电机转速的T法测量

电子技术综合训练设计报告题目：电机转速的T法测量姓名：学号：班级：同组成员：指导教师：日期：2013年摘要本设计为电机转速的T法测量，在设计中，用555构成的多谐振荡器产生时基脉冲，用74LS160构成十进制模100计数器对光电码盘送入的脉冲进行加计数，利用D触发器和与门作为计数电路的控制，用两个单稳态触发器控制锁存和清零，利用HEF4511BP驱动数码显示器，动态显示时基脉冲数，最后根据脉冲数计算电机转速。

关键词：555，计数，显示AbstractThe design for the motor speed measurement method of T, in the design, multivibrator composed by 555 generation time-base pulse, pulse decimal mode 100 counter on the photoelectric encoder to count 74LS160, use D flip-flop and gate control as the counting circuit, two monostable trigger control latch and clear using the HEF4511BP driver, digital display, a time-base pulse number of dynamicdisplay, according to the calculation of the motor speed pulse.Keywords: 555, counting, display目录1 设计任务和要求…………………………………………………………?1.1设计任务……………………………………………………………?1.2设计要求…………………………………………………………….?2 系统设计…………………………………………………………………?2.1系统要求…………………………………………………………….?2.2方案设计……………………………………………………………?2.3系统工作原理……………………………………………………….?3 单元电路设计……………………………………………………………?3.1 555振荡电路………………………………………………………?3.1.1电路结构及工作原理……………………………………………?3.1.2电路仿真…………………………………………………………?3.1.3元器件的选择及参数确定……………………………………………?3.2 计数电路和显示电路的设计……………………………………?3.2.1电路结构及工作原理…………………………………………?3.2.2电路仿真…………………………………………………………?3.2.3元器件的选择及参数确定…………………………………………….?3.3 整流电路与控制…………………………………………………………4 系统仿真……………………………………………………………………?.5 电路安装、调试与测试……………………………………………………?5.1电路安装………………………………………………………………?5.2电路调试………………………………………………………………?5.3系统功能及性能测试…………………………………………………?5.3.1测试方法设计………………………………………………………?5.3.2测试结果及分析……………………………………………………?6 结论…………………………………………………………………………?7 参考文献……………………………………………………………………?8 总结、体会和建议附录1设计任务和要求1.1设计任务根据已学过的知识，设计用T法测量电机转速的电路图，并显示电机的正反转，给出测量结果与转速的数量关系。

1.2设计要求1）设计电路能够显示光电码盘的脉冲数的和，并显示电机的正反转；2）给出有关器件的选型和参数计算过程；3）给出测量的结果与转速的数量关系；4）手绘电路原理图；5）设计电路通过计算机仿真后制作电路板，完成调试。

2 系统设计2.1 系统要求1）设计电路能够可靠的工作；2）电路满足要求的精度，显示各变量；3）尽量简化电路，使制作电路板是的连线方式简单容易焊接；4）做到电路板的经济最小化。

2.2方案设计在本电路的设计过程中，用555和外加的门电路构成定时和控制的主电路，作为计数器的的计数和控制信号，用74LS160构成十进制模100计数器，对光电码盘送入的脉冲进行加计数。

利用触发器和与门，作为电路的控制，在外部电源接通的情况下，控制计数器的工作状态，使计数器进行计数、保持计数、清零。

为此，我们可以利用振荡电路的输出在触发器的配合下，利用上升沿启动计数器，下降沿清零的过程。

为了使我们准确的知道计数的结果，将计数过程动态的显示出来，利用数码管驱动和七段码显示构成显示部分，准确的显示计数的结果。

并且数码管的数据保持、清零状态与计数器的状态一致，利用同一个脉冲进行控制，在数码管显示的数据清零前显示的数字就是在这段时间里对电机光电码盘输出的脉冲数的和统计，最后根据脉冲数与电机转速的确定关系计算出电机的转速。

为了使测得的转速比较精确，可以进行多次测量，最后求出平均值，这样就可以满足对精度的要求。

因此，可将555构成多谐振荡，能够周期的工作。

最后通过光电码盘输出信号的特点，利用触发器的输出电平的不同来为发光二级管供电，根据二级管是否发光来确定电机的正反转。

在本电路中，各器件对电源的要求较高，为了电路的可靠工作和器件的安全，在电路中加入了稳压电源，利用变压、整流的过程，直接将220V的工频电变为5V的直流电，保证电路的安全。

经过充分的考虑和广泛的查阅资料，以及我们目前所掌握的专业知识，这个方案中的各部分都能比较容易的实现。

详细的掌握各部分的工作特点，可以将各部分较为准确的组合在一起，成为一个完整的整体。

能够实现要求的功能，满足设计的要求。

能够实现要求的功能，满足设计的要求。

２．3系统工作原理电机在转动的过程带动光电码盘转动，在转动的过程中会有脉冲输出，如图1，电机的转速不能通过较为简单的装置进行测量，但码盘输出的脉冲可以通过电路比较容易的计算出。

所以，为了电路的简单，可将电机的转速通过码盘a b图1：光电码盘的输出脉冲a 电机正转 ，b 电机反转的脉冲间接的计算，对方案进行简化。

３、 单元电路的设计 3.1 ５５５振荡电路集成时基电路又称为集成定时器或555电路，是一种数字、模拟混合型的中规模集成电路，应用十分广泛。

它是一种产生时间延迟和多种脉冲信号的电路，由于内部电压标准使用了三个5K 电阻，故取名555电路。

其电路类型有双极型和CMOS 型两大类，二者的结构与工作原理类似。

几乎所有的双极型产品型号最后的三位数码都是555或556；所有的CMOS 产品型号最后四位数码都是7555或7556，二者的逻辑功能和引脚排列完全相同，易于互换。

555和7555是单定时器。

556和7556是双定时器。

双极型的电源电压V CC ＝+5V ～+15V ，输出的最大电流可达200mA ，CMOS 型的电源电压为+3～+18V 。

3.1.1 555电路的工作原理555电路的内部电路方框图如图3所示。

它含有两个电压比较器，一个基本RS 触发器，一个放电开关管T ，比较器的参考电压由三只 5K Ω的电阻器构成的分压器提供。

它们分别使高电平比较器A 1 的同相输入端和低电平比较器A 2的反相输入端的参考电平为CC V 32和CC V 31。

A 1与A 2的输出端控制RS 触发器状态和放电管开关状态。

当输入信号自6脚，即高电平触发输入并超过参考电平CC V 32时，触发器复位，555的输出端3脚输出低电平，同时放电开关管导通；当输入信号自2脚输入并低于CC V 31时，触发器置位，555的3脚输出高电平，同时放电开关管截止。

是复位端（4脚），当D R ＝0，555输出低电平。

平时D R 端开路或接V CC 。

(a) (b)图3 555定时器内部框图及引脚排列V C 是控制电压端（5脚），平时输出CC V 32作为比较器A 1 的参考电平，当5脚外接一个输入电压，即改变了比较器的参考电平，从而实现对输出的另一种控制，在不接外加电压时，通常接一个0.01μf 的电容器到地，起滤波作用，以消除外来的干扰，以确保参考电平的稳定。

T 为放电管，当T 导通时，将给接于脚7的电容器提供低阻放电通路。

555定时器主要是与电阻、电容构成充放电电路，并由两个比较器来检测电容器上的电压，以确定输出电平的高低和放电开关管的通断。

这就很方便地构成从微秒到数十分钟的延时电路，可方便地构成单稳态触发器，多谐振荡器，施密特触发器等脉冲产生或波形变换电路。

构成多谐振荡器如图4，由555定时器和外接元件R 1、R 2、C 构成多谐振荡器，脚2与脚6直接相连。

电路没有稳态，仅存在两个暂稳态，电路亦不需要外加触发信号，利用电源通过R 1、R 2向C 充电，以及C 通过R 2向放电端 C t 放电，使电路产生振荡。

电容C 在CC V 31和CC V 32之间充电和放电，其波形如图３所示。

输出信号的时间参数是T ＝t w1＋t w2，t w1＝0.7(R 1＋R 2)C ，t w2＝0.7R 2C555电路要求R 1 与R 2 均应大于或等于1K Ω ，但R 1＋R 2应小于或等于3.3M Ω。

外部元件的稳定性决定了多谐振荡器的稳定性，555定时器配以少量的元件即可获得较高精度的振荡频率和具有较强的功率输出能力。

因此这种形式的多谐振荡器应用很广。

图3为所构成的电路.VCCOUTU14555_TIMER_RATEDGNDDIS RST THR CONTRI R1R2C CtU16B 74LS04D5321VCC 5V VCC图4 555 振荡电路外电路 图３ 555输出特性3.1.2 电路仿真将图4所示的电路在电脑软件上连接，并进行仿真。

在仿真的过程中发现，５５５电路的低电平输出不稳定，波形出现失真的情况，在多次的仿真和查阅相关的资料后，得到了结解决的办法，就是在输出的后面加非门后在输出，通过仿真发现，加反向施密特反相器输出的波形稳定。

能够满足要求。

仿真结果如图5．图5 ５５５振荡电路仿真波形 3.1.3元器件的选型和参数计算用555TIMER_RATED 作为主芯片,Ct 采用10nF.C 采用680nF.由以下三式可计算出电阻的值和振荡的频率：T ＝t w1＋t w2，t w1＝0.7(R 1＋R 2)C ，tw2＝0.7R2C由于占空比对电路的影响不大，可以忽略。