药片计数器电路设计与实验

药片计数器电路设计与实验

王彦清

内蒙古工业大学

摘要：实验要求设计一个药片装瓶计数的控制电路，使达到设定量（假设为 24 片）后自动停止，并开始第二瓶装瓶。实现工作内容包括标准药片的设计以及药片来时的发出脉冲的计数部分和装药片计数的控制，首先要预制一个标准量，使装药片的显示屏出现标准药片数，最后给它一个连续脉冲使减法计数器工作，完成计数。设计的大致思路将电路分为三大部分，分别为预置数电路、计数电路和555定时器构成的多谐振荡电路。预置数电路是设置标准药片量；计数电路可由可逆计数器构成，输出电路可由译码器构成，完成计数；555定时器构成的多谐振荡电路是一个给时序脉冲信号的电路，是完成自动减数的电路。我们主要用到了74ls47以及74ls193和555定时器。设计阶段结束之后，通过在multisim环境下的仿真。经过一系列的调试，各项测试结果均与理论所述相符，电路设计正确完整。

关键词：装瓶计数；自动减数;555定时器

、设计任务与要求

1. 
   

2. 设计内容

设计一个药片装瓶计数的控制电路，使达到设定量（假设为 24 片）后自动停止，并开始第二瓶装瓶。提示：当药片装瓶时，挡住光线的照射，使计数器获得一个计数脉冲，计数器计数加 1。当第二片药片到来时， 计数器再加 1，这样，随着药片数量增加，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。

2. 
   

3. 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、选取器件材料、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；写出逻辑表达式；根据器件选型化简或变换逻辑式。

(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 或 MAX PlusII 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。

二、方案选择及工作原理

方案一：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，计数部分使用十六进制计数芯片，通过译码器译码并通过数码管显示计数的值，减到最后一个数，得到一个负脉冲，使小灯亮一下。自动计数部分用555定时器构成的多谐振荡电路，通过药瓶的来去，判断遮光与否来决定是否产生时序脉冲。

方案二：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，通过译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，

采用比较信号来控制传送皮带，计数脉冲部分用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。

计数脉冲

计数

译码

显示

显示

译码

标准量

图1 方案一设计框图

我们选择方案一，要从经济角度看该种方法，该方法使用较少的芯片便可完成，同时反应速度快，控制逻辑简单，稳定性高，市场占有率大。

从技术角度来看，该方法安装简单，容易维修，控制简便，信号单一。

三、设计电路选型及计算

1.预置标准量电路

图2 预置标准量电路

器件选择：74ls193、74ls47

选用74ls192最多可计100片，选用74ls193则最多可计256片，所以选用74ls193芯片。开始运行，按O键清零，通过外部按钮设置预置数，当作标准量。

2. 计数电路

图3 计数电路

器件选择：74ls193、74ls47、或门与门

一开始预置数时，计数芯片也会计数一次，所以要加一个确认键，相当于一个手动load，需要load端口接低电平将后面的74ls193恢复到预置数状态。我们要选一个能全一出一，有零出零的门电路，所以我们选择了与门。接好电路后down端口每次都会接收一个脉冲就会减一，或门会获得一个低电平信号，通过信号来控制第二瓶装片。

表1 或门真值表

3.555定时电路

图4 脉冲计数电路

图5 仿真图

器件选择：555定时器

计算公式：f=1/0.7(R1+2R2)C

此电路是由555定时器构成的多谐振荡器，设计电路是为了给他一个模拟外电路的一个遮光信号，让他产生一个时序脉冲，模拟自动装药的过程。药瓶到来遮住光线，开关S1接高电平多谐振荡器接74ls193的down端开始减数，每减一片相当于药片装一片，直到减为零，药片通过传送带送走，不遮光时，开关S1接地，电路不再产生脉冲。电路主要是通过电阻计算出产生一个方波所需的时间，然后通过方波去提供这个时序脉冲。

4. 
   

5. 测试方案（测试内容与步骤及数据表格）

1.测试方案

1. 
   

2. 连接好电路，将开关打开，保证信号正常输入。

3. 首先设置预置数作标准量

4. 按确认开关清零计数显示屏中的一次脉冲

5. 计数显示屏出现标准量，然后由555定时器构成的多谐振荡电路提供时序脉冲，完成自动减数过程

2.总体电路的方案测试

图6 完整电路设计

1、首先，我们通过加法计数器左边的第一个开关S2给所有计数器清零，然后通过第二个按钮输入自己想要装片的数量，并通过右边的S3手动给减数计数器置数到标准量。

2、我们模拟药瓶到来遮光后，我们把多谐振荡器的开关S4接于高电平，然后我们可以看到多谐振荡器开始发出稳定的矩形波，然后右边减法计数器的数值开始从标准量开始减一。

3、当减完标准数的次数后，两个或门同时产生低电平，我们可以看到此时右边的蓝色指示灯会有一下闪烁，这时意味着第一瓶已经装完，这个低电平信号会通过其他外设传递给传送带，将第一瓶送走，此时属于不遮光状态。

4、由于不遮光，多谐振荡器的输入端相当于接低电平，我们把开关打到接地状态，我们会发现多谐振荡器不再产生脉冲，减法计数器不再工作。

5、模拟第二瓶到来的时候，我们把开关S4再次接到高电平，发现减数器又开始从标准量开始减，之后与第一瓶工作状态相同，最终这就完成了药瓶装片的计数功能。

五、安装、调试中的问题、解决方法及效果

1.调试问题

根据实际，药片计数器为自动的，我们一开始设计为手动开关，每一次过药片按一次开关比较麻烦。

2.解决方法

在74ls193的load端接一个由555定时器构成的多谐振荡电路，由方波提供一个时序脉冲，给计数显示屏一个自动信号。由于一开始方波传递速度太慢，我们给它加了一个方波产生器，给传递速度设置标准速度，使传递速度加快，从而解决了手动开关的问题。

六、工程对公众、安全、健康、环境等的影响和评价

首先，自动药片装瓶与传统的手工装瓶相比，其优点是可以避免我们直接与药片接触，同时也避免了人与药品直接接触带来的对药片的污染，使药品质量得到保证的同时，相应的保障人体健康。

其次，由于传统的手工装瓶在生产管理方面比较困难，出现错误的状况在所难免。自动药片装瓶的设计使管理更加强调流程和自动化。只有这样经营系统才能改善，生产效率才能提高，控制运行才能更加健康。

药片自动装片应用于生产管理方面，规模化的批量工作代替传统的人工操作模式，大大提升了工作效益和工作质量，方便了人们的生活，也不断地推进着社会的生产力的发展；因此说自动装药在我们现代社会中起着不可忽视的作用，同时自动控制技术也正推动着时代的进步。但因为机器工作难免会造成环境污染，所以还是要按规定进行机器操作，不能大规模使用。

结 论

经过我们的设计，我们最终完成了药片计数器，成功使计数量等于标准量，装瓶后进行下一瓶的电路图，符合设计标准。在设计过程中，我们接连的完成了流程图，原理图，并且在前期查阅了大量资料，找到了很多原件的正确使用方法。然后接下来就是控制电路，画出了控制电路并且运用仿真技术，将电路图运用到仿真里面，以保证电路的正确性以及程序运行的准确性。最终在我们的检测之下，使电路达到了我们所期望的状态，从而完成了这次的设计。

由于时间关系，在设计方面仍有许多可升级空间。比如说最后装片完了的信号我们现在只是用一个小灯泡的亮灭来显示要换瓶了，还没有做到真正把它放大成一个信号输出出去，还有一点就是我对于很多芯片的理解都停留在课本上的公式定式里面，停留在逻辑层面，还没有做到真正的融会贯通，可能一个芯片或者一个部分要完成的工作，有很多原件可供选择，不能立刻就找到最好的，最精准的那一个，而是经过了不断的摸索，探索，查资料，才选对了器件。通过本次课程设计，我的动手能力、思考能力和解决问题的能力得到加强，我相信我的能力与经验会变得更加丰富，同时本次课设也让我更加的了解了工程实践上的设计过程，让我更了解这门学科。认识来源于实践，实践是认识的动力和最终目的。

参考文献

[1] 阎石，数字电子技术基础（第4版）.高等教育出版社.1999

[2] 中国集成电路大全编委会，中国集成电路大全—CMOS集成电路.国防工业出版社.1985

[3] 童诗白，模拟电子技术基础（第3版）.高等教育出版社.1999

[4] 房建东 高胜利，电子技术.内蒙古大学出版社.2004

[5] 超星数字图书馆，中国学术期刊，根据题目自查

[6] 芯片技术手册，www.21ic.com

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