职业技术学院
课程设计
基于霍尔传感器钢球自动计数装置的设计与制作
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2011年5月
摘要
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：放大器uA741，三极管2N5812，UGN-3501T霍尔传感器，74160N
目录
一钢球自动计数装置基本介绍和实用电路
1.1 霍尔传感器及部分元件的基本介绍 (5)
①霍尔效应 (5)
②霍尔元件基本结构 (6)
③霍尔元件基本特性 (7)
④霍尔元件不等位电势补偿 (8)
⑤霍尔元件温度补偿 (10)
⑥霍尔传感器基本应用 (11)
⑦A741型运算放大器 (13)
⑧2N5812三极管 (14)
二钢球自动计数装置电路的计数器实现
2.1 74160N的基本介绍 (15)
2.2十进制计数器设计 (16)
①原理 (16)
②创建电路 (17)
三课程设计总结 (18)
四参考文献 (19)
一 钢球自动计数装置基本介绍和实用电路
1.1霍尔效应
图1.1霍尔效应动画演示
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。
霍尔电压U H 为： 式中
n —载流子数浓度
e —电子电量 KH —霍尔元件灵敏度
KH ＝1/ned
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。锑化铟IB K ned
IB U H H ==
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 1- 2 为常用国产霍尔元件的技术参数。
表1 –2常用国产霍尔元件的技术参数
1.2霍尔元件基本结构
霍尔元件的结构很简单, 它由霍尔片、引线和壳体组成, 如图1 -3(a)所示。霍尔片是一块矩形半导体单晶薄片，引出四个引线。1、1′两根引线加激励电压或电流，称为激励电极；2、2′引线为霍尔输出引线，称为霍尔电极。霍尔元件壳体由非导磁金属、陶瓷或环氧树脂封装而成。在电路中霍尔元件可用两种符号表示，如图1- 3(b)所示。
图1– 3 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。
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10℃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20℃±5℃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:
① 霍尔电极安装位置不对称或不在同一等电位面上;
② 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; ③ 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
00H
U r I 式中: 0U ——不等位电势;
0r ——不等位电阻;
H I ——激励电流。
r所产生由上式可以看出, 不等位电势就是激励电流流经不等位电阻
的电压。
图1-4 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, 还有一直流电势, 称寄生直流电势。其产生的原因有:
①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;
②两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 1mV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1℃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。
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，用分析电桥平衡来补偿不等位电势。图1-5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r1、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1-6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，图（d）用于交流供电的情况。
图 1 –5 霍尔元件的等效电路
图 1 –6 不等位电势补偿电路
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=KH0（1+αΔT）
式中: KH0 ——温度T0时的KH值;
ΔT =T- T0——温度变化量;
α——霍尔电势温度系数。
并且大多数霍尔元件的温度系数α是正值, 它们的霍尔电势随温度升高而增加（1+αΔT）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 1–7 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自动地加强分流, 减少了霍尔元件的激励电流I, 从而达到补偿的目的。
图 1 –7 恒流温度补偿电路
在图 1- 4 所示的温度补偿电路中, 设初始温度为T0, 霍尔元件输入电阻为Ri0, 灵敏系数为KH1, 分流电阻为Rp0, 根据分流概念得
0000p H p i IR I R R =+
当温度升至T 时, 电路中各参数变为
Ri =Ri0（1+δΔT ）
Rp =Rp0（1+βΔT ）
式中: δ——霍尔元件输入电阻温度系数;
β——分流电阻温度系数。
则
()()()0
00
111p p H
p i p i T I T T IR R I R R R R ββδ+?==++?++?
0H H U U =
00H H H H B B K I K I = 00
H H H H K I K I = 将上式经整理并略去α、β、 (ΔT)2高次项后得
()00i p a a R R δβ--=
当霍尔元件选定后, 它的输入电阻Ri0和温度系数δ及霍尔电势温度系数α是确定值。由上式可计算出分流电阻Rp0及所需的温度系数β值。为了满足R0及β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。
1.6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，该电压经运算放大器(μA741) 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1 –8 霍尔计数装置工作示意图及电路图
1.7 μA741型运算放大器
μA741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。
μA741型运放双列直插封装的俯视图如图1 - 9(a)所示。紧靠缺口（有时也用小圆点标记）下方的管脚编号为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，
U +U -
IN -87651234-+
IN +OUT 调零
调零空端+-+2
3
15467U
+U -
图 1 – 9 μA741型运算放大器的封装图
1.8 2N5812三极管
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：Si-NPN,用途及参数：=2N5812:>135MHz, β>150。
图 1 – 10 2N5812结构图
二钢球自动计数装置电路的计数器实现
2.1 74160N的基本介绍
图 2 – 1 74160N逻辑电路引脚图
CLK RCD LOAD EP ET 工作状态
X 0 X X X 置零
↑ 1 0 X X 预置零
X 1 1 0 1 保持
X 1 1 X 0 保持（但C=0）
↑ 1 1 1 1 计数
表 2 –2 74160N逻辑功能表
2.2十进制计数器设计
2.2-1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。
2.2-2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。双击信号发生器图标，设置电压5V，频率为0.1KHz。
3）送数段LOAD同步作用，设并行数据输入DCBA=0000,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 。
图 4 – 2 74160N构成的十进制计数器
图 5 – 1 钢球自动计数原理图
三课程设计总结
首先要感谢的是我们的指导教师XX老师。在课程设计和撰写的过程中，他给了我们莫大的指导和支持，无论从课程设计的实施、选题，还是到收集资料、成稿，都倾注了XX老师的心血。由衷感谢XX老师在课程指导及各方面所给予我们的关心，以及从言传身教中学到的为人品质和道德情操。XX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，必将使我们终身受益，并激励我们勇往直前。在此，谨向老师致以诚挚的谢意。
四参考文献
《传感器与自动检测》自己可搜素些
. 传感器原理及应用期末课程设计题目基于霍尔传感器的转速测量电路设计 姓名小波学号8888888888 院（系）电子电气工程学院 班级清华大学——电子信息 指导教师牛人职称博士后 二O一一年七月十二日
摘要：转速是发动机重要的工作参数之一,也是其它参数计算的重要依据。针对工业上常见的发动机设计了以单片机STC89C51为控制核心的转速测量系统。系统利用霍尔传感器作为转速检测元件，并利用设计的调理电路对霍尔转速传感器输出的信号进行滤波和整形,将得到的标准方波信号送给单片机进行处理。实际测试表明,该系统能满足发动机转速测量要求。 关键词：转速测量，霍尔传感器，信号处理，数据处理
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器直接清零；CR置低电平则执行其它功能。当CR为低电平，置数端LD也为低电平时，数据直接从置数端D0、D1、D2、D3 置入计数器。 当CR为低电平，LD为高电平时，执行计数功能。执行加计数时，减计数端CPD 接高电平，计数脉冲由CPU 输入；在计数脉冲上升沿进行8421 码十进制加法计数。执行减计数时，加计数端CPU接高电平，计数脉冲由减计数端CPD 输入，表5－9－2为8421 码十进制加、减计数器的状态转换表。加法计数表5－9－ 减计数 2、计数器的级联使用 一个十进制计数器只能表示0～9十个数，为了扩大计数器范围，常用多个十进制计数器级联使用。 同步计数器往往设有进位（或借位）输出端，故可选用其进位（或借位）输出信号驱动下一级计数器。 图5－9－2是由CC40192利用进位
半导体薄片置于磁感应强度为 B 的磁场中，磁场方向垂直于薄片，如图所示。当有电流 I 流过薄片时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势 EH ，这种现象称为霍尔效应，该电动势称为霍尔电势，上述半导体薄片称为霍尔元件。 原理简述如下：激励电流 I 从 a 、 b 端流入，磁场 B 由正上方作用于薄片，这时电子 e 的运动方向与电流方向相反，将受到洛仑兹力 FL 的作用，向内侧偏移，该侧形成电子的堆积，从而在薄片的 c 、 d 方向产生电场 E 。电子积累得越多， FE 也越大，在半导体薄片 c 、 d 方向的端面之间建立的电动势 EH 就是霍尔电势。 由图可以看出，流入激励电流端的电流 I 越大、作用在薄片上的磁场强度B 越强，霍尔电势也就越高。磁场方向相反，霍尔电势的方向也随之改变，因此霍尔传感器能用于测量静态磁场或交变磁场。 半导体薄片置于磁感应强度为 B 的磁场中，磁场方向垂直于薄片，如图所示。当有电流 I 流过薄片时，在垂直于电流和磁场的方向上将产生电动势 EH ，这种现象称为霍尔效应，该电动势称为霍尔电势，上述半导体薄片称为霍尔元件。 原理简述如下：激励电流 I 从 a 、 b 端流入，磁场 B 由正上方作用于薄片，这时电子 e 的运动方向与电流方向相反，将受到洛仑兹力 FL 的作用，向内侧偏移，该侧形成电子的堆积，从而在薄片的 c 、 d 方向产生电场 E 。电子积累得越多， FE 也越大，在半导体薄片 c 、 d 方向的端面之间建立的电动势 EH 就是霍尔电势。 由图可以看出，流入激励电流端的电流 I 越大、作用在薄片上的磁场强度B 越强，霍尔电势也就越高。磁场方向相反，霍尔电势的方向也随之改变，因此霍尔传感器能用于测量静态磁场或交变磁场。
霍尔元件应用 霍尔元件之作用原理也就是霍尔效应，所谓霍耳效应如图1 所示，系指将电流I 通至一物质，并对与电流成正角之方向施加磁场B 时，在电流与磁场两者之直角方向所产生的电位差V 之现象。此电压是在下列情况下所产生的，有磁场B 时，由于弗莱铭(Fleming)左手定则，使洛仁子力(即可使流过物质中之电子或正孔向箭头符号所示之方向弯曲的力量：(Lorentz force)发生作用，而将电子或正孔挤向固定输出端子之一面时所产生。电位差V 之大小通常决定于洛仁子力与藉所发生之电位差而将电子或正孔推回之力(亦即前者之力等于后者之力)，而且与电流I 乘以磁场B 之积成比例。比例常数为决定于物质之霍耳常数除以物质在磁场方向之厚度所得之值。 图1 霍尔组件之原理 在平板半导体介质中，电子移动（有电场）的方向，将因磁的作用（有磁场），而改变电子进的方向。电场与磁场互相垂直时，其传导的载子（电子或电），将集中于平板的上下两边，因而形成电位差存在的现象。该电位差即霍尔 电压（霍尔电压）在实际的霍尔组件中，一般使用物质中之电流载子为电子的N 型半导体材料。将一定之输入施加至霍尔组件时之输出电压，利用上述之关系予以分析时，可以获致下列的结论：(1) 材料性质与霍尔系数乘以电子移动度之积之平方根成正比。(2) 材料之形状与厚度之平方根之倒数成正比。由于上述关系，实际的霍尔组件中，可将霍尔系数及电子移动度大的材料加工成薄的十字形予以制成。 图2 系表示3～5 端子之霍尔组件的使用方法，在三端子霍尔元件之输出可以产生输入端子电压之大致一半与输出信号电压之和的电压，而在四端子及五端子霍尔组件中，在原理上虽然可以免除输入端子电压的影响，但实际上即使
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《传感器及应用》 霍尔传感器制作实训报告 班级08152学号31 姓名陈红杰时间2009-2010第二学期项目名称霍尔传感器电路制作与 指导老师张教雄谢应然调试 一、实验目的与要求： 1.对霍尔传感器的实物（电路部分）进行一个基本的了解。 2.了解双层PCB板以及一定（霍尔传感器）的焊接排版的技术和工艺。 二、实验仪器、设备与材料： 1.认识霍尔传感器（电路部分）的元件（附图如下）： 2.焊接电路PCB板（双层）和对电路设计的排版工艺的了解。 3.对霍尔传感器的电路原理图进行基本的分析（附图如下）：
实验开始，每组会得到分发的元件，我先由霍尔传感器的电路原理图开始分析，将每个元件插放好位置，这点很重要，如果出了问题那么会使电路不能正常工作，严重的还有可能导致电路元件受损而无法恢复。所以我先由霍尔传感器的电路原理图开始着手，分析清楚每个元件的指定位置，插放好了之后再由焊接，最后要把多余的脚剪掉。 整个电路的元件除了THS119是长脚直插式元件之外，其余的元件均为低位直插或者贴板直插。 焊接的过程中，所需要注意的事情就是不能出现虚焊脱焊或者更严重的烙铁烫坏元件的表壳封装损坏印制电路板等。这些都是在焊接的整个过程中要注意的事情。 比如，焊接三端稳压管7812时，要考虑到电路板的外壳封装和三端稳压管7812的散热问题，如果直插焊接的话那么就会放不进塑料外壳里，还有直插没有折引脚的话对三端稳压管7812的散热影响很大。综合这些因素再去插放焊接元件，效果会好很多。 又比如，焊接THS119的时，原本PCB板在设计的时已经排好版了，就是在TL082的背面插放THS119。这样的设计很巧妙，能够保证每一个THS119插进去焊接完了之后都能很好地与塑料外壳严密配合安放进去。因为这是利用了IC引脚与PCB板的间距来实现定距离的，绝不会给焊接带来任何麻烦。 最后，顺便提及一下，在保证能将每一个元件正确地焊接在印制电路板上的前提条件下要尽量将元件插放焊接得美观。 五、实验心得体会 （1）首先，从整个霍尔传感器来看，设计的电路的合理性，元件的选用，还有焊接的制作工艺是保证整个电路能正常工作前提。 （2）在学习电子电路的过程中，急需有一个过度期，焊接霍尔传感器电路的过程当中就会得到一个这样的练习。 （3）简单的说就是，拿到一张电路原理图未必做得出一个比较好的产品，这里需要对整个电路设计的元件参数的考虑和排版，元件插放等等。只有将这些问题逐一解决了，才能做好一个电路，也只有这样才能做好一个产品。 （4）霍尔电压随磁场强度的变化而变化，磁场越强，电压越高，磁场越弱，电压越低。霍尔电压值很小，通常只有几个毫伏，但经集成电路中的放大器放大，就能使该电压放大到足以输出较强的信号。若使霍尔集成电路起传感作用，需要用机械的方法来改变磁场强度。 六、实验收获 从拿到第一个元件开始，我仍然没有太多的收获，直到开始分析整个电路原理图的时候才慢慢开始了解到一些确实精巧的设计，可以说是独具匠心，到整个霍尔传感器电路完成之后才算是明白了一二。 在此，我具体地说说。首先，为什么不用一个普通的稳压管替代Z2这个精密稳压集成电路TL431呢？我查阅相关资料知道它的温度范围宽能在 区间工作。将其的R、C脚并焊再串上一个电阻来等效代替电
基于QuartusII的同步计数器设计 目录 一、软件及语言概述 二、实验设计 三、学习感悟 四、参考文献 一、软件及语言概述 1.1软件介绍： Quartus II是Altera公司在21 世纪初推出的FPGA/CPLD开发环境，是Altera前一代FPGA/CPLD集成开发环境MAX+PLUS II的更新换代产品，其优点是功能强大、界面友好、使用便捷。它支持原理图、VHDL、VerilogHDL以及AHDL 等多种设计输入形式，内嵌自有的综合器以及仿真器，可以完成从设计输入到硬件配置的完整PLD设计流程。Quartus II支持Altera的IP内核，包含了 LPM/MegaFunction宏功能模块库，使用户可以充分利用成熟的模块，简化了设计的复杂性，加快了设计速度。此外，Quartus II通过和DSP Builder工具与Matlab/Simulink的相结合，可以方便的实现各种DSP应用系统；支持Altera 的片上可编程系统开发，集系统设计、嵌入式软件开发。可编程逻辑设计于一体，是一个综合性的开发平台。 Quartus II有严格的设计流程，分为设计输入与约束、分析和综合、布局布线、仿真及编程与配置等。本次仿真设计所用到的版本为Quartus II 9.0，其用户界面如下图所示： 1.2 Verilog HDL语言概述: Verilog HDL即Verilog硬件描述语言，它主要应用于数字电路和系统设计、数字电路和系统仿真等，即利用计算机和相关软件对用Verilog HDL等硬件语言建模的复杂数字逻辑电路设计进行仿真验证，再利用综合软件将设计的数字电路自动综合，以得到符合功能需求并且在相应的硬件电路结构上可以映射实现的数字逻辑网表，然后布局布线，根据网表和选定的实现器件工艺特性自动生成具体电路，同时软件生成选定器件的延时模型，经过仿真验证确定无误后写入器件中，最终实现电路设计。Verilog HDL语言不仅定义了语法而且对每个语法结构都定义了清晰的模拟、仿真语义。因此用这种语言编写的模型能够使用Verilog仿真
一、霍尔电流电压传感器、变送器的基本原理与使用方法 1．霍尔器件 霍尔器件是一种采用半导体材料制成的磁电转换器件。如果在输入端通入控 制电流I C ，当有一磁场B穿过该器件感磁面，则在输出端出现霍尔电势V H 。 如图1－1所示。 霍尔电势V H 的大小与控制电流I C 和磁通密度B的乘积成正比，即：V H ＝K H I C Bsin Θ 霍尔电流传感器是按照安培定律原理做成，即在载流导体周围产生一正比于该电流的磁场，而霍尔器件则用来测量这一磁场。因此，使电流的非接触测量成为可能。 通过测量霍尔电势的大小间接测量载流导体电流的大小。因此，电流传感器经过了电－磁－电的绝缘隔离转换。 2．霍尔直流检测原理 如图1－2所示。由于磁路与霍尔器件的输出具有良好的线性关系，因此霍尔 器件输出的电压讯号U 0可以间接反映出被测电流I 1 的大小，即：I 1 ∝B 1 ∝U 我们把U 0定标为当被测电流I 1 为额定值时，U 等于50mV或100mV。这就制成 霍尔直接检测（无放大）电流传感器。
3．霍尔磁补偿原理 原边主回路有一被测电流I1，将产生磁通Φ1，被副边补偿线圈通过的电流I2所产生的磁通Φ2进行补偿后保持磁平衡状态，霍尔器件则始终处于检测零磁通的作用。所以称为霍尔磁补偿电流传感器。这种先进的原理模式优于直检原理模式，突出的优点是响应时间快和测量精度高，特别适用于弱小电流的检测。霍尔磁补偿原理如图1－3所示。 从图1－3知道：Φ 1＝Φ 2 I 1N 1 ＝I 2 N 2 I 2＝N I /N 2 ·I 1 当补偿电流I 2流过测量电阻R M 时，在R M 两端转换成电压。做为传感器测量电 压U 0即：U ＝I 2 R M 按照霍尔磁补偿原理制成了额定输入从0.01A～500A系列规格的电流传感器。 由于磁补偿式电流传感器必须在磁环上绕成千上万匝的补偿线圈，因而成本增加；其次，工作电流消耗也相应增加；但它却具有直检式不可比拟的较高精度和快速响应等优点。 4．磁补偿式电压传感器 为了测量mA级的小电流，根据Φ 1＝I 1 N 1 ，增加N 1 的匝数，同样可以获得高磁 通Φ 1 。采用这种方法制成的小电流传感器不但可以测mA级电流，而且可以测电压。 与电流传感器所不同的是在测量电压时，电压传感器的原边多匝绕组通过串 联一个限流电阻R 1，然后并联连接在被测电压U 1 上，得到与被测电压U 1 成比 例的电流I 1 ，如图1－4所示。
常用霍尔元件封装图以及霍尔元件对应型号和霍尔的应用 三脚插片封装是霍尔元件常用的一种封装形式，它的英文简称是 TO-92或 者SlP-3。三脚插片封装都有标准尺寸，在厚度上会有细微的厚薄之分，但不影 响使用。常用的三脚插片封装霍尔元件型号有 YS4仆.YS43F,YS44E,YS188,YS282 等等。单极，双极锁存，全极性霍尔所用三脚插片封装形式最多，可用于无刷电 机，速度检测，家用电器，玩具设备，便携式电子等所有工控领域。 霍尔三脚插片 TO-92/SIP-3 封装图 管腿说明：1?电源2.地3?输出
霍尔三脚贴片SOT-23封装图 霍尔元件封装形式中的三脚贴片封装（SOT-23）是一种小型化的封装，它 的封装体积有大有小，贴片封装相比插片封装在安装上更便捷，也更节省人工。 常用的霍尔元件三脚贴片封装型号有： YS39E,YS1254,YS3254,YS282等。
霍尔四脚贴片 SOT-23-4封装图 狂9±口】 OE IE 0 方 霍尔元件四脚贴片（SOT-23-4）封装形式，这种封装形式的霍尔有四个管脚， 双输入，双输出。四脚贴片霍尔常用型号有： HG-106C,HG106A,HG166A,HW101A,HW108A 等等,并且以线性霍尔元件居多。 主要用于磁场检测，仪器仪表，电流传感器等。 一样接 F?ning _ ? ■;jFζκ; fc / 1-, 続 ,J 入力“ InPUt B) ■ ????g - 厂士 04 F≡= ∣?∣ L∩ ■ 0~0?1
霍尔四脚插片DIP-4封装图 霍尔元件四脚插片（ DIP-4）封装形式，四脚插片霍尔常用 型号有： HG-302C,HG-302A,HG-362A,HW-300B,HW-302B,HW-322B 等等,四脚插片封装 是双输入，双输出。以线性霍尔元件居多。 HG 系列四脚霍尔主要用于恒流源， HW 系列四脚霍尔主要用于恒压源。多用于电流传感器，高斯计等磁检测产品中。 1 ---- - Γ M -?≡- NE b□ — Γ M r 熾一 接続 Pinning 入力 InPUt 出力 OUtPUt ??fc? ■ " ??, ? ? 4(+) _ _ 0.95-EJ 汁 02
实验四：计数器的设计 实验室：信息楼247 实验台号： 4 日期： 专业班级：机械1205 姓名：陈朝浪学号： 20122947 一、实验目的 1. 通过实验了解二进制加法计数器的工作原理。 2. 掌握任意进制计数器的设计方法。 二、实验内容 （一）用D触发器设计4位异步二进制加法计数器 由D触发器组成计数器。触发器具有0和1两种状态，因此用一个触发器 就可以表示1位二进制数。如果把n个触发器串起来，就可以表示N位二进制 数。（用两个74LS74设计实现） （二）利用74LS161设计实现任意进制的计数器 设计要求：学生以实验台号的个位数作为所设计的任意进制计数器。 先熟悉用1位74LS161设计十进制计数器的方法。 ①利用置位端实现十进制计数器。 ②利用复位端实现十进制计数器。 提示：设计任意计数器可利用芯片74LS161和与非门设计，74LS00为2输 入与非门，74LS30为8输入与非门。 74LS161为4位二进制加法计数器，其引脚图及功能表如下。
三、实验原理图 1.由4个D触发器改成的4位异步二进制加法计数器 2.由74LS161构成的十进制计数器
四、实验结果及数据处理 1.4位异步二进制加法计数器实验数据记录表 2. 画出你所设计的任意进制计数器的线路图，并说明设计思路。
设计思路：四进制为四个输出Q3Q2Q1Q0=0000,0001,0010,0011循环，第一个无效状态为0100 1，置位法设计四进制计数器：当检测到输入为0011时，先输出显示3，然后再将D 置于低电位，计数器输出Q3Q2Q1Q0复位。 2，复位法设计四进制计数器：当检测到第一个无效状态0100时，通过与非门的反馈计数器的Cr首先置于低电平使计数器复位为0000。 五、思考题 1. 由D触发器和JK触发器组成的计数器的区别? 答：D触发器是cp上升沿触发，JK触发器是下降沿触发。 2. 74LS161是同步还是异步，加法还是减法计数器? 答：同步。加法计数器。 3. 设计十进制计数器时将如何去掉后6个计数状态的? 答：加一个与非门形成负反馈。当计数到第一个无效状态Q3Q2Q1Q0==1010时，Q3和Q1全为1，Q1，Q3接与非门，输出作为复位信号，使所有触发器复位，从而去掉了后6个状态。
数字电路与逻辑设计实验报告实验七计数器的设计 ：黄文轩 学号：17310031 班级：光电一班
一、实验目的 熟悉J-K触发器的逻辑功能，掌握J-K触发器构成异步计数器和同步计数器。 二、实验器件 1.数字电路实验箱、数字万用表、示波器。 2.虚拟器件: 74LS73，74LS00, 74LS08, 74LS20 三、实验预习 1. 复习时序逻辑电路设计方法 ①根据设计要求获得真值表 ②画出卡诺图或使用其他方式确定状态转换的规律 ③求出各触发器的驱动方程 ④根据已有方程画出电路图。 2. 按实验内容设计逻辑电路画出逻辑图 Ⅰ、16进制异步计数器的设计 异步计数器的设计思路是将上一级触发器的Q输出作为下一级触发器的时钟信号，置所有触发器的J-K为1，这样每次到达时钟下降沿都发生一次计数，每次前一级 触发器从1变化到0都使得后一级触发器反转，即引发进位操作。 画出由J-K触发器组成的异步计数器电路如下图所示：
使用Multisim仿真验证电路正确性，仿真图中波形从上到下依次是从低位到高位 触发器的输出，以及时钟信号。： 可以看出电路正常执行16进制计数器的功能。 Ⅱ、16进制同步计数器的设计 较异步计数器而言，同步计数器要求电路的每一位信号的变化都发生在相同的时间点。
因此同步计数器各触发器的时钟脉冲必须是同一个时钟信号，这样进位信息就要放置在J-K 输入端，我们可以把J-K端口接在一起，当时钟下降沿到来时，如果满足进位条件(前几位触发器输出都为1)则使JK为1，发生反转实现进位。 画出由J-K触发器和门电路组成的同步计数器电路如下图所示 使用Multisim仿真验证电路正确性，仿真图中波形从上到下依次是从低位到高位触发器的输出，计数器进位输出，以及时钟信号。：
两种霍尔传感器的工作原理 霍尔电流传感器是根据霍尔原理制成的.它有两种工作方式,即磁平衡式和直式.霍尔电流传感器一般由原边电路、聚磁环、霍尔器件、(次级线圈)和放大电路等组成. 1 直放式电流传感器(开环式) 众所周知,当电流通过一根长导线时,在导线周围将产生一磁场,这一磁场的大小与流过导线的电流成正比,它可以通过磁芯聚集感应到霍尔器件上并使其有一信号输出.这一信号经信号放大器放大后直接输出,一般的额定输出标定为4V. 2 磁平衡式电流传感器(闭环式) 磁平衡式电流传感器也称补偿式传感器,即主回路被测电流Ip在聚磁环处所产生的磁场通过一个次级线圈,电流所产生的磁场进行补偿,从而使霍尔器件处于检测零磁通的工作状态。 磁平衡式电流传感器的具体工作过程为:当主回路有一电流通过时,在导线上产生的磁场被聚磁环聚集并感应到霍尔器件上,所产生的信号输出用于驱动相应的功率管并使其导通,从而获得一个补偿电流Is.这一电流再通过多匝绕组产生磁场,该磁场与被测电流产生的磁场正好相反,因而补偿了原来的磁场,使霍尔器件的输出逐渐减小.当与I H与匝数相乘与“原边电流与匝数相乘”所产生的磁场相等时, I H不再增加,这时的霍尔器件起指示零磁通的作用,此时可以通过I H来平衡.被测电流的任何变化都会破坏这一平衡.一旦磁场失去平衡,霍尔器件就有信号输出.经功率放大后,立即就有相应的电流I H流过次级绕组以对失衡的磁场进行补偿.从磁场失衡到再次平衡,所需的时间理论上不到1μs,这是一个动态平衡的过程。
工作原理主要是霍尔效应原理. 一、以零磁通闭环产品原理为例: 1、当原边导线经过电流传感器时，原边电流 IP 会产生磁力线，原边磁力线集中在磁芯气隙周围，内置在磁芯气隙中的霍尔电片可产生和原边磁力线成正比的，大小仅为几毫伏的感应电压，通过后续电子电路可把这个微小的信号转变成副边电流IS，并存在以下关系式：IS* NS= IP*NP 其中，IS—副边电流；IP—原边电流；NP—原边线圈匝数；NS—副边线圈匝数； NP/NS—匝数比，一般取 NP=1。 电流传感器的输出信号是副边电流IS，它与输入信号（原边电流IP）成正比，IS 一般很小，只有 10~400mA。如果输出电流经过测量电阻 RM，则可以得到一个与原边电流成正比的大小为几伏的电压输出信号。 2、传感器供电电压 VA VA 指电流传感器的供电电压，它必须在传感器所规定的范围内。超过此范围，传感器不能正常工作或可靠性降低，另外，传感器的供电电压VA又分为正极供电电压VA+和负极供电电压VA-。要注意单相供电的传感器，其供电电压VAmin是双相供电电压VAmin的2倍，所以其测量范围要相供高于双电的传感器。 3、测量范围 Ipmax 测量范围指电流传感器可测量的最大电流值，测量范围一般高于标准额定值 IPN。二、电流传感器主要特性参数1、标准额定值 IPN 和额定输出电流 ISN IPN 指电流传感器所能测试的标准额定值，用有效值表示（A.r.m.s），IPN 的大小与传感器产品的型号有关。ISN指电流传感器额定输出电流，一般为10~400mA，当然根据某些型号具体可能会有所不同。 2、偏移电流 ISO 偏移电流也叫残余电流或剩余电流，它主要是由霍尔元件或电子电路中运算放大器工作状态不稳造成的。电流传感器在生产时，在25℃，IP=0时的情况下，偏移电流已调至最小，但传感器在离开生产线时，都会产生一定大小的偏移电流。产品技术文档中提到的精度已考虑了偏移电流增加的影响。 3、线性度 线性度决定了传感器输出信号（副边电流IS）与输入信号（原边电流IP）在测量范围内成正比的程度。 4、温度漂移 偏移电流ISO是在25℃时计算出来的，当霍尔电极周边环境温度变化时，ISO会产生变化。因此，考虑偏移电流ISO的最大变化是很重要的，其中，IOT是指电流传感器性能表中的温度漂移值。5、过载电流传感器的过载能力是指发生电流过载时，在测量范围之外，原边电流仍会增加，而且过载电 流的持续时间可能很短，而过载值有可能超过传感器的允许值，过载电流值传感器一般测量不出来，但不会对传感器造成损坏。
一种霍尔电流传感器的电路设计 设计了一种零磁通型霍尔电流传感器，可广泛应用于交流变频驱动、焊接电源、开关电源、不间断电源等领域。该零磁通型霍尔电流传感器通过砷化镓霍尔元件检测由通电电流产生的磁场，继而有效地检测被测电流。 由于霍尔元件产生的霍尔电势很微弱，而且还存在较大的失调电压，因此对霍尔电压的放大和对不等位电势的补偿是该设计的两个主要需要解决的问题，而且霍尔元件中载流子浓度等随温度变化而变化，因此还需用温度补偿电路对其温度补偿。 1 系统设计框架 系统分为4个部分：1)霍尔元件的供电电路，由电压基准(电流基准)芯片为霍尔片提供工作电流； 2)霍尔元件及磁芯，将感应片感应的磁场(该磁场由通电电流产生)转化为霍尔电压；3)放大电路，将微弱的霍尔电压进行放大；4)反馈部分，利用了磁平衡原理：一次侧电流所产生的磁场，通过二次线圈电流进行补偿，使磁芯始终处于零磁通工作状态。其系统总流程图如图1所示。 2 系统硬件电路设计 系统由±5 V的稳压源供电。用一片电压基准芯片REF3012为砷化镓系列的霍尔元件HW300B提供基准电压。HW300B是一款可采用电压模式供电和电流模式供电的霍尔元件，HW300B放在开有气隙的集磁环的气隙里，并用胶水加以固定(霍尔元件和集磁环相对位置如果发生变化，会影响产生的霍尔电势的大小)。霍尔元件的输出接至仪器放大器AD620，作为放大器的差模出入端和共模输入端。放大器的增益可通过调节1、8引脚之间的10 kΩ的电位器改变。放大器的输出接反馈线圈，该反馈线圈绕在集磁环上，其绕线方向能使通过它的电流产生的磁场与集磁环收集到的磁场方向相反。反馈线圈末端放1个75 kΩ的精阻接地，可以通过测量精阻两端的电压，计算反馈线圈中的电流，进而推算穿过集磁环中心的被测电流的大小。其具体电路图如图2所示。 2．1 REF3012 以SOT23-3封装的REF3012是一个高精度、低功耗、低电压差电压参考系列芯片。REF3012小尺寸和低功耗(最大50μA)非常适用于便携式和电池供电。它不需要负载电容，但对任何容性负载很稳定。因磁敏型霍尔元件很容易受温度的影响，可以采用恒流源供电以减小其温度系数。在该系统设计中，REF3012的输入引脚1接+5 V电源，并接10μF的旁路电容至地，该旁路电容对电源进行滤波，提高电源稳定性。而其输出引脚2接到HW300B的引脚1，并且也接1O μF的旁路电容至地，GND(地)引脚3接地。由于系统设计要求REF3012为HW300B提供2．5 V的基准电压，根据REF3012的数据资料可知，当输入电压为5 V 时，输出电压为2．5 V，所以REF3012引脚1接+5 V电压。 2．2 霍尔元件 本设计采用砷化镓系列的HW300B型霍尔元件，输出霍尔电压范围122～204mV，输入、输出阻抗为240～550 Ω，补偿电压为-7～7 mV，温度系数为-1．8％／℃。其输入可采用电压模式供电，也可采用电流模式供电。这里采用电压模式供电，即就是HW300B的引脚1、3为控制输入端，而引脚2、4为霍尔电压输出端。 霍尔元件是将磁场转换为电信号的线性磁敏元件，霍尔输出电压 式中，S为乘积灵敏度，mV／(mT·mA)；Ic为工作电流，mA；B为磁感应强度，mT。 本设计中，将霍尔元件放进开有气隙的集磁环的气隙里，并将霍尔元件和集磁环固定，这样可以感应出更大、更稳定的霍尔电势。式(1)中，当S与Ic一定，则Vh与B有直接线性关系。通电导体周围必然产生磁场，根据安培定律，电流与磁场的关系式∮BdI=μ0I0得：
实验五计数器的设计——实验报告 邱兆丰 15331260 一、实验目的和要求 1．熟悉JK触发器的逻辑功能。 2．掌握用JK触发器设计同步计数器。 二、实验仪器及器件 1、实验箱、万用表、示波器、 2、74LS73，74LS00，74LS08，74LS20 三、实验原理 1．计数器的工作原理 递增计数器----每来一个CP，触发器的组成状态按二进制代码规律增加。递减计数器-----按二进制代码规律减少。 双向计数器-----可增可减，由控制端来决定。 2．集成J-K触发器74LS73 ⑴符号： 图1 J-K触发器符号
⑵功能： 表1 J-K触发器功能表 ⑶状态转换图： 图2 J-K触发器状态转换图
⑷特性方程： ⑸注意事项： ①在J-K触发器中，凡是要求接“1”的，一定要接高电平（例如5V），否则会出现错误的翻转。 ①触发器的两个输出负载不能过分悬殊，否则会出现误翻。 ② J-K触发器的清零输入端在工作时一定要接高电平或连接到实验箱的清零端子。3．时序电路的设计步骤 内容见实验预习。 四、实验内容 1．用JK触发器设计一个16进制异步计数器，用逻辑分析仪观察CP和各输出波形。2．用JK触发器设计一个16进制同步计数器，用逻辑分析仪观察CP和各输出波形。3．设计一个仿74LS194 4．用J-K触发器和门电路设计一个特殊的12进制计数器，其十进制的状态转换图为：5.考虑增加一个控制变量D，当D=0时，计数器按自定义内容运行，当D=1时，反方向运行 五、实验设计及数据与处理 实验一
16进制异步计数器 设计原理：除最低级外，每一级触发器用上一级触发器的输出作时钟输入，JK都接HIGH，使得低一级的触发器从1变0时高一级触发器恰好接收下降沿信号实现输出翻转。实验二 16进制同步计数器 设计原理：除最低级外，每一级的JK输入都为所有低级的输出的“与”运算结果实验三 仿74LS194 设计原理：前两个开关作选择端输入，下面四个开关模仿预置数输入，再下面两个开关模仿左移、右移的输入，最后一个开关模仿清零输入。四个触发器用同一时钟输入作CLK输入。用2个非门与三个与门做成了一个简单译码器。对于每一个触发器，JK输入总为一对相反值，即总是让输入值作为输出值输入。对于每一个输入，当模式“重置”输出为1时，其与预置值结果即触发器输入；当模式“右移”、“左移”输出为1时，其值为上一位或下一位对应值；当各模式输出均为0时各触发器输入为0，使输出为0。 实验四 设计原理： 在12进制同步计数器中，输出的状态只由前一周期的状态决定，而与外来输入无关，因此目标电路为Moore型。而数字电路只有0和1两种状态，因此目标电路要表达12种状态需
霍尔元件及其应用 霍尔元件及其应用 摘要: 霍尔元件是一种基于霍尔效应的磁传感器,已发展成一个品种多样的磁传感器产品族，并已得到广泛的应用。本文简要介绍其 工作原理，产品特性及其典型应用。 1 引言 霍尔器件是一种磁传感器。用它们可以检测磁场及其变化，可在各种与磁场有关的场合中使用。霍尔器件以霍尔效应为其工作基础。 霍尔器件具有许多优点，它们的结构牢固，体积小，重量轻，寿命长，安装方便，功耗小，频率高（可达1MHZ），耐震动，不怕灰尘、油污、水汽及盐雾等的污染或腐蚀。 霍尔线性器件的精度高、线性度好；霍尔开关器件无触点、无磨损、输出波形清晰、无抖动、无回跳、位置重复精度高（可达μm级）。取用了各种补偿和保护措施的霍尔器件的工作温度范围宽，可达－55℃～150℃。 按照霍尔器件的功能可将它们分为: 霍尔线性器件和霍尔开关器件。前者输出模拟量，后者输出数字量。 按被检测的对象的性质可将它们的应用分为:直接应用和间接应用。前者是直接检测出受检测对象本身的磁场或磁特性，后者是检测受检对象上人为设置的磁场，用这个磁场来作被检测的信息的载体，通过它，将许多非电、非磁的物理量例如力、力矩、压力、应力、位置、位移、速度、加速度、角度、角速度、转数、转速以及工作状态发生变化的时间等，转变成电量来进行检测和控制。 2 霍尔效应和霍尔元件 2.1 霍尔效应 如图1所示，在一块通电的半导体薄片上，加上和片子表面垂直的磁场B，在薄片的横向两侧会出现一个电压，如图1中的VH，这种现象就是霍尔效应，是由科学家爱德文·霍尔在1879年发现的。VH称为霍尔电压。
（a）霍尔效应和霍尔元件 这种现象的产生，是因为通电半导体片中的载流子在磁场产生的洛仑兹力的作用下，分别向片子横向两侧偏转和积聚，因而形成一个电场，称作霍尔电场。霍尔电场产生的电场力和洛仑兹力相反，它阻碍载流子继续堆积，直到霍尔电场力和洛仑兹力相等。这时，片子两侧建立起一个稳定的电压，这就是霍尔电压。 在片子上作四个电极，其中C1、C2间通以工作电流I，C1、C2称为电流电极，C3、C4间取出霍尔电压VH，C3、C4称为敏感电极。将各个电极焊上引线，并将片子用塑料封装起来，就形成了一个完整的霍尔元件（又称霍尔片）。 (1) 或(2) 或(3) 在上述（1）、（2）、（3）式中VH是霍尔电压，ρ是用来制作霍尔元件的材料的电阻率，μn是材料的电子迁移率，RH 是霍尔系数，l、W、t分别是霍尔元件的长、宽和厚度，f(I/W)是几何修正因子，是由元件的几何形状和尺寸决定的，I是工作电流，V是两电流电极间的电压，P是元件耗散的功率。由(1)～(3)式可见，在霍尔元件中，ρ、RH、μn决定于元件所用的材料，I、W、t和f(I/W)决定于元件的设计和工艺，霍尔元件一旦制成，这些参数均为常数。因此，式(1)～(3)就代表了霍尔元件的三种工作方式所得的结果。(1)式表示电流驱动，(2)式表示电压驱动，(3)式可用来评估霍尔片能承受的最大功率。 为了精确地测量磁场,常用恒流源供电,令工作电流恒定,因而,被测磁场的磁感应强度B可用霍尔电压来量度。 在一些精密的测量仪表中，还采用恒温箱，将霍尔元件置于其中，令RH保持恒定。 若使用环境的温度变化，常采用恒压驱动，因和RH比较起来，μn随温度的变化比较平缓，因而VH受温度变化的影响较小。 为获得尽可能高的输出霍尔电压VH，可加大工作电流，同时元件的功耗也将增加。(3)式表达了VH能达到的极限——元件能承受的最大功耗。
佛山职业技术学院实训报告 课程名称传感器及应用 报告内容霍尔传感器制作与调试专业电气自动化技术 班级08152 姓名陈红杰 学号31 二0一0年六月 佛山职业技术学院
《传感器及应用》 霍尔传感器制作实训报告 班级 08152 学号 31 姓名陈红杰时间2009-2010第二学期 指导老师张教雄谢应然 项目名称霍尔传感器电路制作与 调试 一、实验目的与要求： 1.对霍尔传感器的实物（电路部分）进行一个基本的了解。 2.了解双层PCB板以及一定（霍尔传感器）的焊接排版的技术和工艺。 二、实验仪器、设备与材料： 1.认识霍尔传感器（电路部分）的元件（附图如下）： 2.焊接电路PCB板（双层）和对电路设计的排版工艺的了解。 3.对霍尔传感器的电路原理图进行基本的分析（附图如下）：
霍尔传感器原理图： 霍尔开关电路（霍尔数字电路），由三 端7812稳压器，霍尔片差分放大器THS119， 三端可调分流稳压器TL431及双路JFET的输 入运放TL082和输出级组成。在外磁场的作 用下,当感应强度超过导通阀值时，霍尔电路 输出管导通，输出低电平 TL082是一通用的J-FET双运用算放大 器，其特点有，较低输入偏置电压和偏移电 流，输出没有短路保护，输入级具有较高的 输入阻抗，内建频率被子偿电路，较高的压 摆率。最大工作电压为18V。TL082是霍尔传 感器的核心处理部位。（CON2接口对应霍尔 元件THS119） 霍尔元件THS119封装图
印刷板： 3211 2 2 12 121 2121 21 21212 1 21 2 1 4321 1234 8 7653213 211 2321 121 2 1212 直流电源输入24V ，由IN4148、三端稳压管7812和TL431（串接一个电阻）构成的稳压支路，得到不同的电压。霍尔元件THS119是采样核心元件，值得一提的是Z2这个稳压元件。在实际运用当中精密稳压集成电路TL431并不一定要用实物，可以用一个NPN 型三极管来串接一个电阻来等效代替。 整个电路的设计运用了闭环温度反馈来实现自我保护。主要的设计是RT1热敏电阻，对电路在工作时的表面温度进行控制。这样的设计能很好的起到一个自我保护。 因为我们知道，霍尔传感器的PCB 板是封装在塑料外壳里，由于电路的工作环境的问题，导致电路几乎没有更好的散热（外壳有些导热）。至此，用到RT1热敏电阻来进行温度控制保护显得非常合理。 三、实验操作（焊接）： 1.霍尔传感器PCB 双层印制电路板的焊接。 2.了解电路的元件的安排和电路设计线路的排版。
实验五计数器的设计 姓名：zht 学号： 班级：15自动化 日期：2016/11/11
目录 一、实验内容 (3) 二、设计过程、逻辑图及仿真 (4) ①设计过程 (4) ②逻辑图及仿真 (5) 三、实验数据及总结 (8) ①实验数据 (8) ②总结 (10)
一、实验内容 1.用JK触发器设计一个16进制异步计数器，用逻辑分析仪观察CP 和各输出的波形。 2.用JK触发器设计一个16进制同步计数器，用逻辑分析仪观察CP 和各输出的波形。 3.用JK触发器和门电路设计一个特殊的12进制同步计数器，其十进制的状态转换为从01依次计数到12，再回到01开始新一轮计数。实验仪器： 1.实验箱，示波器。 2.器件：74LS73，74LS00，74LS08，74LS20
二、设计过程、逻辑图及仿真 ①设计过程： 1.异步计数器是将CLK应用于第一个JK触发器的时钟输入上，然后将输出Q接入后一个JK触发器的时钟输入，后面的连接方式都是由前一个JK触发器的输出Q作为后一个JK触发器的时钟输入。异步计数器的原理是由于实验箱上的JK触发器是下降沿触发，第一个JK触发器的输出Q1每一个时钟周期变化一次，即经过两个时钟周期后Q1经过了一个周期。同理，由于第一个JK触发器的输出Q1是第二个的时钟输入，所以经过两个Q1周期后第二个JK触发器的输出Q2经过了一个周期，即每四个时钟周期的时间Q2经过一个周期。以此类推，则第三个JK触发器的输出Q3的周期是时钟周期的八倍，第四个JK 触发器的输出Q4是时钟周期的十六倍，因而Q4、Q3、Q2、Q1组成了一个16进制计数器。该计数器的缺点是由于传输延迟会在其中积累，会限制计数器按时钟运行的速度。 2.同步计数器将CLK应用于每个JK触发器的时钟输入上。第一个JK 触发器的输出Q连接到第二个JK触发器的J和K。此后前一个JK触发器的输出和后一个JK触发器的输出经过与门后共同作为再后一个JK触发器的J和K输入。如此一来，第二个JK触发器的J、K输入由第一个JK触发器的输出Q1控制，时钟每变化两个周期Q1会变化一个周期，而只有当Q1为0时第二个触发器在经过时钟下降沿时才会使输出Q2的状态发生改变，即Q2的周期为Q1的两倍，时钟周期的四倍。接着由于Q1和Q2经过与门后作为第三个触发器的J、K输
实验名称：100进制同步计数器设计 专业班级：姓名：学号：实验日期： 一、实验目的： 1、掌握计数器的原理及设计方法； 2、设计一个0~100的计数器； 3、利用实验二的七段数码管电路进行显示； 二、实验要求： 1、用VHDL 语言进行描写； 2、有计数显示输出； 3、有清零端和计数使能端； 三、实验结果： 1. VHDL程序 LIBRARY IEEE; USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; PACKAGE my_pkg IS Component nd2 -- 或门 PORT (a,b: IN STD_LOGIC; c: OUT STD_LOGIC); END Component; Component led_decoder PORT (din:in std_logic_vector(3 downto 0 ); --四位二进制码输入 seg:out std_logic_vector(6 downto 0) ); --输出LED七段码 END Component; 1
Component CNT60 --2位BCD码60进制计数器 PORT ( CR:IN STD_LOGIC; EN:IN STD_LOGIC; CLK:IN STD_LOGIC; OUTLOW:BUFFER STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); OUTHIGH:BUFFER STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0) ); END Component; Component CNT100 --带使能和清零信号的100进制计数器PORT ( CLK:IN STD_LOGIC; EN:IN STD_LOGIC; CLR:IN STD_LOGIC; OUTLOW:BUFFER STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0); OUTHIGH:BUFFER STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0) ); END Component; Component freq_div --50MHZ时钟分频出1Hz PORT ( clkinput : IN STD_LOGIC; output : OUT STD_LOGIC ); END Component;