2015電動機測速電路設計2

1、UNIVERSITYOFSOUTHCHINA電子技術(shù)課程設計報告電動機測速電路設計學院名稱電氣工程學院指導教師肖金鳳電力1301學號學生姓名韓錦2016年1月27日 電子技術(shù)課程設計任務書課程設計的內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)要求、工作要求等）：一、設計一電動機測速電路（做實物）電機轉(zhuǎn)一圈，霍爾元件得到一個脈沖，作為電路的計算脈沖，進而利用控制電路進行統(tǒng)計，得到電機轉(zhuǎn)速。二、主要技術(shù)指標與要求：用信號發(fā)生器（多諧振蕩器）代替霍爾傳感器進行電路設計。能進行電動機轉(zhuǎn)速的統(tǒng)計（十進制計數(shù)）。能顯示電動機轉(zhuǎn)速。超過自行規(guī)定的轉(zhuǎn)速，具有聲光報警功能。對課程設計成果的要求包括圖表（或?qū)嵨铮┑扔布螅涸O

2、計電路，做出實物，安裝調(diào)試，分析實驗結(jié)果，并寫出設計說明書，語言流暢簡潔,文字不得少于3500字。要求圖紙布局合理，符合工程要求，使用Protel軟件繪出原理圖（SCH）和印制電路板（PCB）,器件的選擇要有計算依據(jù)。主要參考文獻：1申永山.電工電子技術(shù)實驗及課程設計M.機械工業(yè)出版社，20112尤佳，李春雷，伍春洪，楊淑華.數(shù)字電子技術(shù)實驗與課程設計M.北京：機械工業(yè)出版社.2014.43謝自美.電子線路設計、實驗、測試M（第3版）.武漢：華中科技大學出版社，2013.84王喜斌，王鳳宇.電子技術(shù)實驗與課程設計及創(chuàng)新與競賽M.哈爾濱工業(yè)大學出版社，20105陳光明，桂金蓮.電子技術(shù)課程設計與

3、綜合實訓M.北京航空航天大學出版社.20076楊力.電子技術(shù)課程設計M.中國電力出版社，20097康光華主編.電子技術(shù)基礎（數(shù)字部分）.高等教育出版社.20158康光華主編.電子技術(shù)基礎（數(shù)字部分）.高等教育出版社.20159楊承毅，肖詩海，鄒友志.脈沖與數(shù)字電子技術(shù).人民郵電出版社.2008.2.110王淵峰.戴旭輝.AltiumDesigner10電路設計標準教程.科學出版社.2011.14.課程設計工作進度計劃：序號起迄日期工作內(nèi)容12015.10.23布置任務，教師講解設計方法及要求22015.10.24-2015.10.31學生杳找閱讀資料，初定方案，小組會議討論并確定方案32015

4、.11.1-2015.11.15h設計及計算42015.11.15-015.12.29實物調(diào)試并寫說明書，小組討論52016.1.27答辯主指導教師肖金鳳11日期：2015年10月23日11摘要在現(xiàn)代的電力負載中，異步電機的用電占有率約為70%-80%，所以關(guān)于電機各方面的知識都是我們電氣工程及其自動化自動化專業(yè)學生當有所涉獵的。而關(guān)于電動機轉(zhuǎn)速的問題是一個極其重要的研究領域。電動機的轉(zhuǎn)速是反映電動機是否平穩(wěn)運行，是否超出工作極限的一項重要指標。一般電機所要用到的轉(zhuǎn)速測量元件就是光感應傳感器元件，霍爾傳感器元件等。所用到的，就是通過脈沖變化實現(xiàn)計數(shù)變化，從而實現(xiàn)計數(shù)，最終實現(xiàn)對轉(zhuǎn)速的測量。根據(jù)

5、設計要求，這里我們用多諧振蕩電路代替霍爾元件實現(xiàn)方波脈沖信號。本次設計主要主要用到555芯片制作多諧振蕩電路。其次就是制作，設計計數(shù)電路，要求十進制并通過數(shù)碼管進行顯示，主要用到的芯片是74lsl61,74ls48，共陰極數(shù)碼管等。關(guān)鍵詞：計數(shù)電路，多諧振蕩電路，74ls161,74ls48,555芯片目錄TOC o 1-5 h z前言7 HYPERLINK l bookmark4 o Current Document 設計內(nèi)容及要求8設計目的8設計要求8 HYPERLINK l bookmark6 o Current Document 系統(tǒng)組成及工作原理9 HYPERLINK l bookm

6、ark8 o Current Document 系統(tǒng)組成9工作原理9 HYPERLINK l bookmark12 o Current Document 模塊電路設計及其工作原理103.1多諧振蕩信號發(fā)生電路10 HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 3.2計數(shù)及譯碼顯示電路11 HYPERLINK l bookmark24 o Current Document 記時電路15 HYPERLINK l bookmark26 o Current Document 實驗仿真及實驗測試結(jié)果16仿真圖22實際測試圖265設計總結(jié)參考文獻29附錄一原理圖30附

7、錄二實物圖32 HYPERLINK l bookmark42 o Current Document 附錄三器件清單341設計內(nèi)容及要求1.1設計目的鞏固和加深對電子電路基本知識的理解，提高綜合運用本課程所學知識的能力；培養(yǎng)根據(jù)設計需要選學參考書籍，查閱相關(guān)手冊、圖表和文獻資料的自學能力；通過電路方案的分析、論證和比較，設計計算和選取元器件、電路組裝、調(diào)試和檢測等環(huán)節(jié)，初步掌握簡單實用電路的分析方法和工程設計方法；學會簡單電路的實驗調(diào)試和性能指標的測試方法，提高動手能力和進行數(shù)字電子電路實驗的基本技能。1.2設計要求用信號發(fā)生器（多諧振蕩器）代替霍爾傳感器進行電路設計。能進行電動機轉(zhuǎn)速的統(tǒng)計（十

8、進制計數(shù)）。能顯示電動機轉(zhuǎn)速。超過自行規(guī)定的轉(zhuǎn)速，具有聲光報警功能。2系統(tǒng)組成及工作原理2.1系統(tǒng)組成系統(tǒng)組成框圖：如圖2-1圖2-12.2系統(tǒng)工作原理通過開關(guān)電路控制多諧振蕩電路產(chǎn)生并輸出多諧振蕩波信號，此時，計數(shù)電路開始工作計數(shù)，計數(shù)器是由74ls161芯片計數(shù)，通過74ls48芯片譯碼，通過共陰極七段譯碼顯示器顯示計數(shù)結(jié)果。設計的目的在于測量2000r/min的電機轉(zhuǎn)速，所以如果在一分鐘以內(nèi)轉(zhuǎn)速超過2000r/min時，警報指示燈將會發(fā)光（此處用發(fā)光二極管），同時計數(shù)器停止計數(shù)。3模塊電路設計及其工作原理3.1多諧振蕩電路應用555芯片構(gòu)成多諧振蕩信號發(fā)生電路，如圖3-1。多諧振蕩器是能

9、產(chǎn)生矩形波的一種自激振蕩器電路，由于矩形波中除基波外還含有豐富的高次諧波，故稱為多諧振蕩器。多諧振蕩器沒有穩(wěn)態(tài)，只有兩個暫穩(wěn)態(tài)，在自身因素的作用下，電路就在兩個暫穩(wěn)態(tài)之間來回轉(zhuǎn)換，故又稱它為無穩(wěn)態(tài)電路。由555定時器構(gòu)成的多諧振蕩器如圖1所示，R1，R2和C是外接定時元件，電路中將高電平觸發(fā)端（6腳）和低電平觸發(fā)端（2腳）并接后接到R2和C的連接處，將放電端（7腳）接到R1，R2的連接處。由于接通電源瞬間，電容C來不及充電，電容器兩端電壓uc為低電平，小于（1/3）Vcc，故高電平觸發(fā)端與低電平觸發(fā)端均為低電平，輸出uo為高電平，放電管VT截止。這時，電源經(jīng)R1，R2對電容C充電，使電壓uc按

10、指數(shù)規(guī)律上升，當uc上升到（2/3）Vcc時，輸出uo為低電平，放電管VT導通，把口。從（1/3）Vcc上升到（2/3）Vcc這段時間內(nèi)電路的狀態(tài)稱為第一暫穩(wěn)態(tài)，其維持時間TPH的長短與電容的充電時間有關(guān)。充電時間常數(shù)丁充=（R1+R2）C。不難理解，接通電源后，電路就在兩個暫穩(wěn)態(tài)之間來回翻轉(zhuǎn)，則輸出可得矩形波。電路一旦起振后，uc電壓總是在（1/32/3）Vcc之間變化。圖3-2所示為工作波形。圖3-2圖3-1輸出信號的時間參數(shù)是：T=Gi応5i=0.7(R+R)C12知=0.7RC2其中，為V由1門&上升到2門所需的時間，心為電容C放電所需的C時間。555電路要求R1與R2均應不小于1KQ

11、，但兩者之和應不大于3.3MQ。外部元件的穩(wěn)定性決定了多諧振蕩器的穩(wěn)定性，555定時器配以少量的元件即可獲得較高精度的振蕩頻率和具有較強的功率輸出能力。一般多諧振蕩器的工作過程可分為以下四個階段：暫穩(wěn)態(tài)I(Otl):電容C充電，充電回路為VDDfR1fR2fCf地，充電時間常數(shù)為為t1=(R1+R2)C,電容C上的電壓uc隨時間t按指數(shù)規(guī)律上升，此階段內(nèi)輸出電壓uo穩(wěn)定在高電平.自動翻轉(zhuǎn)I(t=tl):當電容上的電壓uc上升到了VDD時，由于555定時器內(nèi)S=0,R=1,使觸發(fā)器狀態(tài)Q由1變?yōu)?,由0變成1,輸出電壓uo由高電平跳變?yōu)榈碗娖剑娙軨中止充電.暫穩(wěn)態(tài)II(t1t2):由于此刻=1

12、,因此放電管V飽和導通，電容C放電，放電回路為CfR2f放電管Vf地，放電時間常數(shù)t2=R2C(忽略V管的飽和電阻),電容電壓uc按指數(shù)規(guī)律下降，同時使輸出維持在低電平上。自動翻轉(zhuǎn)II(t=t2):當電容上的電壓uc下降到了VDD時，由于555定時器內(nèi)S=1,R=0,使觸發(fā)器狀態(tài)Q由0變?yōu)?,由1變成0,輸出電壓uo由低電平跳變到高電平，電容C中止放電.由于=0,放電管截止，電容C又開始充電，進入暫穩(wěn)態(tài)I.以后，電路重復上述過程，電路沒有穩(wěn)態(tài)，只有兩個暫穩(wěn)態(tài)，它們交替變化，輸出連續(xù)的矩形波脈沖信號.3.2計數(shù)及譯碼顯示電路74LS161(圖3-3)是常用的四位二進制可預置的同步加法計數(shù)器，他可

13、以靈活的運用在各種數(shù)字電路，以及單片機系統(tǒng)種實現(xiàn)分頻器等很多重要的功能，：VccTCGo0102OjCETPEpF両芮百而12|3|4567RCP刊P2PjCEPGND圖3-3LT(3REI(&i-Bl/RBORBI&BiNrrsEGCri&心1”CT=0-120,21V20c昭&1衛(wèi)U,於1醴障1住Wig1312H109_1514圖3-6圖3-5,3-67段顯示譯碼器74LS48方框圖和符號圖。由符號圖可以知道，4號管腳端具有輸入和輸出雙重功能。作為輸入（BI）低電平時，G21為0,所有字段輸出置0,即實現(xiàn)消隱功能。作為輸出（RBO），相當于LT，及CT0的與墳系，即LT=1,RBI=0,D

14、CBA=0000時輸出低電平，可實現(xiàn)動態(tài)滅零功能。3號（LT）端有效低電平時，V20=l，所有字段置1,實現(xiàn)燈測試功能。74LS48功能表如圖3-7.74ls48引腳功能表一七段譯碼驅(qū)動器功能表十進數(shù)或功能輸入BI/RBO輸出備注LTRBIDCBAabcdefg0HH0000H1111110顯示1Hx0001H01100002Hx0010H11011013Hx0011H11110014Hx0100H01100115Hx0101H10110116Hx0110H00111117Hx0111H11100008Hx1000H11111119Hx1001H111001110Hx1010H00011011

15、1Hx1011H001100112Hx1100H010001113Hx1101H100101114Hx1110H000111115Hx1111H0000000BIxxxxxxL0000000滅燈消隱RBIHL0000L0000000動態(tài)滅零LTLxxxxxH1111111燈測試圖3-774lsl61及74ls48構(gòu)成計數(shù)顯示電路原理圖3-8圖3-83.3記時電路記時電路是通過555芯片構(gòu)成的頻率為1HZ的多諧振蕩電路與兩片74LS161組成的60進制計數(shù)電路。4實驗仿真及實驗測試結(jié)果4.1仿真圖多諧振蕩電路仿真圖4-1所示多諧振蕩仿真電路輸出波形圖4-2所示ft圖4-2單個計數(shù)電路仿真電路圖4

16、-3所示CL1eiE餐皿J-T%Br-D叩引-1uBL1215JJ,*3JJJ3*3a口JiJJ?-nr*77J-J品*4J*$z:Y一口倉#*441*bi;2dJ:JI*:QJ).-rfrJ-N二dd*1.d*-J*JJyl.學3iJJJJ-iJ*3J3V1-PJ*27*J*律；耳2;J-JJ-*J32JTJ*3*JU-Tj/*品*耆呼J-J-u=*丁3-n4,*T-IJAI-*-J,*呻*TIJ丁匚鼻/J*m！r-J詁二#j=ji3-u-t-!hinlTj-g,.*J*J*J7-JJ*Jd揖A-fJN-!*jnG】LM:1J.WF曾wjfm-wwuJUV.JJUJJ-u-_DEUILJ!J

17、IEIT二wlffrTLwowJIKV*v-J】72wu:wcc2:0-%*!,3=匸；二J-Jr，-wa-uvkJJIv-w.*-J-*I-JiV.*.*aJ*Jlc(Qu:HfcwM-rlkl-lic-*Ji祜h.-畳爭JIiuIHK-Ji衍llF-tol!4JiiF.hvhrl!K呂F右*馳醫(yī)缶中石b-dJ!1電i.l*b一-.-v-ir-L.-魚*%*!電甘右腎忙圖4-5當多諧振蕩波頻率高于f=34hz時，相當于電機轉(zhuǎn)速超過2000r/min時顯示自動停在2000，并報警，如圖-_二:*rK-p:-ICJW-丿勻；H_.J.J勺W3J.Z-JMk:5;”32“He.-二c;*-To:二

18、m二m二Mhr二n二:二、K二二J匚CP:：號UM口djlJf7二：二：.:*YrJ-JwuczrG2T】j*士|】j,w*j,LrM.-岸j-rlG-匚】JU?M*Vw*_*wLw黑勢鶉!?r壬壬“衛(wèi)三m:：八:r-:二：5*1二-fdaN工；-3:*一d1dJ-JJ:審!*-!“wJdn&5設計總結(jié)本次電子課程設計將理論與實踐有機地結(jié)合，既考查了同學對理論知識的掌握程度，又反映了實際動手能力，更主要的是考查了同學對知識的綜合運用以及創(chuàng)新設計思維能力，為今后的發(fā)展提供了一次良好的學習環(huán)境。針對課程設計題目八路搶答器，一開始還沒有頭緒，不會運用所學知識進行有效設計，但通過上網(wǎng)查閱各種類似的設計

19、，去圖書館翻閱相關(guān)設計書籍，查閱所提供的芯片功能，確定基本設計方案，又通過仿真驗證試驗方案的可實行性，雖說比較煩雜但卻對設計一個電路有了基本的經(jīng)驗。同時也使自己認識到：（1）設計思路是整個設計的靈魂拿下每個課題能有一個非常清晰的設計思路是至關(guān)重要的。只有對課題的充分理解，對各種器件的熟練掌握，勾畫出基本的設計圖是成功的關(guān)鍵，必須多花時間在設計上才能為后續(xù)工作提供更扎實的基礎。翻閱各種資料，上網(wǎng)查詢填補所需知識的空白是必要的。（2）調(diào)試調(diào)試工作是個精細工作。在調(diào)試過程中，有些問題是芯片本身損壞引起的，也有些是因為接線問題引起的等，因此排查過程需要特別有耐心，通過對芯片功能的檢驗，對線路的檢查，最

20、后檢查出問題所在。當最后解決問題時，電路的正確是非常振奮，也很有成就感和滿足感。（3）制作制作過程是一個考驗人耐心的過程，不能有絲毫的急躁，電路的焊接要一步一步來，焊點多，走線復雜。這又要我們要靈活處理，一邊操作一邊構(gòu)思，在不影響試驗的前提下加快進度?？傊谠O計過程中學到了許多。作為現(xiàn)代的大學生，如果僅停留在以往的層次上，是遠遠跟不上時代的步伐，也無法使自己立足在競爭如此激烈的社會里，通過此次實習，看到了自己的水平和差距，學要在今后的學習中又進一步的提高。主要參考文獻申永山.電工電子技術(shù)實驗及課程設計M.機械工業(yè)出版社，2011尤佳,李春雷，伍春洪,楊淑華.數(shù)字電子技術(shù)實驗與課程設計M.北京：機械工業(yè)出版社.2014.4謝自美.電子線路設計、實驗、測試M（第3版）.武漢：華中科技大學出版社，2013.8王喜斌，王鳳宇.電子技術(shù)實驗與課程設計及創(chuàng)新與競賽M.哈爾濱工業(yè)大學出版社，2010陳光明，桂金蓮.電子技術(shù)課程設計與綜合實訓M.北京航空航天大學出版社.2007楊力.電子技術(shù)課程設計M.中國電力出版社，2009康光華主編.電子技術(shù)基礎（數(shù)字部分）.高等教育出版社.2015康光華主編.電子技術(shù)基礎（數(shù)字部分）.高等教育出版社.2015楊承毅，肖詩海，鄒友志.脈沖與數(shù)字電