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1、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
2、。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7
3、4192、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：绕线机, 霍尔DN834, CD40110, CD4069, 数码显示器 74192目 录1 绪论11.1 课题描述11.2 基本工作原理、框图、电路图及元器件（基于40110）22 相关芯片及硬件电路设计（基于40110）32.1 霍尔DN834芯片32.1.1 霍尔元件的工作原理及应用32.1.2DN834的主要功能42.2 转动信号采集52.3 计数脉冲生成电路52.4 计数、译码电路62.4.1 CD40110芯片功能、参数介绍62.4.2 数码显示器简介83 绕
4、线机计数器的另一种设计（基于74192、4511）103.1 基本工作原理、电路图及元器件简介103.1.1 基本工作原理、电路图 103.1.2 74LS192简介 123.1.3 CD4511简介 134绕线机计数器安装注意事项14总 结16致 谢17参考文献18课程设计说明书 第3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
5、，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)，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绕线机有；装有1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
6、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，粗线专用机) 2、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、绕制电动机线圈专用机： 1、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) 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、 绕制电感线圈的专用机 1、中周及色码电感专用机 2、小磁环电感线圈专用机 3、音箱分频线圈专用机 4、日光灯(电子节能灯)镇流器专用机 四、 其它专用绕线机喇叭音圈专用机 1、喇叭音圈专用机 2、电热管专用机 3、绝缘胶带包带机 4、纺
7、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
8、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 图1.2 绕线计数器电路本电路用到的元器件有：CD401104,DN843,CD4069, C1=1000p,C2=1u, R1=10K2,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
9、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 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
10、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
11、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
12、对磁场敏感，在磁场变化时能输出电压变化大的脉冲信号，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（相当于线圈线一匝）便会在DN834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
13、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
14、。正脉冲计数信号送入CD40110的加计数时钟端，开始计数，IC3IC6组成的四位级联计数电路，当绕线满10匝时，IC3的Q端输出一个进位正脉冲，满100匝时，IC4产生一个进位正脉冲，满1000匝时，IC5产生一个进位正脉冲，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09时，BO输出负脉冲；从90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。 引出端
