钢球自动计数装置

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1、在进入21世纪的今天，机械制造和电子产品的的的应用已经蓬勃发展， 而钢球自动计数就是这两者的完美结合。它不仅有着超高标准的机械工艺，而且 在电子产品的制造和应用方向有着严格的要求。钢球自动计数要求掌握检径筛选 机构、分组计数机构、供球机构，控制系统和霍尔计数装置。这就要求对机械制 造工艺电子工艺很熟悉。对霍尔传感器系统控制的设计过程有较充分的了解和掌 握。对现代放大器uA741和三极管2N5812的原理熟知。关于计数部分，使用 74160N芯片、7406N、封装DCD-HEX led显示数码管联接计数电路。钢球自动计 数装置用机械化取代手工作业，效率高、确保质量，实现了轴承装配钢球的多种 规格

2、多种功能的机械化作业。在科学技术不断发展的今天，钢球自动计数装置的 作用也日趋重要。本设计采用霍尔传感器作为设计的核心单元，设计了一款具有 自动检径计数的高效装置。即简单又实用。关键字：UGN-350仃霍尔传感器，74160N，检径筛选ABSTRACTIn the 21st century, machinery and electronic products, the application has been booming, and the ball automatically counts is the perfect combination of both. It not only ha

3、s a high standard of mechanical technology, and electronic product manufacturing and application of directions with strict requirements. Ball diameter automatic filter counting required to master inspection agencies, groups counting bodies, institutions for the ball, control systems and Hall-countin

4、g device. This requires the machine manufacturing process of electronic technology very well. Hall sensor system on the control of the design process have a more full understanding and grasp. Modern amplifiers and transistor 2N5812 uA741 principle known. On some counts, the use 74160N chips, 7406N,

5、packaging DCD-HEX led display digital counter circuit pipe connection. Ball mechanized automatic counting devices to replace manual work, high efficiency, ensure quality, enabling a variety of specifications of steel ball bearing assembly of a variety of functions mechanized. The continuous developm

6、ent of science and technology today, ball automatic counting device is also increasingly important role. This design uses a Hall sensor as the design of the core modules, designed a track counting with high efficiency automatic inspection equipment. That is simple and practical.KEY WORDS: UGN-3501T

7、Hall sensor , 74160N, Inspection Path selection目录刖言1第一章绪论21.1机械方向21.2传感器31.3新技术在钢球计数中的应用31.3.1系统的工作流程图41.3.2 VB与并行接口41.3.3 信号处理6第二章送料和检径7第三章霍尔传感器及部分元件83.1霍尔效应及霍尔元件83.1.1霍尔效应83.1.2霍尔元件基本结构123.1.3霍尔元件基本特性123.1.4 霍尔元件不等位电势补偿143.1.5霍尔元件温度补偿163.1.6 霍尔传感器及应用183.2 A741型运算放大器213.3 2N5812 三极管22第四章计数器实现234.1

8、74160N的基本介绍234.2十进制计数器设计244.2.1 原理244.2.2 创建电路244.2.3 译码显示254.3 多位计数器设计26第五章整体设计28致谢30参考文献31传感器被称为工业时代的测量工具-仪器仪表的“五官”，承担着信息感 知和获取的关键任务，是当今信息时代的信息源头，在国民经济和国防各个领域 中发挥着不可替代的作用。本文主要是研究霍尔传感器，如霍尔移位传感器、霍尔开关式转速传感器。 在科技如此发达的当今社会，钢球计数也有了新的突破。在以前钢球计数是以人 工繁重的重复劳动计算钢球数量，这样不仅麻烦，而且由于人们的记忆力不同， 会导致可能忘记计数数量，这样就得从头开始，

9、十分繁琐。但是现在有了供球机 构、检径筛选机构、分组计数机构、，控制系统和霍尔计数装置这一系列的机构 设计，完全由机器劳动代替了人工劳动，机器工作出错少而且效率高。论文结构如下，共分五个章节：第一章描述了钢球计数的研究背景，意义以及技术发展现状，并根据霍尔传 感器的原理和特点及设计要求，给出了设计实现的基本方案。第二章主要给出了送料机构和检径筛选机构的工作原理。第三章为霍尔传感器介绍及分组计数机构中的一些主要的原件。第四章为最后的计数工作，用74160N连接的计数器，在有脉冲信号时在 DCD-HEX封装的译码显示器上显示钢球数量。第五章为整体的设计。本论文在写作和设计过程中参考了不少的文献,，

10、包括参考书籍、参考论文、 参考期刊、参考网页，均列在本论文的后面。第一章绪论信息技术已经成为当今全球性的战略技术，作为各种信息的感知、采集、 转换、传输和处理，已经成为各个应用领域，特别是自动检测、自动控制系统中 不可缺少的核心部件。传感器技术正深刻影响着国民经济和国防建设的各个领 域。1.1机械方向机械设计(machine design )，根据使用要求对机械的工作原理、结 构、运动方式、力和能量的传递方式、各个零件的材料和形状尺寸、润滑 方法等进行构思、分析和计算并将其转化为具体的描述以作为制造依据的 工作过程。机械设计是机械工程的重要组成部分，是决定机械性能的最主要因素。 由于各产业对机

11、械的性能要求不同而有许多专业性的机械设计，如纺织机 械设计、矿山机械设计、农业机械设计、船舶设计、汽车设计、机床设计、 压缩机设计、内燃机设计、汽轮机设计、泵设计等专业性的机械设计分支 学科。而钢球自动计数的送料和检径完全是机械的，靠机械凸轮的运动使钢 球自动下落，根据严格的机械加工使得检径的精度在微米级以上，要求筛选正 确率高。1.2传感器新技术革命的到来，世界开始进入信息时代。在利用信息的过程中， 首先要解决的就是要获取准确可靠的信息，而传感器是获取自然和生产领 域中信息的主要途径与手段。在现代工业生产尤其是自动化生产过程中，要用各种传感器来监视和控 制生产过程中的各个参数，使设备工作在正

12、常状态或最佳状态，并使产品 达到最好的质量。因此可以说，没有众多的优良的传感器，现代化生产也 就失去了基础。传感器早已渗透到诸如工业生产、宇宙开发、海洋探测、环境保护、 资源调查、医学诊断、生物工程、甚至文物保护等等极其之泛的领域。可 以毫不夸张地说，从茫茫的太空，到浩瀚的海洋，以至各种复杂的工程系 统，几乎每一个现代化项目，都离不开各种各样的传感器。由此可见，传感器技术在发展经济、推动社会进步方面的重要作用，是 十分明显的。世界各国都十分重视这一领域的发展。相信不久的将来，传 感器技术将会出现一个飞跃，达到与其重要地位相称的新水平。1.3新技术在钢球计数中的应用机电一体化是设备机械类模块、电

13、子计算机模块、电力电子模块等集成融 合的一体化，这些部分内容及其之间通过接口耦合、运动传递、物质流动、 信息控制、能量转移有机融合集成一个完整的系统。本文介绍了滚珠计数并模 拟的过程。采用VB编程并结合接口技术，运用模拟电路，数字电路的原理, 再加上信号处理技术成功地实现了所要求的内容。达到了计数准确无误，误差 小，代价低的设计目的。1.3.1系统的工作流程图图1 - 1工作流程图1.3.2 VB与并行接口打印机端口脚位定义打印机端口共有2 5支脚，这些脚被区分成3种主要的功能分别用于数据传 送、检查打印机的状态及控制打印机。脚位从下端从右至左依次编号为 P IN1 P I N 2 5 。(1

14、 )数据端口脚位这些脚位是P I N 2P I N 9 :当我们要通过打印机端口传送数据时， 就是改变这8支脚的状态而达到传送数据的目的。如，我们要传送“ A” ， 它的ASCII是41H,转换成二进制就是01000001 .最高位是0,最低位是1 , 因此上述8支脚位的状态就如下：P i n 2高电位，令其为1； P i n 3低电位， 令其为0 ; P i n 4低电位，令其为0 ； P i n 5低电位，令其为O； P i n 6 低电位令其为0 ; P i n 7低电位：令其为0 ； P i n 8高电位，令其为1 ； P i n 9低电位，令其为0。如果我们按上述的方式将这些脚位的状

15、态更改，接 收一方如也按照AS CI I解释的话，就能得到“ A”这个字符。（2 ）打印机状态端口脚位所谓的（基地址+1）指的是：如果我们的地址是3 7 8 H再加上1就是3 7 9H；这个地址专门用来传递打印机的状态。并行接口输入输出过程描述 输 入过程：在并行接口应该有一个控制寄存器用来接收C P U对它的控制命 令，有一个状态寄存器提供各种状态位供CPU查询，为了实现输入输出， 并行接口中还必定有相应的输入缓冲寄存器和输出缓冲寄存器，当并行接口 处于输 入过程时，使状态线“数据输 入准备好”信号。数据到达接口后， 接口会在状态寄存器中设置“输入 准备信号”状态位。以使CPU进行查询， 接

16、口也可以在此时向CPU发送一个中断请求，所以C P U即可 以用软件查询 方式，也 可以用中断方式设法 读 取接口中的数据，CP U从 并行接口中 读取数据后，接口会自动清除状态寄存器中的“输入准备好”状态位，并使数 据总线处于高阻状态，此后又开始下一个输入过程。而输出过程基本上和输入过 程相似。编写程序我们只能自己写程序语言不能实现的程序代码，这种代码称之 为子程序。在VB中通常这些程序代码集合在一起，而以一个扩展名为.bas 的文件储存起来。如果我们引用的是其他厂家开发的函数，这些函数已经被编译 成机器码而成为可执行文件（扩展名称通常为.DLL），如果要引用这些函数， 就必须告诉程序语言编

17、译器这些函数的存在位置及函数的参数传递方式。我们 要用到两个可用来“传送”及“读取”地址数据的函数，分别是DIO-OutputByte 和DIO-InputByte，它们用来传送一个字节及传送一个字节的数据指特定的地 址。在模块中作以下声明，作完声明后就可以在程序中依照声明方式使用函数：Declare Sub DIO_Outputbyte Lib “ dio.dll (ByVal address as integer,ByVal DataOut as integer)Declare Function DIO_IntputByte Lib “dio.dll (ByVal address as i

18、nteger)as integer1.3.3信号处理本次采用的传感器是电感式接 近开关，它利用金属物体在接近这个能产生电 磁场的振荡感应头时，使物体内部产生涡流。这个涡流反作用于接近开关，使 接近开关振荡能力衰减，内部电路的参数发生变化，由此识别出有无金属物体 接近，进而控制开关的通或断。信号处理电路：第二章送料和检径把钢球放入漏斗形的容器里，让钢球从里面的滑槽内挨个下落，滑槽位于机壳内由电机 驱动凸轮连杆使其上下移动，所有机构设置在固定机壳一侧的支架板上，检径筛选机构的钢 球通道上端与送料仓连通，下端与供球机构连接。送料仓内的钢球进入检径筛选机构里面, 钢球直径筛选分为好几个方面，而且检径的

19、精度在0.001mm范围内，将检径分成5个档次。 从小到大排列能通过的钢球则自己下落到滑槽内，顺利通过滑入分组计数机构。要求检径的 精度在微米级以上（0.001mm）。霍尔传感器霍尔传感器霍尔传感器霍尔传感器霍尔传感器图2 - 1送料和检径示意图第三章霍尔传感器及部分元件霍尔传感器是基于霍尔效应的一种传感器。1879年美国物理学元件家霍尔 首先在金属材料中发现了霍尔效应，但由于金属材料的霍尔效应太弱而没有得 到应用。随着半导体技术的发展，开始用半导体材料制成霍尔元件，由于它的霍 尔效应显著而得到应用和发展。霍尔传感器广泛用于电磁测量、压力、加速度、 振动等方面的测量。3.1霍尔效应及霍尔元件3

20、.1.1霍尔效应置于磁场中的静止载流导体，当它的电流方向与磁场方向不一致时，载流 导体上平行于电流和磁场方向上的两个面之间产生电动势，这种现象称霍尔效 应。该电势称霍尔电势。如图3-1所示，在垂直于外磁场B的方向上放置一导电板，导电板通以电流 I，方向如图所示。导电板中的电流是金属中自由电子在电场作用下的定向运动。 此时，每个电子受洛仑磁力fm的作用，f 大小为mf =eBv（3 - 1）m式中：e电子电荷;v电子运动平均速度;B磁场的磁感应强度。图3-1 霍尔效应原理图f的方向在图3-1中是向上的，此时电子除了沿电流反方向作定向运动 m外，还在fm的作用下向上漂移，结果使金属导电板上底面积累

21、电子，而下底面 积累正电荷，从而形成了附加内电场Eh,称霍尔电场，该电场强度为E UE=H(3- 2)h b式中U 为电位差。霍尔电场的出现，使定向运动的电子除了受洛仑磁力作用外,H还受到霍尔电场的作用力，其大小为eE，此力阻止电荷继续积累。随着上、H下底面积累电荷的增加，霍尔电场增加，电子受到的电场力也增加，当电子所受洛仑磁力与霍尔电场作用力大小相等、方向相反时，即eE = evB(3 - 3)H则E = vBH(3 -4)此时电荷不再向两底面积累，达到平衡状态。若金属导电板单位体积内电子数为n,电子定向运动平均速度为v,则激励电流I= nevbd ,贝U1V 二 bdae(3 -5)将式（

22、3 -5）代入式（3 - 4）得IBbdae(3 - 6)将上式代入式（3 - 2）得IBned(3 - 7)式中令RH =1/ （ne）,称之为霍尔常数，其大小取决于导体载流子密度，则U 二 R IB = K IBHH dH(3 - 8)式中K =H称为霍尔片的灵敏度。由式（3 - 8）可见，霍尔电势正比于激励电流及磁感应强度，其灵敏度与霍尔常数RH成正比而与霍尔片厚度d成反比。 为了提高灵敏度，霍尔元件常制成薄片形状。对霍尔片材料的要求，希望有较大 的霍尔常数RH,霍尔元件激励极间电阻R=p L/ （bd）,同时R=UI/I=EIL/I=vL/（M nevbd）,其中UI为加在霍尔元件两端

23、的激励电压，EI为霍尔元件激励极 间内电场，v为电子移动的平均速度。贝Up L _Lbdpnebd(3 - 9)解得R = RP（3 - 10）H从式（3-10）可知，霍尔常数等于霍尔片材料的电阻率与电子迁移率的 乘积。若要霍尔效应强，则RH值大，因此要求霍尔片材料有较大的电阻率和载 流子迁移率。一般金属材料载流子迁移率很高，但电阻率很小；而绝缘材料电阻率极高， 但载流子迁移率极低。故只有半导体材料适于制造霍尔片。目前常用的霍尔元件 材料有：锗、硅、砷化铟、锑化铟等半导体材料。其中N型锗容易加工制造， 其霍尔系数、温度性能和线性度都较好。N型硅的线性度最好，其霍尔系数、温 度性能同N型锗相近。

24、锑化铟对温度最敏感，尤其在低温范围内温度系数大， 但在室温时其霍尔系数较大。砷化铟的霍尔系数较小，温度系数也较小, 输出特性线性度好。表3 - 1为常用国产霍尔元件的技术参数。得号单位HZ-l 型HZ-2 型HZ3 型HZ - 4 型HT-l 1JHT-2 型HS-l 禮林斜（N型Ge(lil)Ge(lll)Ge(lll)Ge(lOO)InSbInSbInAs电阻率P(I cm0.8-1.20.8-1. 20,8-1. 20.003-0.01b 003-0, 050, 01几何尺寸IXbXd8X4 乂 Q-24X2X0. 28X4X0, 28X4X&. 25X3X0.28X4X0.28X4X0

25、.2编人电阻RinU020%11020%11020%45 20%Q. 820%0, 82O%】，2h2班輸出电阻&（i100120%1加士 20拔10020%40 士 20%O,52O0. 520%l20%灵敏度KhmV/(mA * T)12121241.82O1.82%l20%不著电馭00.070.050- 070. 020.0050.0050.003寄生玄龍电压uo即1502加150)图3 - 2霍尔元件(a)外形结构示意图(b)图形符号霍尔元件、差分放大器和射极跟随器组成连续测量。其输出电压和加在霍尔元件 上的磁感强度B成比例，这类电路有很高的灵敏度和优良的线性度，适用于各种 磁场检测。

26、3.1.3霍尔元件基本特性1) 额定激励电流和最大允许激励电流当霍尔元件自身温升10C时所流过的激励电流称为额定激励电流。以元件 允许最大温升为限制所对应的激励电流称为最大允许激励电流。因霍尔电势随激 励电流增加而性增加，所以，使用中希望选用尽可能大的激励电流，因而需要 知道元件的最大允许激励电流，改善霍尔元件的散热条件，可以使激励电流增 加。2）输入电阻和输出电阻激励电极间的电阻值称为输入电阻。霍尔电极输出电势对外电路来说相当于 一个电压源，其电源内阻即为输出电阻。以上电阻值是在磁感应强度为零且环境 温度在20C5C时确定的。3）不等位电势和不等位电阻当霍尔元件的激励电流为I时，若元件所处位

27、置磁感应强度为零，则它的 霍尔电势应该为零，但实际不为零。这时测得的空载霍尔电势称不等位电势。 图7-11产生这一现象的原因有：式中： 霍尔电极安装位置不对称或不在同 等电位面上； 半导体材料不均匀造成了电阻率不均匀或是几何尺寸不均匀； 激励电极接触不良造成激励电流不均匀分布等。 不等位电势也可用不等位电阻表示U丫 严（3 - 11）0 IHU不等位电势；0r不等位电阻；0I激励电流。H由上式（3-11）可以看出，不等位电势就是激励电流流经不等位电阻r所产生的电压。0o图3 -3不等位电势示意图4）寄生直流电势在外加磁场为零#,霍尔元件用交流激励时，霍尔电极输出除了交流不等位 电势外，还有一直

28、流电势，称寄生直流电势。其产生的原因有： 激励电极与霍尔电极接触不良，形成非欧姆接触，造成整流效果； 两个霍尔电极大小不对称，则两个电极点的热容不同，散热状态不 同形成极向温差电势。寄生直流电势一般在lmV以下，它是影响霍尔片温漂的 原因之一。5）霍尔电势温度系数在一定磁感应强度和激励电流下，温度每变化1C时，霍尔电势变化的百分 率称霍尔电势温度系数。它同时也是霍尔系数的温度系数。3.1.4霍尔元件不等位电势补偿不等位电势与霍尔电势具有相同的数量级，有时甚至超过霍尔电势，而实 用中要消除不等位电势是极其困难的，因而必须采用补偿的方法。分析不等位电 势时，可以把霍尔元件等效为一个电桥，用分析电桥

29、平衡来补偿不等位电势。 图3-4为霍尔元件的等效电路，其中A、B为霍尔电极，C、D为激励电极，电 极分布电阻分别用rl、r2、r3、r4表示，把它们看作电桥的四个桥臂。理想情 况下，电极A、B处于同一等位面上，r1= r2= r3= r4 ,电桥平衡，不等位电 势U0为0。实际上，由于A、B电极不在同一等位面上，此四个电阻阻值不相 等，电桥不平衡，不等位电势不等于零。此时可根据A、B两点电位的高低，判 断应在某一桥臂上并联一定的电阻，使电桥达到平衡，从而使不等位电势为零。 几种补偿线路如图3-5所示。图（a）、 （b）为常见的补偿电路，图（b）、（c） 相当于在等效电桥的两个桥臂上同时并联电阻

30、，图（d）用于交流供电的情况。Q*r! A丫3CDr21 1r41 11 1B1 1图3 - 4霍尔元件的等效电路(b)(c)(/图3 - 5不等位电势补偿电路3.1.5霍尔元件温度补偿霍尔元件是采用半导体材料制成的，因此它们的许多参数都具有较大的温 度系数。当温度变化时，霍尔元件的载流子浓度、迁移率、电阻率及霍尔系数都 将发生变化，从而使霍尔元件产生温度误差。为了减小霍尔元件的温度误差，除选用温度系数小的元件或采用恒温措施 外，由UH=KHIR可看出：采用恒流源供电是个有效措施，可以使霍尔电势稳定。 但也只能减小由于输入电阻随温度变化而引起的激励电流I变化所带来的影响。霍尔元件的灵敏系数KH

31、也是温度的函数，它随温度的变化引起霍尔电势的 变化。霍尔元件的灵敏度系数与温度的关系可写成KH=KHO (1+a T)(3 - 12)式中： KHO 温度TO时的KH值； T =T- TO温度变化量；a 霍尔电势温度系数。并且大多数霍尔元件的温度系数a是正值，它们的霍尔电势随温度升高而 增加(1+a T)倍。如果,与此同时让激励电流I相应地减小，并能保持KHI乘 积不变，也就抵消了灵敏系数KH增加的影响。图3 - 6就是按此思路设计的一 个既简单、补偿效果又较好的补偿电路。电路中用一个分流电阻Rp与霍尔元件的激励电极相并联。当霍尔元件的输 入电阻随温度升高而增加时，旁路分流电阻Rp自动地加强分

32、流，减少了霍尔元 件的激励电流I，从而达到补偿的目的。o图3 - 6恒流温度补偿电路在图3- 3所示的温度补偿电路中，设初始温度为TO,霍尔元件输入电阻 为RiO,灵敏系数为KH1,分流电阻为RpO,根据分流概念得IIR1 p-(3 - 13)h 0 R + Rp 0i 0当温度升至T时，电路中各参数变为Ri =Ri0 (1+6 A T)(3 - 14)Rp =Rp0 (1+p A T)(3 -15)式中：6 霍尔元件输入电阻温度系数；P 分流电阻温度系数。IRR (1+PAT) IH= RTR = R (1+血T)+R (1+6AT)pip 0i 0(3 - 17)(3 - 18)将式（3-

33、12）、（3-13）、（3-16）代入上式，经整理并略去a、0、（T）2高次项后得G-卩-a ） RR =询（3 - 19）p 0a当霍尔元件选定后，它的输入电阻RiO和温度系数6及霍尔电势温度系数 a是确定值。由式（3 - 19）即可计算出分流电阻RpO及所需的温度系数0值。 为了满足R0及0两个条件，分流电阻可取温度系数不同的两种电阻的串、并联 组合，这样虽然麻烦但效果很好。3.1.6霍尔传感器及应用1）霍尔式位移传感器霍尔元件具有结构简单、体积小、动态特性好和寿命长的优点，它不仅用 于磁感应强度、有功功率及电能参数的测量，也在位移测量中得到广泛应用。图3-7给出了一些霍尔式位移传感器的工

34、作原理图。图是磁场强度相同的两块 永久磁铁，同极性相对地放置，霍尔元件处在两块磁铁的中间。由于磁铁中间 的磁感应强度B=0，因此霍尔元件输出的霍尔电势UH也等于零，此时位移A x=0。 若霍尔元件在两磁铁中产生相对位移，霍尔元件感受到的磁感应强度也随之改 变，这时UH不为零，其量值大小反映出霍尔元件与磁铁之间相对位置的变化量。 这种结构的传感器，其动态范围可达5 mm,分辨率为0.001mm。何0)图3 - 7霍尔式位移传感器原理图a）磁场强度相同传感器；b）简单的位移传感器；c）结构相同的位移传感器2）霍尔开关式转速传感器图3-8是几种不同结构的霍尔式转速传感器。磁性转盘的输入轴与被测 转轴

35、相连，当被测转轴转动时，磁性转盘随之转动，固定在磁性转盘附近的霍 尔传感器便可在每一个小磁铁通过时产生一个相应的脉冲，检测出单位时间的 脉冲数，便可知被测转速。磁性转盘上小磁铁数目的多少决定了传感器测量转速 的分辨率。（町3)入轴，2 盘；4尔传感器1 -输入轴；2 -转盘；3 -小磁铁；4 -霍尔传感器图3 - 8几种霍尔式转速传感器的结构3）霍尔计数装置霍尔开关传感器SL3501具有较高灵敏度的集成霍尔元件，能感受到很小的 磁场变化，因而可对金属零件进行计数检测。下图是对钢球进行计数的工作示意图和电路图。当钢球通过霍尔开关传 感器时，传感器可输出峰值20 mV的负脉冲电压，该电压经运算放大

36、器（“A741） 放大后，驱动半导体三极管V（2N5812）工作，V输出端便可接计数器进行计 数，并由显示器显示检测数值。图3 - 9 霍尔计数装置工作示意图及电路图3.2卩A741型运算放大器卩741型运算放大器具有广泛的模拟应用。宽范围的共模电压和无阻塞功能 可用于电压跟随器。高增益和宽范围的工作电压特点在积分器、加法器和一般反 馈应用中能使电路具有优良性能。此外，它还具有如下特点:（1）无频率补偿要 求；（2）短路保护；（3）失调电压调零；（4）大的共模、差模电压范围；（5）低 功耗。卩741型运放双列直插封装的俯视图如图3 - 10（a）所示。紧靠缺口（有时 也用小圆点标记）下方的管脚

37、编号为1，按逆时针方向，管脚编号依次为2, 3,， 8。其中，管脚2为运放反相输入端，管脚3为同相输入端，管脚6为输出端， 管脚7为正电源端，管脚4为负电源端，管脚8为空端，管脚1和5为调零端。 通常，在两个调零端接一几十千欧的电位器，其滑动端接负电源，如图（b）所示。 调整电位器，可使失调电压为零，空端U OUT调零87+65调零 IN- IN+ U图3 - 10 卩741型运算放大器的封装图3.32N5812三极管三极管，全称应为半导体三极管，也称双极型晶体三极管，是一种电流控制 电流的半导体器件其作用是把微弱信号放大成辐值较大的电信号，也用作无触 点开关。晶体三极管按材料分有两种：锗管和

38、硅管。而每一种又有NPN和PNP两种结构形式，但使用最多的是硅NPN和锗PNP两种三极管，两者除了电源极性不同外，其工作原理都是相同的。2N5812 所用材料：SiNPN,用途及参数：=2N5812:135MHz,0 150。2N5812结构图1集电极2,基极 3 发射极第四章计数器实现4.174160N的基本介绍F图和下表分别为74160N的逻辑电路图和功能表。_LLISAECDQAQBQCQD14_L2_1 1ENPENTRCO-LOA CLR-OCLK74160N图4 - 174160N逻辑电路引脚图CLKRCDLOADEPET工作状态X0XXXm 置零T10XX预置零X1101保持X1

39、1X0保持（但C=0）T1111计数表4 - 174160N逻辑功能表4.2十进制计数器设计4.2.1 原理74160N位同步清零、同步预置的同步四位二进制计数器。74160N的逻辑符 号如图4 - 2中器件U1所示。CLR为同步清零端；LOAD为同步置数端；ENT、 ENP为计数控制器，且高电平为有效电平；D、C、B、A为预置数输入端；QDQCQBQA 为输出端，RCO为进位端，且逢十六进一。4.2.2 创建电路1）在元器件库中选中74160N，再利用同步置数LOAD构成十进制计数器， 故取清零端CLR、计数控制器ENP、ENT接高电平1 （VCC）。2）取方波信号作为时钟计数器输入。双击信

40、号发生器图标，设置电压5V， 频率为O.lKHz。3）送数段LOAD同步作用，设并行数据输入DCBA=OOOO,LOAD取QDQA的与非, 当QDQCQBQA=1001时，LOAD=0,等待下一个时钟脉冲上升沿到来，将并行数据 DCBA=0000置入计数器。4）在元件库中单击显示器件选中带译码的七段LED数码管U3。连接电路如 图 4 - 2。U274160N图4 - 274160N构成的十进制计数器4.2.3 译码显示发光二极管（LED）由特殊的半导体材料砷化镓、磷砷化镓等制成，可以单独 使用，也可以组装成分段式或点阵式LED显示器件（半导体显示器）。分段式显 示器（LED数码管）由7条线段

41、围成0 9字型，每一段包含一个发光二极管。 当外加正向电压时，大量的电子和空穴z哎扩散过程中复合，其中一部分电子从 导带跃迁导价带，把多余的能量以光的形式释放出来,便发出一定波长的可见光。 只要按规律控制各发光段的亮、灭，就可以显示各种字形或符号。半导体数码管和液晶显示器都可以用TTL和COMS集成电路直接驱动。为此, 就需要用显示译码器讲BCD代码译成数码管所需要的驱动信号，以便是数码管用 十进制数字显示出BCD代码所表示的数值。今以D、C、B、A表示显示译码器输入的BCD代码，以FaFg表示输出的7 位二进制代码，并规定用1表示数码管中线段的点亮状态，用0表示线段的熄灭 状态。则根据显示字

42、形的要求，便得到了如下所示的真值表。由表可看出，现在与每个输入代码对应饿输出不是某一根输出线上的高低电平， 而是另一个7位的代码了，所以它已经不是我们刚开始所学的那种译码器了，但 从广义上讲，都可以称为译码器。其真值表4 - 2如下：启动仿真开关，数码管循环显示0, 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9。4.3 多位计数器设计因为钢球计数的钢球数很多，所以十位进制计数器不能满足需要。这样就得 设计出多位计数器。下面是三位计数器的设计，四位及四位以后的原理相同。为了方便，可以选用带译码器集成的十进制计数芯片40110,该芯片有锁存 控制端，可对计数进行锁存。计数部分只显示锁存后的数

43、据，每锁存一次，计数 部分跳动一次，更新数据，如此反复。下图是三位计数器电路。VGG -116 -J1U3U1.:laiwfLKVCC :3E-C QC-B -7474160N74160N4I7B-QPU2沁LB远逊 EHT - -BCOENFtLKI I A QA-E； QE-C QC-B QlhEBT -EHF - BCOLK-|I A QA-E QE-c -QC-B - gx-LEJM160N:7406tH图4 - 3百位计数器译码显示电路第五章整体设计本文设计的一个实用性的钢球自动计数装置，本装置用机械化取代手工作 业，效率高、确保质量，实现了轴承装配钢球的多种规格多种功能的机械化作业

44、。 总结本文的研究工作，主要做了下面几点较突出的工作：一、通过查阅大量的相关资料，详细了解了霍尔传感器的原理，清楚地了解 了钢球自动计数的优点。二、在计数环节，应用了数电里的74160N和封装DCD-HEX译码显示元件， 让计数更为准确。三，文章给出了系统具体的检径筛选机构、分组计数机构、供球机构、控 制系统和霍尔计数装置的设计。送料仓位于机壳内由电机驱动凸轮连杆使其上下 移动，所有机构设置在固定机壳一侧的支架板上，检径筛选机构的钢球通道上端 与送料仓连通，下端与供球机构连接。四，在这次毕业设计的过程中学会了 Mul tisim 2001的基本使用，感到 Mul tisim 2001对本专业来

45、说也是电子设计中不可或缺的一个工具。五，通过这次毕业设计，重新复习并进一步学习了传感器；熟练掌握了 WORD 软件的使用。六，存在缺陷：在第二章的送料和检径方面有些问题。本设计的最终原理图：图5 - 1钢球自动计数原理图本图所画只能计数十个，可以把本图的计数部分改为百位或更高，来满足钢 球计数的需要。致谢再回首时才觉得时光飞逝，美好而又令人留恋的大学生活就这样接近尾声 了。现在回忆起刚进大学校门的时候就像在昨天一样，不免有些感伤和失落。不 过四年的时光里我也学到了很多东西，我的四年没有浪费，一直过的都很充实， 在接下来的工作中相信我还会继续努力的。在这将要离别的时刻令我记忆深刻的 可能就是做毕

46、业设计的这段时间了。首先要感谢的是我的指导教师许卫星老师。在毕业设计和撰写毕业论文的过 程中，他给了我莫大的指导和支持，无论从毕业设计的实施、论文选题，还是到 收集资料、论文成稿，都倾注了许卫星老师的心血。由衷感谢许卫星老师在毕业 指导及各方面所给予我的关心，以及从言传身教中学到的为人品质和道德情操。 许卫星广博的学识、严谨的治学作风、诲人不倦的教育情怀和对事业的忠诚，必 将使我终身受益，并激励我勇往直前。在此，谨向郭老师致以诚挚的谢意。参考文献1 赵玉刚 岳东传感器基础M.中国林业出版社.2006年.2 康华光，电子技术基础M,高等教育出版社，2006年3 岳关源 罗先觉，电路M,高等教育出

47、版社，2006年4 唐文彦，传感器M,机械工业出版社，2006年5 金篆芷 王明时，现代传感器技术M.北京：电子工业出版社，1995.6 张国雄 金篆芷，测控电路M,北京：机械工业出版社，2001.7 徐同举，新型传感器基础M,北京：机械工业出版社19878 单成祥，传感器的理论与设计基础及其应用M,北京；国防工业出版社，19999 王庆有，CCD应用技术M,天津：天津大学出版社，200010 何希才，传感器及其应用电路M,北京：电子工业出版社，199811 阎石，数字电子技术基础M,北京：高等教育出版社，2006.512 蒋卓勤邓玉元，Mnltism 2001及其在电子设计中的应用M,西安：

48、西安 电子科技大学出版社，2003.1013 张玉 刘平，几何量公差与测量技术M,沈阳：东北大学出版社，199914 刘鸿文，材料力学M,北京：高等教育出版社，199115 孙恒 陈作模，机械原理M,北京：高等教育出版社，199316 张洪润传感器技术大全（上册）.北京:北京航天航空大学出版社，200717 朱蕴璞，孔德仁，王芳传感器原理及应用北京：国防工业出版社，200718 刘广玉 等，新型传感器技术及应用M,北京；北京航空航天大学出版社，199519 吴东鑫，新型实用传感器应用指南M,北京：电子工业出版社，199820 J. Dakin, B.Culshaw .Op ti cal fiber sensors: applica tio ns, analysisand future trends. Artech House MA, USA,1997