绕线机计数器电路设计

1、课程设计说明书绕线机计数器电路设计绕线机：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

3、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：绕线机,霍尔DN834, CD40110, CD4069,数码显示器 741921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 CD40110芯片功能、参数介绍62.4.2数码显示器简

4、介&3绕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 1.03.1.1基本工作原理、电路图 103.1.2 74LS192 简介123.1.3 CD4511 简介1.34绕线机计数器安装注意事项1.4总 结1.6.致 谢1.7.参考文献1.8.课程设计说明书第8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

5、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），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、""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

7、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

8、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。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 ：CD40110X 4,DN843,CD4069, C1=1000p,C2=1u, R仁 10" 2,R2=8K,R3=2K,R4=2.2M,数码显示器X 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，

9、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

10、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

11、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

12、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ICi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

13、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-VccM *jy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

14、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 CD4011（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

15、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BC一般为高电平，当计数器从 09时，B0输出 负脉冲；从90时CC输出负脉冲。在多片级联时，只需要将CO和B0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：B0借位输出端CO进位输出端CPD减计数器时钟输入端CPU加计数器时钟输入端CR 清除端/CT计数允许端/LE锁存器预置端VDD正电源Vss地Ya6g锁存译码输出端 推荐工作条件:电源电压范围，,，3V18V输入电压范围，,，0VVDD工作温度范

16、围M类,55C 125CE类,.40C 85C电源电压， 0.5V18V输入电压,0.5VVDD+0.5V输入电流,.± 10mA储存稳定，,，65C150C引出端排列如图2.3 逻辑图如图2.4功能表如图2.5CP0Vssp11和215314l<13512e117108g图2.3 CD40110引脚图Vdd 壮YcYdYeBOCOCPU课程设计说明书第9页课程设计说明书第11页chj信号预处理CPD约翰逊 计數器COBOYaCRLE -* I二锁存器卜师丽H駆动器匸Yg图2.4 CD40110逻辑图I- L L L H L L L tl X X Un L L X X X H

17、H器tL_快ft计L一11持除止1 J 则加减保清禁加M计计保计不不丕持器变变变图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。图2.6七段发光二极管的两种接法（左共阴极，右共阳极）gf <3NDabf f l f 1< d GND c dp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。

18、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，冈収子与共阴极接法相反。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

19、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）CD4011Q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设计出绕线机计数器。3.1 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

20、 CD40110勺一样，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：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页课程设计说明书第12页14 LOAD BU CL 聊- CO C*-LUP l.)iWNAQAHf ：讣:n-LOAlJHi )"-cro> UPA Ln >14FJIII壬一总A佃CVCJJMULOAD-BOCL Kg> UP> DiJWNyt71? ITTLGAUA的C；1：n'J'-i.i)Ai> Hr >r: I, Rii：i>

21、UP> t)i ：K4N£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13页3.1.2 74LS192 简介它具有双时钟输入,并具有清除和置数等功能,74LS192是同步十进制可逆计数器,其引脚排列及逻辑符号下图所示：课程设计说明书第#页课程设计说明书第#页Vcc DI CLR BO CC LD D3EKPLAI1T:DI,呢，B3, B4BATA INPUTS. 帥oifTFirrsCdit-COOT DOWNCm>- COT UPeo bomdw oirrmCO 一-CAEKI OUTPUT.LD课程设计说明书第#页D2 Qb Qa Cdji

22、 Cup Qc Qc GND图3.3 74LS192引脚排列及其功能课程设计说明书第#页课程设计说明书第#页BO Qn Qc Qe Qa CO >CuPCLR> CdnLDD23 D4课程设计说明书第#页课程设计说明书第16页图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，B0为借位输出：0000状态后负脉冲输出。D1D3为置数端，QA- QD为输出端。F面再介绍一下74LS192的功能，其功能表如下:表3.1 74LS192的功能表

23、输入输出CLRLDC马D4D3D2D1QDQCQBQA1XXXXXXX000000XXdcbadcba01T1XXXX加计数011XXXX减计数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寸共阴极LED七段显示器译码的包装。其引脚如图3.5所示凹 也1训>| ： q料1列讨Vr>D (5 fd c b aC D 4 5 1 1甲孚 gE D g R A V鹉34562178图3.5 CD4511引脚图LT：做灯泡测试用，当LT=O,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

24、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Bl=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据供译码器译 码。换句话说当LE=1时，不论DCBA的输入数据为何，

25、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。INPUTCD4511的真值表如图3.6表格所示：OUTPUTSLEBl圧 I D C B A 丹 b c d e f g | DISPLAYJ1111111 ； 8课程设计说明书第#页x 01 I x x x x 0 0 0 0 0 0 0 I BlankkkkllaIfila be&k01234.-06711oldonvoooooooooolllo ILio oolo *un_l u -Td Ta lool oloilloo luoo looo noo -n- u n- uuooooo oooo OAUOO

26、 oooo nwoooolo 1_F *ooooO1G1 ooll oooooouOODO课程设计说明书第#页课程设计说明书第17页图3.6 CD4511真值表4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37mm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18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