【2019年整理】繞線機(jī)計數(shù)器電路設(shè)計

1、繞線機(jī)計數(shù)器電路設(shè)計摘要繞線機(jī)：顧名思義繞線機(jī)是把線狀的物體纏繞到特定的工件上的機(jī)器。 凡是電器產(chǎn)品大多需用漆包銅線 （簡稱漆包線 ）繞制成電感線圈， 就需要用到繞線機(jī)。 例如：各種電動機(jī)，日光燈鎮(zhèn)流器，各種大小變壓器，電視機(jī)。收音機(jī)用的中周、 電感線圈，行輸出變壓器 （高壓包 ），電子點(diǎn)火器、滅蚊器上的高壓線圈，喇叭，耳機(jī)， 麥克風(fēng)的音圈，各種電焊機(jī)等不能一一舉例，這些里面的線圈都需要用繞線機(jī)來繞。 紡織行業(yè)多用棉紗線，人造纖維線等繞制各種適合紡織機(jī)用的紗團(tuán)、綻這些都需要用一 款繞線機(jī)來繞。繞線機(jī)繞的轉(zhuǎn)數(shù)一般比較多，圈數(shù)的要求在精密器件中要求十分嚴(yán)格，單一的靠人工計圈數(shù)是很麻煩也是不可能完成

2、的。 繞線機(jī)需要一個能自動計數(shù)的裝置 繞線機(jī)計數(shù)器。本課題是利用 DN834 霍爾傳感器、 CD40110 十進(jìn)制可逆計數(shù)器 /鎖存器 /譯碼器/驅(qū) 動器以及共陰極數(shù)碼顯示器設(shè)計一個可以加減的繞線機(jī)計數(shù)器。 首先用霍爾傳感器收集 繞線機(jī)轉(zhuǎn)軸運(yùn)轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)（每轉(zhuǎn)一圈產(chǎn)生一個負(fù)脈沖）然后經(jīng)過非門放大反相后便形成了計 數(shù)正脈沖，然后送入 CD40110，CD40110 工作計數(shù)開始，并在數(shù)碼管上顯示計數(shù)結(jié)果。 本文將講述 DN834 霍爾傳感器、 CD40110 十進(jìn)制可逆計數(shù)器 /鎖存器 /譯碼器 /驅(qū)動器、 共陰極數(shù)碼顯示器以及 CD4069 反相器的基本原理和特點(diǎn)，并對繞線機(jī)計數(shù)器的設(shè)計原理及功能做

3、了詳細(xì)介紹。然后又采用數(shù)電課本上提到到集成電路74192、4511來代替CD40110進(jìn)行繞線機(jī)計數(shù)器的設(shè)計，復(fù)習(xí)和熟練自己在數(shù)字電路課程所學(xué)到的集成電路 及其應(yīng)用。關(guān)鍵詞：繞線機(jī),霍爾DN834, CD40110, CD4069,數(shù)碼顯示器 741921緒論.11.1課題描述1.1.2基本工作原理、框圖、電路圖及元器件（基于 40110）22相關(guān)芯片及硬件電路設(shè)計（基于 40110）32.1霍爾DN834芯片3.2.1.1 霍爾元件的工作原理及應(yīng)用 3.2.1.2 DN834的主要功能4.2.2轉(zhuǎn)動信號采集5.2.3計數(shù)脈沖生成電路 5.2.4計數(shù)、譯碼電路6.2.4.1 CD40110芯片

4、功能、參數(shù)介紹62.4.2數(shù)碼顯示器簡介&3繞線機(jī)計數(shù)器的另一種設(shè)計（基于 74192、4511） 103.1 基本工作原理、電路圖及元器件簡介 1.03.1.1基本工作原理、電路圖 103.1.2 74LS192簡介123.1.3 CD4511 簡介 134繞線機(jī)計數(shù)器安裝注意事項(xiàng)1.4總 結(jié)1.6.致 謝1.7參考文獻(xiàn)1.8.1 緒論1.1 課題描述繞線機(jī)：顧名思義繞線機(jī)是把線狀的物體纏繞到特定的工件上的機(jī)器。凡是電器產(chǎn)品大多需要用漆包銅線 （簡稱漆包線 ）繞制成電感線圈，就需要用到繞線 機(jī)。例如：各種電動機(jī)，日光燈鎮(zhèn)流器，各種大小變壓器，電視機(jī)。收音機(jī)用的中周、 電感線圈，行輸出變壓器

5、（高壓包 ），電子點(diǎn)火器、滅蚊器上的高壓線圈，喇叭，耳機(jī)， 麥克風(fēng)的音圈，各種電焊機(jī)等不能一一舉例，這些里面的線圈都需要用繞線機(jī)來繞。 紡織行業(yè)多用棉紗線，人造纖維線等繞制各種適合紡織機(jī)用的紗團(tuán)、綻這些都需要用一 款繞線機(jī)來繞。常用繞線機(jī)繞制的線多為漆包銅線（ 繞制電子、電器產(chǎn)品的電感線圈 ），紡織線（ 繞制紡織機(jī)用的紗綻、線團(tuán) ） ，還有繞制電熱器具用的電熱線以及焊錫線，電 線，電纜等。繞線機(jī)的種類繁多，按其用途分類，可分為通用型和專用型；通用型 - 由 1 根或數(shù)根線適合安裝多種框架繞線的繞線機(jī)。常見的通用型漆 包線繞線機(jī)有；裝有 1根園形繞軸的叫 單頭機(jī) ，依此類堆有 雙頭機(jī) 3 頭機(jī)

6、6 頭機(jī) 。專用型 - 是裝有固定的專用繞線夾頭，只能繞制一種線圈的繞線機(jī)；常見的 專用繞線機(jī)有；一、繞制變壓器方形變壓器專用機(jī)；1、方形變壓器專用 -（ 細(xì)線專用機(jī)，粗線專用機(jī) ）2、環(huán)形變壓器專用 -（ 大環(huán)機(jī)，中環(huán)機(jī)，小環(huán)機(jī) ）3、其它型式變壓器專用二、繞制電動機(jī)線圈專用機(jī)：1、風(fēng)扇電機(jī)專用機(jī) （座扇,吊扇,轉(zhuǎn)頁扇 ）2、玩具微型電機(jī)專用機(jī)； （飛叉式 ,專用繞頭式 ）3、串激式轉(zhuǎn)子線圈專用機(jī)（電動工具）4、分馬力電機(jī)，及大馬力電機(jī)專用機(jī)。三、繞制電感線圈的專用機(jī)1、中周及色碼電感專用機(jī)2、小磁環(huán)電感線圈專用機(jī)3、音箱分頻線圈專用機(jī)4、日光燈（電子節(jié)能燈）鎮(zhèn)流器專用機(jī)四、其它專用繞線機(jī)喇

7、叭音圈專用機(jī)1、喇叭音圈專用機(jī)2、電熱管專用機(jī)3、絕緣膠帶包帶機(jī)4、紡織紗綻專用機(jī)繞線機(jī)按自動化程度又可分為簡易型、半自動型、全自動型。電子控制方式 有數(shù)控式微電腦單片機(jī)及IBM電腦控制。按安裝方式分類為桌面式和落地式機(jī)。繞線機(jī)繞的轉(zhuǎn)數(shù)一般比較多，圈數(shù)的要求在精密器件中要求十分嚴(yán)格，單一的靠人 工計圈數(shù)是很麻煩也是不可能完成的。 繞線機(jī)需要一個能自動計數(shù)的裝置-繞線機(jī)計 數(shù)器。本課題的內(nèi)容就是研究繞線機(jī)計數(shù)器的設(shè)計。有基于CD40110,以及基于74LS192和 CD4511 的。1.2基本工作原理及框圖本課程設(shè)計的繞線機(jī)計數(shù)器由速度傳感器電路、信號放大反相電路、計數(shù)譯碼電路、圈數(shù)數(shù)碼顯示構(gòu)成

8、。其基本工作原理：霍爾傳感器電路將測量到的轉(zhuǎn)動信號轉(zhuǎn)換成負(fù)脈 沖信號輸出到信號放大反相電路，構(gòu)造成計數(shù)脈沖，輸入到CD40110進(jìn)行計數(shù)并驅(qū)動數(shù)碼管顯示計數(shù)結(jié)果。圖1.1基本工作原理框圖+ 9V10k疔位16CPTOCQ CD40110 *H H花二 i日c b 1ICCPrQCO CDOIH) *QCfl CD40I1011)40110h 2.2N;KI t腳 !L 2BLMni- 5411 x4心uR2 8St個世卩用_1 日CP,圖1.2繞線計數(shù)器電路本電路用到的元器件有 ：CD40110X 4,DN843,CD4069, C1=1000p,C2=1u, R仁 10KX 2,R2=8K,

9、R3=2K,R4=2.2M,數(shù)碼顯示器X 4,開關(guān)2相關(guān)芯片及硬件電路設(shè)計（基于40110）2.1霍爾DN834集成電路DN834是由霍爾效應(yīng)而制成的霍爾元件的集成電路，作為磁性傳感器。2.1.1霍爾元件的工作原理及應(yīng)用所謂霍爾效應(yīng)，是指磁場作用于載流金屬導(dǎo)體、半導(dǎo)體中的載流子時，產(chǎn)生 橫向電位差的物理現(xiàn)象。金屬的霍爾效應(yīng)是1879年被美國物理學(xué)家霍爾發(fā)現(xiàn)的當(dāng)電流通過金屬箔片時，若在垂直于電流的方向施加磁場，則金屬箔片兩側(cè)面會 出現(xiàn)橫向電位差。半導(dǎo)體中的霍爾效應(yīng)比金屬箔片中更為明顯，而鐵磁金屬在居 里溫度以下將呈現(xiàn)極強(qiáng)的霍爾效應(yīng)。利用霍爾效應(yīng)可以設(shè)計制成多種傳感器?；魻栯娢徊頤H的基本關(guān)系為U

10、H=RHIB/d （ 18）RH=1/nq （金屬）（19）式中RH霍爾系數(shù)：n單位體積內(nèi)載流子或自由電子的個數(shù)q 電子電量；I 通過的電流；B垂直于I的磁感應(yīng)強(qiáng)度；d導(dǎo)體的厚度。由于通電導(dǎo)線周圍存在磁場，其大小與導(dǎo)線中的電流成正比，故可以利用霍 爾元件測量出磁場，就可確定導(dǎo)線電流的大小。利用這一原理可以設(shè)計制成霍爾 電流傳感器。其優(yōu)點(diǎn)是不與被測電路發(fā)生電接觸，不影響被測電路，不消耗被測 電源的功率，特別適合于大電流傳感。若把霍爾元件置于電場強(qiáng)度為 E、磁場強(qiáng)度為H的電磁場中，則在該元件中將 產(chǎn)生電流I，元件上同時產(chǎn)生的霍爾電位差與電場強(qiáng)度 E成正比，如果再測出該電 磁場的磁場強(qiáng)度，則電磁場的

11、功率密度瞬時值P可由P=EH確定。利用這種方法可以構(gòu)成霍爾功率傳感器。 如果把霍爾元件集成的開關(guān)按預(yù)定位置有規(guī)律地布置在物體上，當(dāng)裝在運(yùn)動 物體上的永磁體經(jīng)過它時，可以從測量電路上測得脈沖信號。根據(jù)脈沖信號列可 以傳感出該運(yùn)動物體的位移。若測出單位時間內(nèi)發(fā)出的脈沖數(shù)，則可以確定其運(yùn) 動速度。霍爾元件應(yīng)用霍爾效應(yīng)的半導(dǎo)體。根據(jù)霍爾效應(yīng)， 人們用半導(dǎo)體材料制成的元件叫霍爾元件。 它具有對磁場敏感、 結(jié)構(gòu)簡單、體積小、頻率響應(yīng)寬、輸出電壓變化大和使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)，因此， 在測量、自動化、計算機(jī)和信息技術(shù)等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。 霍爾傳感器分為線性型霍爾傳感器和開關(guān)型霍爾傳感器兩種：（一）線性型霍爾傳感

12、器由霍爾元件、線性放大器和射極跟隨器組成，它輸出模 擬量。（二）開關(guān)型霍爾傳感器由穩(wěn)壓器、霍爾元件、差分放大器，斯密特觸發(fā)器和輸 出級組成，它輸出數(shù)字量?；魻杺鞲衅髟诂F(xiàn)實(shí)中有很廣的應(yīng)用：電流傳感器、電壓傳感器、位移測量2.1.2 DN834勺主要功能DN834 是霍爾元件集成電路， 它對磁場敏感， 在磁場變化時能輸出電壓變化大的脈沖信號，用來收集信息，是霍爾傳感器的重要部件2.2轉(zhuǎn)動信號采集在繞線機(jī)的轉(zhuǎn)軸上安裝一永久強(qiáng)磁鐵， 讓它隨著轉(zhuǎn)軸的轉(zhuǎn)動來驅(qū)動霍爾元件產(chǎn)生負(fù) 脈沖，每轉(zhuǎn)一圈霍爾元件就會產(chǎn)生一個負(fù)脈沖，這樣就把轉(zhuǎn)動的圈數(shù)轉(zhuǎn)換成了一個一個 的負(fù)脈沖，這就完成了轉(zhuǎn)動信號的采集過程。2.3計數(shù)正

13、脈沖生成電路ICi是霍爾集成電路DN834，它與永久小磁鐵一起構(gòu)成傳感電路，永久磁鐵固定在 繞線機(jī)的轉(zhuǎn)軸的塑料圓盤上，每當(dāng)主軸轉(zhuǎn)動一周（相當(dāng)于線圈線一匝）便會在DN834的輸出端的第三腳上輸出一個負(fù)脈沖，該信號經(jīng)過非門1, 2放大后，再經(jīng)過非門三反相，便形成了一個技術(shù)正脈沖，加入IC3的CP端進(jìn)行計數(shù)。這里的非門采用的是CD4069 反相器來完成的，下面就介紹一下 CD4069的基本信息：CD4069-六反相器簡要說明：CD4069是由六個反相器的電路組成，此器件主要作通用反相器，即用于不需要中 功率TTL驅(qū)動和邏輯電平轉(zhuǎn)換的電路中。CD4069提供了 14引線多層陶瓷雙列直插（D），熔封陶瓷

14、雙列直插（J）,塑料雙列直插（p）和陶瓷片狀載體（c）四種封裝形式推薦工作條件：電源電壓范圍：3v-5v輸入電壓范圍0-Vcci2.4 計數(shù)、譯碼電路當(dāng)電路通電工作時，由C2,R33微分電路形成的正脈沖會使電路自動清零， S1為手 動清零開關(guān)。正脈沖計數(shù)信號送入 CD4011（的加計數(shù)時鐘端，開始計數(shù)，IC3IC6組成 的四位級聯(lián)計數(shù)電路，當(dāng)繞線滿10匝時，IC3的Q端輸出一個進(jìn)位正脈沖，滿100匝時， IC4產(chǎn)生一個進(jìn)位正脈沖，滿1000匝時，IC5產(chǎn)生一個進(jìn)位正脈沖，因此最大計數(shù)為9999 匝。也可以加CD40110以及數(shù)碼顯示器級聯(lián)成計數(shù)位數(shù)更大的計數(shù)器。2.4.1 CD40110 芯片

15、功能、參數(shù)介紹簡要說明：40110為十進(jìn)制可逆計數(shù)器 /鎖存器/譯碼器/驅(qū)動器，具有加減計數(shù)， 計數(shù)器狀態(tài)鎖 存，七段顯示譯碼輸出等功能。40110有2個計數(shù)時鐘輸入端CPU和CPD分別用作加計數(shù)時鐘輸入和減計數(shù)時鐘輸 入。由于電路內(nèi)部有一個時鐘信號預(yù)處理邏輯，因此當(dāng)一個時鐘輸入端計數(shù)工作時，另 一個時鐘輸入端可以是任意狀態(tài)。40110的進(jìn)位輸出CO和借位輸出BC一般為高電平，當(dāng)計數(shù)器從 09時，B0輸出 負(fù)脈沖；從90時CC輸出負(fù)脈沖。在多片級聯(lián)時，只需要將CO和B0分別接至下級40110 的CPU和CPD端，就可組成多位計數(shù)器。引出端符號：BO 借位輸出端CO 進(jìn)位輸出端CPD 減計數(shù)器時

16、鐘輸入端CPU 加計數(shù)器時鐘輸入端CR 清除端/CT計數(shù)允許端/LE鎖存器預(yù)置端VDD正電源Vss地Ya6g 鎖存譯碼輸出端 推薦工作條件：3V18V電源電壓范圍輸入電壓范圍0VVDD工作溫度范圍M類55C 125CE類40C 85C電源電壓.0.5V18V輸入電壓0.5VVDD+0.5V輸入電流 10mA儲存穩(wěn)定65C150C功能表如圖2.5YaYEYrcrg-LE畑訊匚匚匚匚LJ匚匚匚123456760m pi n n n n n 毎！S141312口10VDDYbYCYdYeBOcoCPL-圖2.3 CD40110引腳圖引出端排列如圖2.3邏輯圖如圖2.4chjCPD信號預(yù)處理約翰遜 計

17、數(shù)器COBOYaCRLE -* I二鎖存器卜師麗H駆動器匸Yg圖2.4 CD40110邏輯圖I- L L L H L L L tl X X Un L L X X X H H器tL_快ft計L一11持除止1 J 則加減保清禁加M計計保計不不丕持器變變變圖2.5 CD40110功能表2.4.2 數(shù)碼顯示器簡介某些特殊的半導(dǎo)體材料，但外加正向電壓時，可以將電能轉(zhuǎn)化為光能，從而發(fā)出 清晰悅目的光線，利用這樣的半導(dǎo)體材料制成的PN結(jié)即可以封裝成單個的發(fā)光二極管, 也可以封裝成分段式或點(diǎn)陣式的顯示器件。其中七段發(fā)光二極管有以下兩種接法：共陽 極和共陰極。圖2.6七段發(fā)光二極管的兩種接法（左共陰極，右共陽極

18、）f ir In -WNA11JI;(JH J)AUltd：I.H-r:oA IIP I M JMNI顯741 *心醫(yī)AijAHJU(:I.J-I)-I.)AI CLR-Hi -tro- lip li則NsMl應(yīng)tlHht圖3.2基于74192.、4511的繞線機(jī)計數(shù)器電路圖3.1.2 74LS192 簡介它具有雙時鐘輸入,并具有清除和置數(shù)等功能,74LS192是同步十進(jìn)制可逆計數(shù)器,其引腳排列及邏輯符號下圖所示：Vcc DI CLR BO CC LD D3D2 Qb Qa Cdji Cup Qc Qc GNDEKPLAI1T:DI,呢，B3, B4BATA INPUTS. 帥oifTFirr

19、sCdit-COOT DOWNCm- COT UPeo bomdw oirrmCO 一-CAEKI OUTPUT.LD圖3.3 74LS192引腳排列及其功能BO Qn Qc Qe Qa CO CuPCLR CdnLDD23 D4圖3.4 74LS192邏輯符號CPU為加計數(shù)時鐘輸入端，CPD為減計數(shù)時鐘輸入端。LD為預(yù)置輸入控制端，異步預(yù)置。CR為復(fù)位輸入端，高電平有效，異步清除。CO為進(jìn)位輸出：1001狀態(tài)后負(fù)脈沖輸出，B0為借位輸出：0000狀態(tài)后負(fù)脈沖輸出。D1D3為置數(shù)端，QA- QD為輸出端。F面再介紹一下74LS192的功能，其功能表如下:表3.1 74LS192的功能表輸入輸出

20、CLRLDD4D3D2D1QDQCQBQA1XXXXXXX000000XXdcbadcba01T3XXXX加計數(shù)011XXXX減計數(shù)3.1.3 CD4511 簡介BCD七段顯示器譯碼器/譯碼器IC CD4511是一組用來作為BCD對共陰極LED七段顯示器譯碼的包裝。其引腳如圖3.5所示Vro45 f c d t:b aC D 4 5 1 1LT Bl LE D C 1iA Vssi圖3.5 CD4511引腳圖LT：做燈泡測試用，當(dāng)LT=0,則不論其它輸入狀態(tài)為何，其輸出 abcdefg=1111111, 使七段顯示器全亮，即顯示 8,以便觀測七段顯示器是否正常。當(dāng) L

21、T=1,則正 常解碼。ab126計算公式大全BI:空白輸入控制，當(dāng)BI=0 （LT為1時） 則不論DCBA之輸入為何，其輸出abcdefg皆為0,即七段顯示器完全不亮，此腳可供使用者控制僅對有效數(shù)據(jù)譯碼，避免 在無意義的數(shù)據(jù)輸入時顯示出來造成子型的系亂。LE:數(shù)據(jù)栓鎖致能控制；在CD4511中，不但具譯碼功能，更具有數(shù)據(jù)栓鎖的記憶功能。當(dāng)LE=0時(LT=1且Bl=1)，DCBA數(shù)據(jù)會被送入IC的緩存器中保存，以供譯碼器碼； 當(dāng)LE=1時，則IC中的暫存器會關(guān)閉，僅保存原來在 LE=0時的DCBA據(jù)供譯碼器譯 碼。換句話說當(dāng)LE=1時，不論DCBA的輸入數(shù)據(jù)為何，皆不影響其輸出，其輸出abcd

22、efg 仍保留原來在LE由0轉(zhuǎn)為1以前的狀態(tài)。INPUTCD4511的真值表如圖3.6表格所示:OUTPUTSLE 51 | 直 I D C B A a b c d e f g | DISPLAYx 01 I x x x x 0 0 0 0 0 0 0Blankkk017345671-11*0 IMO oolo olio c Td Talool olotlloo looo -n o 11 uo UGOoooo oooo oooo oooo oooo onuoon iul OD11 oooo oooo01-01 ooll;I; 11 IHODDOO1G1OAU11nvolxonxuooooono

23、oo圖3.6 CD4511真值表4繞線機(jī)計數(shù)器安裝時的注意事項(xiàng)計數(shù)器設(shè)計好之后，接下來的就是計數(shù)器與繞線機(jī)的硬件結(jié)合了。電路中的磁鐵做好事選用磁性較強(qiáng)的專用霍爾磁鋼，體積要小巧，再者就是要安裝在繞線機(jī)主轉(zhuǎn)軸的塑 料蓋子上，使磁鋼隨主軸的轉(zhuǎn)動而轉(zhuǎn)動；然后是霍爾集成電路的安裝，把霍爾集成電路 固定在主轉(zhuǎn)軸安放磁鋼的旁邊，與磁鋼垂直相對，距離保持在37mm左右，這樣保證霍爾集成電路的敏感性，使測量更準(zhǔn)確。經(jīng)過近多日的努力，終于將本次課程設(shè)計做完了，但由于水平有限，文中肯定有很 多不恰當(dāng)?shù)牡胤?，請老師指出其中的錯誤和不當(dāng)之處，使我能做出改正，我會虛心接受。 在本次課程設(shè)計過程中，我增強(qiáng)了自己的動手能力和分析能力。通過跟老師和同學(xué)的交 流，也通過自己的努力，我按時完成了這次課程設(shè)計。在此過程中，我學(xué)會了很多