数字集成电路正反向判别器论文.docx
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数字集成电路正反向判别器论文
毕业设计论文
数字集成电路正反向判别器
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摘要:
数字集成电路组成的正反方向判别器的设计是用来判别转动部件的正反转的一个装置,其中用霍尔传感器进行采样,正常情况下一周在60度内分布4个传感器,用六块磁钢粘在转动部件随轴动部件一起转动,在15度范围内转动时可以判断是正转或反转。
该设计采用了多种数字集成电路,比如CD4069,74LS32,CD4081,CD4013芯片,有效的把数字信号和模拟信号结合在一起。
关键词:
霍尔传感器,或门,与门,非门,D触发器。
Abstract:
digitalintegratedcircuitdesignanddirectiondiscriminantcriterionisusedtoturnthepartsofadevice,andpositive&negativehall-effectsensorwithsampling,normallyaweekin60degrees,thedistributionoffoursensorwithsixmagnetswithrotatingcomponentsinmovingpartstogetherin15degrees,withinthescopeofrotationispositivetransferorreverse.Thedesignhasadoptedvariousdigitalintegratedcircuit,suchasCD4069,74LS32,CD4081CD4013chip,effective,thedigitalsignalandanalogsignalstogether.
Keywords:
hallsensors,ordoor,door,withFeiMen,Dflip-flop
目录
摘要I
第一章绪论1
1.1概述1
1.2传感器2
1.2.1传感器简介2
1.2.2传感器的组成2
1.3霍尔传感器介绍3
第二章整体方案设计4
2.1设计要求4
2.2器材组成4
2.3器件简介4
2.3.1霍尔传感器4
2.3.1.1霍尔传工作原理5
2.3.2CD4069(非门)5
2.3.374LS32(或门)5
2.3.4CD4013(D触发器)6
2.3.5CD4081(与门)7
第三章电路组成9
3.1信号输入电路9
3.2编码电路9
3.3磁钢正转的判定10
3.3.1磁钢与触发器接触的顺序10
3.4磁钢反转的判定14
3.4.1磁钢与触发器接触的顺序14
3.5磁钢中途变换方向的判定17
第四章总结18
致谢19
参考文献20
第一章绪论
1.1概述
数字集成电路组成的正反方向判别器的设计是用来判别转动部件的正反转的一个装置,其中用霍尔传感器进行采样,正常情况下一周在60度内分布4个传感器,用六块磁钢粘在转动部件随轴动部件一起转动,在15度范围内转动时可以判断是正转或反转。
该设计采用了多种数字集成电路,比如CD4069,74LS32,CD4081,CD4013芯片,有效的把数字信号和模拟信号结合在一起。
本电路的设计思想是根据4块霍尔传感器来采集磁钢的走向,并把信号传送给数字集成电路,经过数字集成电路编码和译码,再把最终的信号传送到显示电路,通过显示电路的指示灯等来判断磁钢的正反转。
此部门电路主要是由一块CD4069、两块74LS32、两块CD4013、一块CD4081等集成芯片组成。
电路通过使用智能磁感应传感器,即霍尔传感器,同非门、或门、与门和D触发器等共同组成的一个数字集成电路,来判断磁钢的正反转。
当磁钢正转的时候(从左到右的方向)红色的指示灯亮,;当磁钢反转的时候(从右到左的方向)绿色的只是灯亮;磁钢从正方向走,指示灯亮。
当走向相反的时候另一指示灯不亮,予以指示方向改变。
电路中CD4069集成芯片是由6个反向器(非门)构成,起作用是把输入信号把成相反的信号并输出。
CD4013集成芯片是由两个D触发器构成。
作用是根据输入的信号和脉冲不同,输出信号也不同,CD4081集成芯片是由4个输入与门构成。
当2个输入中至少有一个为“0”,输出则为“0”,只有当2输入都为“1”的时候,输出才能为“1”。
74LS32集成芯片是由四个2输入或门构成;当2个输入中至少有一个为“1”的时候,输出则为“1”,当输入有2个为“0”的时候,输出才为“0”。
当磁钢依次接触4个传感器的时候,就会产生相应的信号,并且通过传感器把信号传送到编码、译码电路中,并且把编码、译码过的信号传送显示电路中去。
最后通过发光二极管的亮灭来判断磁钢的的方向。
当磁钢与1#传感器接触的时候:
信号经反向器作用输送高电平至对应的74LS32中,并且封锁触发器D1,使对应的和触发器D1和D2至清“0”,触发器D3至高电平“1”,触发器D4保持初始状态
,当磁钢与2#传感器接触的时候:
信号经反向器作用输送高电平至对应的74LS32中并且封锁触发器D2,使对应的触发器D2和D3至清“0”,触发器D4至高电平“1”,触发器D1保持初始状态,当磁钢与3#传感器接触的时候:
信号经反向器作用输送高电平至对应的74LS32中并且封锁触发器D3,使对应的触发器D3和D4至清“0”,触发器D1至高电平“1”,触发器D1保持初始状态,当磁钢与4#传感器接触的时候:
信号经反向器作用输送高电平至对应的74LS32中,并且封锁触发器D3,使对应的和触发器D4和D1至清“0”,触发器D2至高电平“1”,触发器D3保持初始状态。
1.2传感器
1.2.1传感器简介
传感器传感器是一种以一定的精确度把被测量转换为与之有确定对关系的、便于应用的某种物理量的测量装置。
这一概念包含下面四个方面的含义:
①传感器是测量装置,能完成信号获取任务。
②它的输入量是某一被测量,可能是物理量,也可能是化学量、生物量等。
③它的输出量是某种物理量,这种量要便于传输、转换、处理、显示等等,这种量可以是气、光、电量,但主要是电量。
④输出输入有对应关系,而且有一定的精确程度。
1.2.2传感器的组成
传感器的功用是一感二传,即感受被测信息,并传送出去。
传感器一般由敏感元件、转换元件、转换电路三部分组成。
如图1-1所示
被测量电量
图1-1传感器组成框图
①敏感元件
它是直接感受被测量,并输出与被测量成确定关系的某一物理量的元件。
②转换元件
敏感元件的输出就是它的输入,它输入转换成电路参数量。
③转换电路
上述电路参数接入转换电路,便可以转换成电路参数量。
实际上,有些传感器很简单,有些则较复杂,也有些是带反馈的闭环系统。
最简单的传感器由一个敏感元件组成,它感受被测量时直接输出电量,如热电偶。
有些传感器由敏感元件和转换元件组成,没有转换电路,如压电式加速度传感器,其中质量块是敏感元件,压电片是转换元件。
有些传感器转换元件不只一个,要经过若干次转换。
由于传感器空间限制风其他原因,转换电路常装入电箱中。
然而,因为不少传感器要在通过转换电路之后才能输出电量信号,从而决定了转换电路是传感器的组成部分之一。
1.3霍尔传感器介绍
集成霍尔传感器分为线性型、开关型和锁键型等多种,其主要元件均是利用霍尔效应原理制成的.所谓霍尔效应,指的是这样一种物理现象:
如果把通有电流I的导体放在垂直于它的磁场中,则在导体的两侧P1、P2会产生一电势差UH,它与电流I及磁感应强度B成正比,与导体厚度d成反比,即:
UH=K(IB/d),式中K为霍尔系数.霍尔系数越大,表明霍尔效应越显著。
人们常利用某些半导体材料(如锗、锑化铟)显著的霍尔效应来制成直流和低频磁场/电压变换器。
由稳压器、霍尔电势发生器H和信号放大器组成.传感器的输出电压随外加磁场B的垂直分量大小成线性比例变化,可广泛应用于位置、厚度、重量、速度及电流等检测或控制。
开关型霍尔传感器如图1-2、图1-3
图1-2开关型霍尔传感器电路图图1-3开关型霍尔传感器原理图
第二章整体方案设计
2.1设计要求
本文通过使用智能磁感应传感器,即霍尔传感器,同非门、或门、与门和D触发器等共同组成的一个数字集成电路,来判断磁钢的正反转。
当磁钢正转的时候(从左到右的方向)指示灯亮(或蜂鸣器响);当磁钢反转的时候(从右到左的方向)指示灯不亮(或蜂鸣器不响);磁钢从正方向走,指示灯亮。
当走向相反的时候指示灯不亮,予以指示方向改变。
本电路的设计思想是根据4块霍尔传感器来采集磁钢的走向,并把信号传送给数字集成电路,经过数字集成电路编码和译码,再把最终的信号传送到显示电路,通过显示电路的指示灯来判断磁钢的正反转。
通过本课题的设计与制作能够熟悉霍尔传感器的功能与作用。
对非门、或门、与门和D触发器等数字集成块的复习与应用。
把霍尔传感器与以上数字集成块相集合起来组成一个具有正反方向判别数字测量仪。
2.2器材组成
万能实验板一块,4个1K电阻,4个CS3020T常开型霍尔传感器,1个发光二极管(或蜂鸣器)和反向器(CD4069)、两块74LS32、两块CD4013、一块CD4081集成芯片,5V稳压电源。
2.3器件简介
2.3.1霍尔传感器
霍尔传感器是根据霍尔效应制作的一种磁场传感器是磁电效应的一种,这一现象是霍尔(A.H.Hall,1855—1938)于1879年在研究金属的导电机构时发现的。
后来发现半导体、导电流体等也有这种效应,而半导体的霍尔效应比金属强得多,利用这现象制成的各种霍尔元件,广泛地应用于工业自动化技术、检测技术及信息处理等方面。
霍尔效应是研究半导体材料性能的基本方法。
通过霍尔效应实验测定的霍尔系数,能够判断半导体材料的导电类型、载流子浓度及载流子迁移率等重要参数。
流体中的霍尔效应是研究“磁流体发电”的理论基础。
2.3.1.1霍尔传工作原理
在磁场作用下,通有电流的金属片上产生一横向电位差,这个电压和磁场及控制电流成正比:
VH=K╳|H╳IC|。
式中VH为霍尔电压,H为磁场,IC为控制电流,K为霍尔系数。
在半导体中霍尔效应比金属中显著,故一般霍尔器件是采用半导体材料制作的。
用霍尔器件,可以进行非接触式电流测量,众所周知,当电流通过一根长的直导线时,在导线周围产生磁场,磁场的大小与流过导线的电流成正比,这一磁场可以通过软磁材料来聚集,然后用霍尔器件进行检测,由于磁场与霍尔器件的输出有良好的线性关系,因此可利用霍尔器件测得的讯号大小,直接反应出电流的大小,即:
I∞B∞VH。
其中I为通过导线的电流,B为导线通电流后产生的磁场,VH为霍尔器件在磁场B中产生的霍尔电压、当选用适当比例系数时,可以表示为等式。
霍尔传感器就是根据这种工作原理制成的。
2.3.2CD4069(非门)
CD4069集成芯片是由6个反向器(非门)构成,起作用是把输入信号把成相反的信号并输出。
如下图2-1所示:
图2-1CD4069内部结构
CD4069真值表如表2-1
输入
输出
0
1
1
0
2.3.374LS32(或门)
74LS32集成芯片是由四个2输入或门构成;当2个输入中至少有一个为“1”的时候,输出则为“1”,当输入有2个为“0”的时候,输出才为“0”如下图2-2内部结构所示:
图2-274LS32内部结构
74LS
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