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绕线机计数器电路设计

发布日期 :2020-05-13 03:25

  绕线机计数器电路设计_电子/电路_工程科技_专业资料。课程设计说明书 绕线机计数器电路设计 摘 要 绕线机:顾名思义绕线机是把线状的物体缠绕到特定的工件上的机器。 凡是电器产品大多需用漆包铜线(简称漆包线)绕制成电感线圈, 就需要用到绕线机。 例

  课程设计说明书 绕线机计数器电路设计 摘 要 绕线机:顾名思义绕线机是把线状的物体缠绕到特定的工件上的机器。 凡是电器产品大多需用漆包铜线(简称漆包线)绕制成电感线圈, 就需要用到绕线机。 例如:各种电动机,日光灯镇流器,各种大小变压器,电视机。收音机用的中周、 电感线圈,行输出变压器(高压包),电子点火器、灭蚊器上的高压线圈,喇叭,耳机, 麦克风的音圈,各种电焊机等不能一一举例,这些里面的线圈都需要用绕线机来绕。 纺织行业多用棉纱线,人造纤维线等绕制各种适合纺织机用的纱团、绽这些都需要用一 款绕线机来绕。 绕线机绕的转数一般比较多,圈数的要求在精密器件中要求十分严格,单一的靠人 工计圈数是很麻烦也是不可能完成的。绕线机需要一个能自动计数的装置------绕线机计 数器。 本课题是利用 DN834 霍尔传感器、CD40110 十进制可逆计数器/锁存器/译码器/驱 动器以及共阴极数码显示器设计一个可以加减的绕线机计数器。首先用霍尔传感器收集 绕线机转轴运转数据(每转一圈产生一个负脉冲)然后经过非门放大反相后便形成了计 数正脉冲,然后送入 CD40110,CD40110 工作计数开始,并在数码管上显示计数结果。 本文将讲述 DN834 霍尔传感器、CD40110 十进制可逆计数器/锁存器/译码器/驱动器、 共阴极数码显示器以及 CD4069 反相器的基本原理和特点,并对绕线机计数器的设计原 理及功能做了详细介绍。然后又采用数电课本上提到到集成电路 74192、4511 来代替 CD40110 进行绕线机计数器的设计, 复习和熟练自己在数字电路课程所学到的集成电路 及其应用。 关键词:绕线 课程设计说明书 目 录 1 绪论 ........................................................................................................................................ 1 1.1 课题描述 .......................................................................................................................... 1 1.2 基本工作原理、框图、电路图及元器件(基于 40110) ........................................... 2 2 相关芯片及硬件电路设计(基于 40110) ......................................................................... 3 2.1 霍尔 DN834 芯片 ............................................................................................................ 3 2.1.1 霍尔元件的工作原理及应用 ................................................................................. 3 2.1.2 DN834 的主要功能 .................................................................................................. 4 2.2 转动信号采集 .................................................................................................................. 5 2.3 计数脉冲生成电路 .......................................................................................................... 5 2.4 计数、译码电路 .............................................................................................................. 6 2.4.1 2.4.2 CD40110 芯片功能、参数介绍 ............................................................................. 6 数码显示器简介 ..................................................................................................... 8 3 绕线机计数器的另一种设计(基于 74192、4511) ....................................................... 10 3.1 基本工作原理、电路图及元器件简介 ..................................................................... 10 3.1.1 基本工作原理、电路图 ...................................................................................... 10 3.1.2 3.1.3 74LS192 简介 CD4511 简介 12 13 4 绕线机计数器安装注意事项 ............................................................................................... 14 总 致 结 .................................................................................................................................... 16 谢 .................................................................................................................................... 17 参考文献 .................................................................................................................................. 18 课程设计说明书 第1页 1 绪论 1.1 课题描述 绕线机:顾名思义绕线机是把线状的物体缠绕到特定的工件上的机器。 凡是电器产品大多需要用漆包铜线(简称漆包线)绕制成电感线圈,就需要用到绕线 机。 例如:各种电动机,日光灯镇流器,各种大小变压器,电视机。收音机用的中周、 电感线圈,行输出变压器(高压包),电子点火器、灭蚊器上的高压线圈,喇叭,耳机, 麦克风的音圈,各种电焊机等不能一一举例,这些里面的线圈都需要用绕线机来绕。 纺织行业多用棉纱线,人造纤维线等绕制各种适合纺织机用的纱团、绽这些都需要用一 款绕线机来绕。 常用绕线机绕制的线多为漆包铜线(绕制电子、电器产品的电感线圈),纺织 线(绕制纺织机用的纱绽、线团),内部人员揭秘ag录像。还有绕制电热器具用的电热线以及焊锡线,电 线,电缆等。 绕线机的种类繁多,按其用途分类,可分为通用型和专用型; 通用型--由 1 根或数根线适合安装多种框架绕线的绕线机。常见的通用型漆 包线 根园形绕轴的叫单头机,依此类堆有双头机3 头机 ......6 头机。 专用型--是装有固定的专用绕线夹头,只能绕制一种线圈的绕线机;常见的 专用绕线机有; 一、 绕制变压器方形变压器专用机; 1、方形变压器专用--(细线专用机,粗线、环形变压器专用--(大环机,中环机,小环机) 3、其它型式变压器专用 二、绕制电动机线、风扇电机专用机(座扇,吊扇,转页扇) 2、玩具微型电机专用机;(飞叉式,专用绕头式) 课程设计说明书 第2页 3、串激式转子线圈专用机(电动工具) 4、分马力电机,及大马力电机专用机。 三、 绕制电感线、中周及色码电感专用机 2、小磁环电感线、音箱分频线、日光灯(电子节能灯)镇流器专用机 四、 其它专用绕线、纺织纱绽专用机 绕线机按自动化程度又可分为简易型、半自动型、全自动型。电子控制方式 有数控式微电脑单片机及 IBM 电脑控制。按安装方式分类为桌面式和落地式机。 绕线机绕的转数一般比较多,圈数的要求在精密器件中要求十分严格,单一的靠人 工计圈数是很麻烦也是不可能完成的。绕线机需要一个能自动计数的装置------绕线机计 数器。 本课题的内容就是研究绕线机计数器的设计。有基于 CD40110,以及基于 74LS192 和 CD4511 的。 1.2 基本工作原理及框图 本课程设计的绕线机计数器由速度传感器电路、 信号放大反相电路、 计数译码电路、 圈数数码显示构成。其基本工作原理:霍尔传感器电路将测量到的转动信号转换成负脉 冲信号输出到信号放大反相电路,构造成计数脉冲,输入到 CD40110 进行计数并驱动数 码管显示计数结果。 霍尔 传感器 信号 放大整 形电路 CD40110J 计数、 译 码电路 数码管 显 示电路 图 1.1 基本工作原理框图 课程设计说明书 第3页 图 1.2 绕线计数器电路 本电路用到的元器件有: CD40110×4,DN843,CD4069, C1=1000p,C2=1u, R1=10K×2,R2=8K,R3=2K, R4=2.2M,数码显示器×4,开关?? 2 相关芯片及硬件电路设计(基于 40110) 2.1 霍尔 DN834 集成电路 DN834 是由霍尔效应而制成的霍尔元件的集成电路,作为磁性传感器。 2.1.1 霍尔元件的工作原理及应用 所谓霍尔效应,是指磁场作用于载流金属导体、半导体中的载流子时,产生 横向电位差的物理现象。金属的霍尔效应是 1879 年被美国物理学家霍尔发现的。 当电流通过金属箔片时,若在垂直于电流的方向施加磁场,则金属箔片两侧面会 出现横向电位差。半导体中的霍尔效应比金属箔片中更为明显,而铁磁金属在居 里温度以下将呈现极强的霍尔效应。 利用霍尔效应可以设计制成多种传感器。霍尔电位差 UH 的基本关系为 UH=RHIB/d (18) RH=1/nq(金属) (19) 式中 RH——霍尔系数: n——单位体积内载流子或自由电子的个数 课程设计说明书 第4页 q——电子电量; I——通过的电流; B——垂直于 I 的磁感应强度; d——导体的厚度。 由于通电导线周围存在磁场,其大小与导线中的电流成正比,故可以利用霍 尔元件测量出磁场,就可确定导线电流的大小。利用这一原理可以设计制成霍尔 电流传感器。其优点是不与被测电路发生电接触,不影响被测电路,不消耗被测 电源的功率,特别适合于大电流传感。 若把霍尔元件置于电场强度为 E、磁场强度为 H 的电磁场中,则在该元件中将 产生电流 I,元件上同时产生的霍尔电位差与电场强度 E 成正比,如果再测出该电 磁场的磁场强度,则电磁场的功率密度瞬时值 P 可由 P=EH 确定。 利用这种方法可以构成霍尔功率传感器。 如果把霍尔元件集成的开关按预定位置有规律地布置在物体上,当装在运动 物体上的永磁体经过它时,可以从测量电路上测得脉冲信号。根据脉冲信号列可 以传感出该运动物体的位移。若测出单位时间内发出的脉冲数,则可以确定其运 动速度。 霍尔元件应用霍尔效应的半导体。 根据霍尔效应, 人们用半导体材料制成的元件叫霍尔元件。 它具有对磁场敏感、 结构简单、体积小、频率响应宽、输出电压变化大和使用寿命长等优点,因此, 在测量、自动化、计算机和信息技术等领域得到广泛的应用。 霍尔传感器分为线性型霍尔传感器和开关型霍尔传感器两种 : (一)线性型霍尔传感器由霍尔元件、线性放大器和射极跟随器组成,它输出模 拟量。 (二)开关型霍尔传感器由稳压器、霍尔元件、差分放大器,斯密特触发器和输 出级组成,它输出数字量。 霍尔传感器在现实中有很广的应用:电流传感器、电压传感器、位移测量?? 2.1.2 DN834 的主要功能 DN834 是霍尔元件集成电路,它对磁场敏感,在磁场变化时能输出电压变化大的脉 课程设计说明书 第5页 冲信号,用来收集信息,是霍尔传感器的重要部件。 2.2 转动信号采集 在绕线机的转轴上安装一永久强磁铁,让它随着转轴的转动来驱动霍尔元件产生负 脉冲,每转一圈霍尔元件就会产生一个负脉冲,这样就把转动的圈数转换成了一个一个 的负脉冲,这就完成了转动信号的采集过程。 2.3 计数正脉冲生成电路 IC1 是霍尔集成电路 DN834,它与永久小磁铁一起构成传感电路,永久磁铁固定在 绕线机的转轴的塑料圆盘上,每当主轴转动一周(相当于线圈线 的输出端的第三脚上输出一个负脉冲,该信号经过非门 1,2 放大后,再经过非门三反 相, 便形成了一个技术正脉冲, 加入 IC3 的 CP 端进行计数。 这里的非门采用的是 CD4069 反相器来完成的,下面就介绍一下 CD4069 的基本信息: CD4069---六反相器 简要说明: CD4069 是由六个反相器的电路组成,此器件主要作通用反相器,即用于不需要中 功率 TTL 驱动和逻辑电平转换的电路中。 CD4069 提供了 14 引线多层陶瓷双列直插(D),熔封陶瓷双列直插(J),塑料双列直 插(p)和陶瓷片状载体(c)四种封装形式。 推荐工作条件: 电源电压范围:3v-5v 输入电压范围 0-Vcc 图 2.1 CD4069 引脚图 图 2.2 CD4069 逻辑图 课程设计说明书 第6页 2.4 计数、译码电路 当电路通电工作时,由 C2,R33 微分电路形成的正脉冲会使电路自动清零,S1 为手 动清零开关。正脉冲计数信号送入 CD40110 的加计数时钟端,开始计数,IC3~IC6 组成 的四位级联计数电路, 当绕线 匝时, 的 Q 端输出一个进位正脉冲, 100 匝时, IC3 满 IC4 产生一个进位正脉冲, 1000 匝时, 产生一个进位正脉冲, 满 IC5 因此最大计数为 9999 匝。也可以加 CD40110 以及数码显示器级联成计数位数更大的计数器。 2.4.1 CD40110 芯片功能、参数介绍 简要说明: 40110 为十进制可逆计数器/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。 40110 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。 40110 的进位输出 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; 9~0 时 CO 输出负脉冲。 从 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。 引出端符号: BO CO CPD CPU CR /CT /LE VDD Vss Ya~6g 借位输出端 进位输出端 减计数器时钟输入端 加计数器时钟输入端 清除端 计数允许端 锁存器预置端 正电源 地 锁存译码输出端 推荐工作条件: 课程设计说明书 第7页 电源电压范围????3V~18V 输入电压范围????0V~VDD 工作温度范围 M 类????-55℃~125℃ E 类????.-40℃~85℃ 电源电压?...-0.5V~18V 输入电压??-0.5V~VDD+0.5V 输入电流?????.±10mA 储存稳定????-65℃~150℃ 引出端排列如图 2.3 逻辑图如图 2.4 功能表如图 2.5 图 2.3 CD40110 引脚图 课程设计说明书 第8页 图 2.4 CD40110 逻辑图 图 2.5 CD40110 功能表 2.4.2 数码显示器简介 某些特殊的半导体材料,但外加正向电压时,可以将电能转化为光能,从而发出 清晰悦目的光线, 利用这样的半导体材料制成的 PN 结即可以封装成单个的发光二极管, 也可以封装成分段式或点阵式的显示器件。其中七段发光二极管有以下两种接法:共阳 极和共阴极。 课程设计说明书 第9页 图 2.6 七段发光二极管的两种接法(左共阴极,右共阳极) 图 2.7 共阴极数码管引脚定义图 在图中,只要使不同段的发光二极管发光,即可改变所显示的数字和字母。例如, a、b、g、e、d 各段的二板管发光,即可显示“2”,使图中的 a、f、g、e、d 五个发光 二极管亮则可显示英文大写字母“E”。LED 七段数码管根据其内部 LED 的连接方法不 同,有共阴极和共阳极两种接法,如图 2.6 所示。 在共阴极接法中,当某一段发光二极管输入为高电平时,该发光二极管亮,反之, 则熄灭。而在共阳极接法中,刚好与共阴极接法相反。 课程设计说明书 第 10 页 由于发光二极管通常需几个~几十个毫安的驱动电流才能发光,因此,每个显示器 必须用一个七位的驱动器才能正常工作。驱动电路也可以用集成电路驱动器,现在已经 生产出带译码器的驱动器,如 74LS47、74LS48 等。此外,由于要显示的数字为 BCD 码, 而七段数码管的显示模型为七段代码, 所以在显示之前, 必须把 BCD 码转换成七段代码。 3 绕线机计数器的另一种设计(基于 74192、4511) CD40110 为十进制可逆计数器/锁存器/译码器/驱动器, 具有加减计数, 计数状态锁 存,七段显示译码输出等功能。它集计数,译码驱动于一体,用起来很方便。在我们的 数字电路技术教程里有单独计数器 74192,还有单独的七段码显示译码器驱动器 4511, 下面就介绍一下如何应用 74192 及 4511 设计出绕线 基本工作原理、电路图及元件简介 3.1.1 基本工作原理、电路图 基于 74192 与 4511 的绕线机计数器的设计原理和基于 CD40110 的一样,只不过是 计数器、译码器、驱动器的选择不一样罢了,原理框图如下: 霍尔 传感器 信号 放大整 形电路 计数、 译 码电路 数码管 显 示电路 图 3.1 绕线机计数器的原理框图 原理图有了,下面就是电路图了,电路图如图 3.2 所示: 课程设计说明书 第 11 页 图 3.2 基于 74192.、4511 的绕线机计数器电路图 课程设计说明书 第 12 页 3.1.2 74LS192 简介 74LS192 是同步十进制可逆计数器, 它具有双时钟输入, 并具有清除和置数等功能, 其引脚排列及逻辑符号下图所示: 图 3.3 74LS192 引脚排列及其功能 图 3.4 74LS192 逻辑符号 CPU 为加计数时钟输入端,CPD 为减计数时钟输入端。 LD 为预置输入控制端,异步预置。 CR 为复位输入端,高电平有效,异步清除。 CO 为进位输出:1001 状态后负脉冲输出, BO 为借位输出:0000 状态后负脉冲输出。 D1~D3 为置数端, QA~QD 为输出端。 下面再介绍一下 74LS192 的功能,其功能表如下: 课程设计说明书 第 13 页 表 3.1 74LS192 的功能表 输入 CLR 1 0 0 0  ̄LD 输出 D4 D3 × c × × D2 × b × × D1 × a × × QD 0 d QC 0 c 加计数 减计数 QB 0 b QA 0 a × 0 1 1 × × ↑ 1 × × 1 ↑ × d × × 3.1.3 CD4511 简介 BCD 七段显示器译码器/译码器 IC CD4511 是一组用来作为 BCD 对共阴极 LED 七段显 示器译码的包装。其引脚如图 3.5 所示 图 3.5 CD4511 引脚图 LT:做灯泡测试用,当 LT=0,则不论其它输入状态为何,其输出 abcdefg=1111111, 使七段显示器全亮,即显示 8,以便观测七段显示器是否正常。当 LT=1,则正 常解码。ab126 计算公式大全 BI:空白输入控制,当 BI=0 (LT 为 1 时) 则不论 DCBA 之输入为何,其输出 abcdefg 课程设计说明书 第 14 页 皆为 0,即七段显示器完全不亮,此脚可供使用者控制仅对有效数据译码,避免 在无意义的数据输入时显示出来造成字型的系乱。 LE:数据栓锁致能控制;在 CD4511 中,不但具译码功能,更具有数据栓锁的记忆功能。 当 LE=0 时(LT=1 且 BI=1),DCBA 数据会被送入 IC 的缓存器中保存,以供译码器码; 当 LE=1 时,则 IC 中的暂存器会关闭,仅保存原来在 LE=0 时的 DCBA 数据供译码器译 码。 换句线 时, 不论 DCBA 的输入数据为何, 皆不影响其输出, 其输出 abcdefg 仍保留原来在 LE 由 0 转为 1 以前的状态。 CD4511 的线 线 绕线机计数器安装时的注意事项 计数器设计好之后,接下来的就是计数器与绕线机的硬件结合了。电路中的磁铁做 课程设计说明书 第 15 页 好事选用磁性较强的专用霍尔磁钢,体积要小巧,再者就是要安装在绕线机主转轴的塑 料盖子上,使磁钢随主轴的转动而转动;然后是霍尔集成电路的安装,把霍尔集成电路 固定在主转轴安放磁钢的旁边,与磁钢垂直相对,距离保持在 3~7mm 左右,这样保证 霍尔集成电路的敏感性,使测量更准确。 课程设计说明书 第 16 页 总 结 经过近多日的努力,终于将本次课程设计做完了,但由于水平有限,文中肯定有很 多不恰当的地方, 请老师指出其中的错误和不当之处, 使我能做出改正, 我会虚心接受。 在本次课程设计过程中,我增强了自己的动手能力和分析能力。通过跟老师和同学的交 流,也通过自己的努力,我按时完成了这次课程设计。在此过程中,我学会了很多,也 看到了很多自己的不足之处。 在以后的学习生活中, 我会努力学习专业知识, 完善自我, 为将来的发展做好充分的准备。 总之,在这次课程设计中,我受益匪浅,学到了很多书本上所没有的东西,懂得了 理论和实际联系的重要性。在以后的学习中,我不仅要把理论知识掌握牢固,更要提高 自己的动手能力和分析能力。 课程设计说明书 第 17 页 致 谢 通过一周的努力,终于将电子技术课程设计完成了,在完成课程设计的这一周中, 李如昌老师给予了我很大的帮助。他不仅是指导我完成了设计,还教会了我做设计的一 般步骤、设计思想和设计方法。当我对此课程设计无从下手的时候,李老师专心地为我 讲解,为我解决了很多实际存在的困难和问题,使我对此次的课程设计能圆满完成增添 了很多信心,真正的从心理和解决实际问题上为我树立了很好的榜样,我为能有这样的 好老师而感觉到骄傲。还有就是同学们在一起互相学习,互通有无,在课程设计过程中 叶帮了我不少忙,感谢同学们的帮助。通过这次的课程设计,不仅使我学到了很多专业 方面的知识,也让我明白了不畏困难、勇于攀登艰难的重要性,这对我未来的学习和生 活产生很大的影响。 在此,再次感谢我的学校和李老师,还有可爱的同学们。 课程设计说明书 第 18 页 参考文献 [1] 刘修文.实用电子电路设计 300 例[M].北京:中国电力出版社,2004. [2] 臧春华等,电子线路设计与应用[M].北京:高等教育出版社,2006. [3] 数字集成电路应用 300 例 黄继昌 人民邮电出版 [4] 电子线路设计指导 李银华 北京航空航天大学出版社 [5] 新编电子元器件选用与检测 郑凤翼 福建科学技术出版社 [6] 电子制作实训 刘进峰 中国劳动社会保障出版社 [7] 传感器原理与应用 张正伟 中央广播电视大学出版社 [8] 电子线] 常用电工电子线] 实用用电子装置 DIY 北京航空航天大学出版社 李银华 主编 中国电力出版社 姜立华 主编 福建科学技术出版社

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