑符号如图3-12所示。
图3-12与非门逻辑符号
与非门逻辑功能表达式：
与非门原理图如图3-13所示。
图3-13开关实现的与非门原理
74LS01N与非门逻辑功能表如表3-4所示。
表3-474LS01N与非门逻辑功能表
输入A
输入B
输出Y
0
0
1
1
0
1
1
1
0
0
1
1
逻辑功能：
若当输入均为高电平
（1），则输出为低电平（0）；若输入中至少有一个为低电平（0），则输出为高电平
（1）。
与非门可以看作是与门和非门的叠加。
9.或非门
74LS02或非门逻辑符号如图3-14所示。
图3-14或非门逻辑符号
或非门逻辑功能表达式：
CMOS2输入或非门原理图如图3-15所示。
图3-15无缓冲CMOS2输入或非门
74LS02或非门逻辑功能表如表3-5所示。
表3-574LS02或非门逻辑功能表
输入A
输入B
输出Y
0
0
1
1
0
0
1
1
0
0
1
0
逻辑功能：
只有当两个输入A和B为低电平（逻辑0）时输出为高电平（逻辑1）。
也可以理解为任意输入为高电平（逻辑1），输出为低电平（逻辑0）。
10.显示器
数码管显示器逻辑符号如图3-16所示
图3-16数码管显示器
功能：
可显示数字（0-9）10个整数。
七段数码管内部字段LED和管脚分布如图3-17所示。
图3-17七段数码管内部字段LED和管脚分布
结构原理：
由多个发光二极管封装在一起组成“8”字型的器件，引线已在内部连接完成，只需引出它们的各个笔划，公共电极。
将所有数码管的8个显示笔划"a,b,c,d,e,f,g,dp"的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极COM增加位选通控制电路，位选通由各自独立的I/O线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接收到相同的字形码，但究竟是哪个数码管会显示出字形，取决于单片机对位选通COM端电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通控制打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。
11.用74LS160构成的13位计数器
74LS160外部管脚结构如图3-18所示。
图3-1874LS160外部管脚结构
74LS160内部结构原理图如图3-19所示。
图3-1974LS160内部结构原理
74LS160逻辑功能表如表3-6所示。
表3-674LS160逻辑功能表
输入
输出
cp
0
×
×
×
×
异步清零
1
0
×
×
↑
同步预置
1
1
1
1
↑
计数
1
1
0
×
×
保持
1
1
×
0
×
保持
74LS160真值表如表3-7所示。
表3-774LS160真值表
输入脉冲数
Q3
Q2
Q1
Q0
1
0
0
0
1
2
0
0
1
0
3
0
0
1
1
4
0
1
0
0
5
0
1
0
1
6
0
1
1
0
7
0
1
1
1
8
1
0
0
0
9
1
0
0
1
10
1
0
1
0
11
1
0
1
1
12
1
1
0
0
13
1
1
0
1
14
1
1
1
0
15
1
1
1
1
16
0
0
0
0
74LS160外部引脚图如图3-21所示。
图3-2174LS160外部引脚
四、功能模块
1.控制装置模块
控制装置模块电路原理图如图4-1所示。
图4-1控制装置模块电路原理图
控制装置模块包括两个开关，一个非门，一个与门，两个或门。
功能有两个，一是电源通过控制装置模块控制灯泡，二是计数器产生信号通过控制装置作用于灯泡。
电源与计数器输出信号通过开关K1和与门U1A作用于灯泡A，当开关K1闭合电源输入高电平，计数器计数为“1”时输出高电平，相与后为高电平，A灯泡亮，计数器计数是“2-13”时输出低电平，相与后为低电平，A灯泡灭。
初始状态时如图4-2所示。
图4-2开关K1打开，K2闭合
计数器通过非门U3A、开关K2和低电平通过或门U2A作用于灯泡B，开关K2闭合后，计数器计数为“1”时输出高电平，相或后为低电平，B灯泡灭；计数器计数是“2-13”时输出低电平，相或后为高电平，B灯泡亮。
计数器输出电平同时作用于U1A和U2A，因此计数器计数为“1”时，A灯泡亮，B灯泡灭，如图4-3所示；计数器计数为“2-13”时，A灯泡灭，B灯泡亮，如图4-4所示。
图4-3闭合开关K1，计数器为“1”，A亮B灭
图4-4计数器为“2-13”时，A灭B亮
或门U13A功能是在灯泡A、B任意一个亮时输出高电平使计数器开始计数。
运行时开关K2始终处于闭合状态，随时断开K2，则A、B熄灭，计数器归零，如图4-5所示。
图4-5断开开关K2
2.电源模块
电源模块电路原理图如图4-6所示。
图4-6电源模块电路原理图
电源模块主要包含一个5V电源，为整个电路提供电能。
3.灯泡模块
灯泡模块电路原理图如图4-7所示。
图4-7灯泡模块电路原理图
用灯泡A、B分别代表传送带A、B,灯泡亮表示传送带运行，灯泡灭表示传送带停止。
4.计数器及显示器模块
计数器及显示器模块电路原理图如图4-8所示。
图4-8计数器及显示器模块电路原理
计数器及显示器模块包括两个74LS160器件、一个时钟电压源、一个与门和一个非门构成的13位计数器和两个显示器，以及选择输出信号所用的三个非门、一个四与非门和一个或非门。
时钟电压源产生脉冲，两个十进制的74LS160器件组合，一个与门和一个与非门选择出13反馈清零，可以得到一个13进制的计数器，然后在两个74LS160器件上分别接上一个显示器，如图4-8所示，未计数时为“00”左边为低位，右边为高位。
由三个非门与左边的74LS160的三个高位连接和最低位通过四与非门然后和右边的74LS160最低位通过或非门输出信号作用于开关K2，只有当计数为“1”时输出高电平。
五、总体设计电路图
总体设计电路图如图5-1所示。
图5-1总体设计电路图
灯泡A和B通过或门输出电平到计数器，系统运行时A、B至少有一个为高电平，所以系统开始运行则计数器开始计数。
时钟电压源输出时钟脉冲输入两个74LS160。
计数器为13位循环计数，只有当计数为“1”时输出高电平到开关K2，A灯泡亮，B灯泡灭；计数为其他值时A灯泡灭，B灯泡亮。
仿真验证如下：
初始状态K1断开，K2闭合，开始仿真，如图5-2所示。
图5-2初始状态
闭合K1，开始计数，如图5-3所示。
图5-3闭合开关K1
闭合开关K1，灯泡A亮,灯泡B灭，计数器开始计数，计数器计数为“1”输出高电平灯泡A亮，灯泡B灭。
计数器计数为“2-13”时输出低电平，灯泡A灭，灯泡B亮，如图5-4，图5-5所示。
图5-4计数“2”
图5-5计数“13”
计数循环再到“1”时，输出高电平，A灯泡亮，B灯泡灭，如图5-6所示。
图5-6计数循环为“1”
系统进入循环状态，计数为“1”时，灯泡A亮，灯泡B灭；计数为“2-13”时，灯泡A灭，灯泡B亮。
断开开关K2，则灯泡A和灯泡B灭，计数器归零，如图5-7所示。
图5-7断开开关K2
六、心得总结
通过本次的课程设计，我将课本上学习到的很多器件运用到实际中，在将课本知识运用到实际应用的过程中碰到了很多具体的问题，但这也正是我们将来要真正面对的。
将这些具体问题解决，才能真正更加透彻的理解器件的功能。
要想更好更快地做好课程设计，就要对所学的器件性能充分了解，要求平常好好学习，基本功扎实。
本次设计题目包含传送带和光电检测器，虽然知道其基本原理，但实际操作起来还是有一定困难，因此用灯泡来替代传送带，用计数器代替光电检测器。
虽然如此，但是要想完成一个合格的设计还是花费了很长时间。
经过很长时间器件挑选、组合与调试，终于找到合适的电路可以完成基本要求。
在自己动作做设计的过程中学到了很多东西，比如说独立思考和与他人合作，还有将理论运用实际的困难性，并且将会在以后的学习中要加倍努力。
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