数电论文电动机转速表

1 课程设计的目的
1.学习并掌握焊接技术以及简单元器件装配
2.学习一些常用数字芯片在实际中的使用
3.通过实训加强学生对所学理论知识的理解；强化学生的技能练习，使之能够掌握数字电子技术应用的及成本理论、技能、技巧；加强动手及劳动观念的培养；尤其在培养学生对所学专业知识综合应用能力及认知素质等方面。

2 课程设计的任务与要求
2.1 实训任务
选择采用数字芯片，电动机，数码管，电阻，电容等设计一个电路，实现可以测量电动机转速的功能。

2.2实训要求
1）用所指定的元器件及数字芯片完成实训课题的电路设计、焊接及调试；
2）进一步熟悉常用元器件及数字芯片的类型和特征，并掌握合理选用原则；熟悉相关仪器的使用；
3）掌握电路的设计与调试的方法；
4）撰写课程设计报告。

3 设计方案与论证
3.1设计方案
方案一
使用霍尔传感器将被测量量的转速转化为脉冲信号，再转换为数字信号送入到单片机进行处理，采用LCD液晶显示转速。

方案二
利用物体旋转时产生的离心力来测量转速的。

当离心式转速表的转轴随被测物体转动时，离心器上的重物在惯性离心力作用下离开轴心，并通过传动系统带动指针回转。

当指针上的弹簧反作用力矩和惯性离心力矩相平衡时，指针停止在偏转后所指示的刻度值处，即为被测转速值。

方案三
让电机带动转盘透光孔经过槽型光耦，用CD40106将光电耦合器感应到的转动信号加到CD40110的加一计数端，CD40110输出信号至数码管显示转速。

3.2方案论证
方案一使用了单片机，不符合这次数电课程设计使用元器件的要求，方案二过于复杂，不要容易实现，方案三符合本次课程设计的要求，故此使用方案三进行这次课程设计
4 设计原理及功能说明
4.1 电路原理
图4-1电路原理图
本电路采用CD40110和CD40106来实现电动机转速表功能，其中CD40110是加减计数、译码、驱动、锁存专用芯片，可以实现10进制加1、10进制减1、将计数值译成10进制的LED显示码、驱动LED，其内部的计数器和显示驱动是分开的，受计数允许（/TE）、清零复位（RST）、显示锁存控制（LE），其中计数器还具有独立的加减输入端（+-IN）和进（借）位输出端（+-OUT），本制作中，只需要用到加计数，因此减输入端(-IN)对地短路，减借位输出端（-OUT）留空。

本电路采用16脚双列直插式的COMS低功耗、宽电压的CD40110，16脚为电源正极，8脚为电源负极，工作电压为3-12V，推荐工作电压为5-6V，其中abcdefg 为7段LED数码管的驱动输出，输出不能短路，接数码管需要接限流电阻，限流电阻的大小一般为200欧到2000欧之间，电源电压高，限流电阻可适当取大；采用高亮LED数码管，限流电阻可适当取大；只有在电源电压较低、采用普通LED数码管或者大尺寸的数码管时，限流电阻可适当取小。

本电路采用1K欧的电阻为限流电阻。

/TE脚为计数器低电平允许脚，如果该脚为高电平，计数器在有输入信号时也会停止计数，本套件该脚接地，长为低电平，表示计数器一直处理计数状态。

RST脚为计数器清零脚。

清零，表示从0开始计数，允许计数时，+IN输入一个脉冲信号，在上升沿就会进行+1计数，如果逢9，+OUT还会输出一个进位信号给高位计数器的+IN；如果-IN输入一个脉冲信号，在上升沿就会进行-1计数，如果逢0，-OUT还会输出一个进位信号给高位计数器的-IN；这样就达到了多位数自动加减计数的效果。

LE为显示锁存，平时该脚为低电平时，abcdefg的输出和计数器的值是相等，如果计数器这时是3，abcdefg输出会让LED显示成3；如果计数器加减计数变化成5，abcdefg输出就会让LED显示成5。

当LE脚为高电平时，这时，显示的数字就会固定不变，不论计数器是加还是减还是清零，显示的数字一律不变，就好象被“锁”住了一样。

由于CD40110提供了如此方便、实用的引脚来控制这个芯片的功能，因此，我们只需要定时的让计数器定时清零、定时计数、定时显示，我们就可以清楚稳定的看到单位时间的计数。

因此，我们很容易利用CD40110来制作加减计数器、正计时器、倒计时器、里程表、转速表、脉搏表、计步表等等，其中转速表具有一定的代表性。

CD40106也是低功耗宽电压供电的COMS芯片是带迟滞功能的6个反向器，本套件采用的是14脚DIP双列直插封装的芯片，每个反向器有具一个输入端和一个输出端，6反向器占用了12个引脚，剩下的14脚为电源正极，7脚为电源负极，工作电压为3-12V，推荐工作电压为5-6V。

这里讲的迟滞功能，意思就是说输出端和输入端有一个时间相位上的延时，当然，这个延时跟传统的延时观念是完全不相同的，这个延时的时间完全由信号自己的波形来决定，对于边沿陡峭的方波信号的延时是可以忽略不计的。

要完全理解这个迟滞功能，现在来和普通的反向器做区别对比：任何反相器都是输入高电平，输出变成低电平；输入低电平，输出就会变成高平。

现在来讲不同之处：假设电源电压为5V，当普通反向器输入电压在到2.3V-2.6V之间变化时，输出会发生电平翻转，但是当电压在2.5V左右时，输出为不确定状态（输出电压也可能就在2.5V左右）；但是CD40106刚不相同，当输入电压在2.3V-2.6V 之间变化时，输出端会维持以前的电平稳定不变，只有当输入电压远远低于2.3V 或者远远高于2.6V时，输出才会发生电平翻转（相当于延迟翻转），总之，不论输入的电压是多少，输出端始终都为稳定状态，完全没有普通反向器的那种不确定状态。

因此，CD40106不能用普通的反向器代替，仅管逻辑功能是一样，引脚排列、工作电压都是一样。

图中，反相器1、反相器2为信号整型电路，将光电耦合器感应到的转动信号加到最低们的CD40110的加一计数端，这样，电机每转动一圈，收到1个信号（本制作会收到2个信号是在模拟转速加倍），这个整号会产生计数。

信号一定要经过整形，因为CD40110内部没有迟滞翻转功能，当输入信号边沿变化较慢时，会产生多个连续计数失去准确性，从而失去计数意义。

反相器4组成一个1秒（左右）的周期时钟振荡器（由C5、R24、R28决定周期）；反相器5将反相器的矩形波变成一个毫秒级宽度（由C6、R25决定宽度）的正脉冲；反相器6在反相器5正脉冲的上升沿产生一个毫秒级宽度的负脉冲（由C7、R27决定宽度）作为CD40110读取计数器值让abcdefg显示并锁存，反相器6在反相器5正脉冲的下降沿产生一个毫秒级宽度的正脉冲（由C8、R26决定宽度）作为CD40110计数器清零的复位信号。

因此，整个过程：……→用几毫秒计数复位（显示上次的数）→长达1秒的计数（显示上次的数）→周期到了用几毫秒读取本次计数并锁存→用几毫秒计数器复位（显示上次的数）→……，如此周而复始，这样我就可以看到延时一个周期的电动机的实时转速。

4.2 元器件功能说明
槽型光耦
槽型光耦也被工程技术人员称作槽型光电开关或者对射式光电开关，也是以光为媒体，由发光体与受光体间的光路遮挡或由反射光的光亮变化为信号，检测物体的位置、有无等的装置。

槽型光耦也是由一个红外线发射管与一个红外线接收管组合而成。

它与接近开关同样是无接触式的，受检测体的制约少，且检测距离长，应用广泛。

与接近开关等比较，光电开关的检测距离非常长，且是无接触式的，所以不会损伤检测物体，也不受检测物体的影响。

几乎不受检测物体的制约
由于是采用对检测对象的表面进行反射及光透过方式，不像接近开关只能对金属，还能对玻璃、塑料、木制物体、液体等各种物质进行检测。

与接近开关同样，由于无机械运动，所以能对高速运动的物体进行检测。

镜头容易受有机尘土等的影响镜头免受污染后，光会散射或被遮光，所以在有活水蒸汽、尘土等较多的环境下使用的场合，需施加适当的保护装置。

受环境强光的影响
几乎不受一般照明光的影响，但像太阳光那样的强光直接照射受光体时，会造成误动作或损坏。

CD40110
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 BO一般为高电平，当计数器从0～9时，BO输出负脉冲；从9～0时 CO输出负脉冲。

在多片级联时，只需要将CO和 BO 分别接至下级 40110的 CPU和 CPD端，就可组成多位计数器
图4-2CD40110引脚图
CD40106
CD40106由六个斯密特触发器电路组成。

每个电路均为在两输入端具有斯密特触发器功能的反相器。

触发器在信号的上升和下降沿的不同点开、关。

上升电压(V T+)和下降电压(V T-)之差定义为滞后电压
图4-3CD40106引脚图
5 单元电路的设计
5.1光电转换电路
图5-1光电转换电路
发光二极管照到转轴的反射膜上时，光敏三极管导通，此时输出一个高电平计数脉冲，传给寄存译码显示电路，计数一次。

5.2整形调频电路
图5-2整形调频电路
图中，反相器1、反相器2为信号整型电路，将光电耦合器感应到的转动信号加到最低们的CD40110的加一计数端，这样，电机每转动一圈，收到1个信号（本制作会收到2个信号是在模拟转速加倍），这个整号会产生计数。

信号一定要经过整形，因为CD40110内部没有迟滞翻转功能，当输入信号边沿变化较慢时，会产生多个连续计数失去准确性，从而失去计数意义。

反相器4组成一个1秒（左右）的周期时钟振荡器（由C5、R24、R28决定周期）；反相器5将反相器的矩形波变成一个毫秒级宽度（由C6、R25决定宽度）的正脉冲；反相器6在反相器5正脉冲的上升沿产生一个毫秒级宽度的负脉冲（由C7、R27决定宽度）作为CD40110读取计数器值让abcdefg显示并锁存，反相器6在反相器5正脉冲的下降沿产生一个毫秒级宽度的正脉冲（由C8、R26决定宽度）作为CD40110计数器清零的复位信号。

5.3计数锁存电路
图5-3计数锁存电路
其中abcdefg为7段LED数码管的驱动输出，输出不能短路，接数码管需要接限流电阻，限流电阻的大小一般为200欧到2000欧之间，电源电压高，限流电阻可适当取大；采用高亮LED数码管，限流电阻可适当取大；只有在电源电压较低、采用普通LED数码管或者大尺寸的数码管时，限流电阻可适当取小。

本电路采用1K欧的电阻为限流电阻。

/TE脚为计数器低电平允许脚，如果该脚为高电平，计数器在有输入信号时也会停止计数，本套件该脚接地，长为低电平，表示计数器一直处理计数状态。

RST脚为计数器清零脚。

清零，表示从0开始计数，允许计数时，+IN输入一个脉冲信号，在上升沿就会进行+1计数，如果逢9，+OUT还会输出一个进位信号给高位计数器的+IN；如果-IN输入一个脉冲信号，在上升沿就会进行-1计数，如果逢0，-OUT还会输出一个进位信号给高位计数器的-IN；这样就达到了多位数自动加减计数的效果。

6 硬件的制作与调试
6.1 焊接步骤
（1）烙铁头上先熔化少量的焊锡和松香，将烙铁头和焊锡丝同时对准焊点。

（2）在烙铁头上的助焊剂尚未挥发完时，将烙铁头和焊锡丝同时接触焊点，开始熔化焊锡。

（3）当焊锡浸润整个焊点后，同时移开烙铁头和焊锡丝。

焊接过程一般以2～3s为宜。

焊接集成电路时，要严格控制焊料和助焊剂的用量。

为了避免因电烙铁绝缘不良或内部发热器对外壳感应电压而损坏集成电路，实际应用中常采用拔下电烙铁的电源插头趁热焊接的方法。

6.2 焊接要求
对LED进行焊接时要注意其极性为长引脚的一端为正极，电容、电阻等的极性。

焊接时注意焊点的大小，不要虚焊，假焊等，还要合理放置元器件，由于空间有限电容的体积大所以放置要适当
焊接时应注意元件焊点平滑光亮、均匀、无毛刺，直径在2mm（根据情况）以内。

焊接手法快速、无虚焊假焊脱焊堆焊等现象。

无焊接时烧坏元器件现象元器件的拆焊迅速，会进行集成电路的拆焊操作。

器件弯曲插接、布局符合要求。

根据器件高度来决定先后焊接顺序，从低到高方便焊接。

注意电烙铁不要伤到自己及他人。

6.4 电路板调试
电路板焊接好之后，接5V的电路，进行调试
调试过程中，如果出现出现异常，则检查是否焊接完好，是否需要补焊；三极管极性是否接反；二极管的极性是否接反；电阻的阻值是否正确；数字芯片以及数码管的引脚是否接对。

7总结
我的体会是通过这次实习我学到了许多新的技能，并巩固了所学的专业知识，理解在自己的不足之处。

从中学到元器件装焊顺序依次为：电阻器、电容器、二极管、三极管、集成电路、大功率管，其它元器件为先小后大。

焊接时，要使焊点周围都有锡，将其牢牢焊住，防止虚焊。

当电路连接完后，最好用清洗剂对电路的表面进行清洗，以防电路板表面附着的铁屑使电路短路。

对引脚过长的电器元件（如电容器，电阻等），焊接完后，要将其剪短。

我十分懊恼自己有一身的理论知识却还是焊接出这么差的效果，所以我觉得这次的实验是很必要的，对于我们这些学了很多理论知识的学生来说是很有帮助的，它使得我们看到了自己的差距和经验的不足，以后需要勤奋的学习的同时多注重实际的运用，这样才应该是全面实际的应用型人才！。