2015电动机测速电路设计2

1、UNIVERSITYOFSOUTHCHINA电子技术课程设计报告电动机测速电路设计学院名称电气工程学院指导教师肖金凤电力1301学号学生姓名韩锦2016年1月27日 电子技术课程设计任务书课程设计的内容和要求（包括原始数据、技术要求、工作要求等）：一、设计一电动机测速电路（做实物）电机转一圈，霍尔元件得到一个脉冲，作为电路的计算脉冲，进而利用控制电路进行统计，得到电机转速。二、主要技术指标与要求：用信号发生器（多谐振荡器）代替霍尔传感器进行电路设计。能进行电动机转速的统计（十进制计数）。能显示电动机转速。超过自行规定的转速，具有声光报警功能。对课程设计成果的要求包括图表（或实物）等硬件要求：设

2、计电路，做出实物，安装调试，分析实验结果，并写出设计说明书，语言流畅简洁,文字不得少于3500字。要求图纸布局合理，符合工程要求，使用Protel软件绘出原理图（SCH）和印制电路板（PCB）,器件的选择要有计算依据。主要参考文献：1申永山.电工电子技术实验及课程设计M.机械工业出版社，20112尤佳，李春雷，伍春洪，杨淑华.数字电子技术实验与课程设计M.北京：机械工业出版社.2014.43谢自美.电子线路设计、实验、测试M（第3版）.武汉：华中科技大学出版社，2013.84王喜斌，王凤宇.电子技术实验与课程设计及创新与竞赛M.哈尔滨工业大学出版社，20105陈光明，桂金莲.电子技术课程设计与

3、综合实训M.北京航空航天大学出版社.20076杨力.电子技术课程设计M.中国电力出版社，20097康光华主编.电子技术基础（数字部分）.高等教育出版社.20158康光华主编.电子技术基础（数字部分）.高等教育出版社.20159杨承毅，肖诗海，邹友志.脉冲与数字电子技术.人民邮电出版社.2008.2.110王渊峰.戴旭辉.AltiumDesigner10电路设计标准教程.科学出版社.2011.14.课程设计工作进度计划：序号起迄日期工作内容12015.10.23布置任务，教师讲解设计方法及要求22015.10.24-2015.10.31学生杳找阅读资料，初定方案，小组会议讨论并确定方案32015

4、.11.1-2015.11.15h设计及计算42015.11.15-015.12.29实物调试并写说明书，小组讨论52016.1.27答辩主指导教师肖金凤11日期：2015年10月23日11摘要在现代的电力负载中，异步电机的用电占有率约为70%-80%，所以关于电机各方面的知识都是我们电气工程及其自动化自动化专业学生当有所涉猎的。而关于电动机转速的问题是一个极其重要的研究领域。电动机的转速是反映电动机是否平稳运行，是否超出工作极限的一项重要指标。一般电机所要用到的转速测量元件就是光感应传感器元件，霍尔传感器元件等。所用到的，就是通过脉冲变化实现计数变化，从而实现计数，最终实现对转速的测量。根据

5、设计要求，这里我们用多谐振荡电路代替霍尔元件实现方波脉冲信号。本次设计主要主要用到555芯片制作多谐振荡电路。其次就是制作，设计计数电路，要求十进制并通过数码管进行显示，主要用到的芯片是74lsl61,74ls48，共阴极数码管等。关键词：计数电路，多谐振荡电路，74ls161,74ls48,555芯片目录TOC o 1-5 h z前言7 HYPERLINK l bookmark4 o Current Document 设计内容及要求8设计目的8设计要求8 HYPERLINK l bookmark6 o Current Document 系统组成及工作原理9 HYPERLINK l bookm

6、ark8 o Current Document 系统组成9工作原理9 HYPERLINK l bookmark12 o Current Document 模块电路设计及其工作原理103.1多谐振荡信号发生电路10 HYPERLINK l bookmark16 o Current Document 3.2计数及译码显示电路11 HYPERLINK l bookmark24 o Current Document 记时电路15 HYPERLINK l bookmark26 o Current Document 实验仿真及实验测试结果16仿真图22实际测试图265设计总结参考文献29附录一原理图30附

7、录二实物图32 HYPERLINK l bookmark42 o Current Document 附录三器件清单341设计内容及要求1.1设计目的巩固和加深对电子电路基本知识的理解，提高综合运用本课程所学知识的能力；培养根据设计需要选学参考书籍，查阅相关手册、图表和文献资料的自学能力；通过电路方案的分析、论证和比较，设计计算和选取元器件、电路组装、调试和检测等环节，初步掌握简单实用电路的分析方法和工程设计方法；学会简单电路的实验调试和性能指标的测试方法，提高动手能力和进行数字电子电路实验的基本技能。1.2设计要求用信号发生器（多谐振荡器）代替霍尔传感器进行电路设计。能进行电动机转速的统计（十

8、进制计数）。能显示电动机转速。超过自行规定的转速，具有声光报警功能。2系统组成及工作原理2.1系统组成系统组成框图：如图2-1图2-12.2系统工作原理通过开关电路控制多谐振荡电路产生并输出多谐振荡波信号，此时，计数电路开始工作计数，计数器是由74ls161芯片计数，通过74ls48芯片译码，通过共阴极七段译码显示器显示计数结果。设计的目的在于测量2000r/min的电机转速，所以如果在一分钟以内转速超过2000r/min时，警报指示灯将会发光（此处用发光二极管），同时计数器停止计数。3模块电路设计及其工作原理3.1多谐振荡电路应用555芯片构成多谐振荡信号发生电路，如图3-1。多谐振荡器是能

9、产生矩形波的一种自激振荡器电路，由于矩形波中除基波外还含有丰富的高次谐波，故称为多谐振荡器。多谐振荡器没有稳态，只有两个暂稳态，在自身因素的作用下，电路就在两个暂稳态之间来回转换，故又称它为无稳态电路。由555定时器构成的多谐振荡器如图1所示，R1，R2和C是外接定时元件，电路中将高电平触发端（6脚）和低电平触发端（2脚）并接后接到R2和C的连接处，将放电端（7脚）接到R1，R2的连接处。由于接通电源瞬间，电容C来不及充电，电容器两端电压uc为低电平，小于（1/3）Vcc，故高电平触发端与低电平触发端均为低电平，输出uo为高电平，放电管VT截止。这时，电源经R1，R2对电容C充电，使电压uc按

10、指数规律上升，当uc上升到（2/3）Vcc时，输出uo为低电平，放电管VT导通，把口。从（1/3）Vcc上升到（2/3）Vcc这段时间内电路的状态称为第一暂稳态，其维持时间TPH的长短与电容的充电时间有关。充电时间常数丁充=（R1+R2）C。不难理解，接通电源后，电路就在两个暂稳态之间来回翻转，则输出可得矩形波。电路一旦起振后，uc电压总是在（1/32/3）Vcc之间变化。图3-2所示为工作波形。图3-2图3-1输出信号的时间参数是：T=Gi応5i=0.7(R+R)C12知=0.7RC2其中，为V由1门&上升到2门所需的时间，心为电容C放电所需的C时间。555电路要求R1与R2均应不小于1KQ

11、，但两者之和应不大于3.3MQ。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。一般多谐振荡器的工作过程可分为以下四个阶段：暂稳态I(Otl):电容C充电，充电回路为VDDfR1fR2fCf地，充电时间常数为为t1=(R1+R2)C,电容C上的电压uc随时间t按指数规律上升，此阶段内输出电压uo稳定在高电平.自动翻转I(t=tl):当电容上的电压uc上升到了VDD时，由于555定时器内S=0,R=1,使触发器状态Q由1变为0,由0变成1,输出电压uo由高电平跳变为低电平，电容C中止充电.暂稳态II(t1t2):由于此刻=1

12、,因此放电管V饱和导通，电容C放电，放电回路为CfR2f放电管Vf地，放电时间常数t2=R2C(忽略V管的饱和电阻),电容电压uc按指数规律下降，同时使输出维持在低电平上。自动翻转II(t=t2):当电容上的电压uc下降到了VDD时，由于555定时器内S=1,R=0,使触发器状态Q由0变为1,由1变成0,输出电压uo由低电平跳变到高电平，电容C中止放电.由于=0,放电管截止，电容C又开始充电，进入暂稳态I.以后，电路重复上述过程，电路没有稳态，只有两个暂稳态，它们交替变化，输出连续的矩形波脉冲信号.3.2计数及译码显示电路74LS161(图3-3)是常用的四位二进制可预置的同步加法计数器，他可

13、以灵活的运用在各种数字电路，以及单片机系统种实现分频器等很多重要的功能，：VccTCGo0102OjCETPEpF両芮百而12|3|4567RCP刊P2PjCEPGND图3-3LT(3REI(&i-Bl/RBORBI&BiNrrsEGCri&心1”CT=0-120,21V20c昭&1卫U,於1醴障1住Wig1312H109_1514图3-6图3-5,3-67段显示译码器74LS48方框图和符号图。由符号图可以知道，4号管脚端具有输入和输出双重功能。作为输入（BI）低电平时，G21为0,所有字段输出置0,即实现消隐功能。作为输出（RBO），相当于LT，及CT0的与坟系，即LT=1,RBI=0,D

14、CBA=0000时输出低电平，可实现动态灭零功能。3号（LT）端有效低电平时，V20=l，所有字段置1,实现灯测试功能。74LS48功能表如图3-7.74ls48引脚功能表一七段译码驱动器功能表十进数或功能输入BI/RBO输出备注LTRBIDCBAabcdefg0HH0000H1111110显示1Hx0001H01100002Hx0010H11011013Hx0011H11110014Hx0100H01100115Hx0101H10110116Hx0110H00111117Hx0111H11100008Hx1000H11111119Hx1001H111001110Hx1010H00011011

15、1Hx1011H001100112Hx1100H010001113Hx1101H100101114Hx1110H000111115Hx1111H0000000BIxxxxxxL0000000灭灯消隐RBIHL0000L0000000动态灭零LTLxxxxxH1111111灯测试图3-774lsl61及74ls48构成计数显示电路原理图3-8图3-83.3记时电路记时电路是通过555芯片构成的频率为1HZ的多谐振荡电路与两片74LS161组成的60进制计数电路。4实验仿真及实验测试结果4.1仿真图多谐振荡电路仿真图4-1所示多谐振荡仿真电路输出波形图4-2所示ft图4-2单个计数电路仿真电路图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.学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*馳醫缶中石b-dJ!1电i.l*b一-.-v-ir-L.-鱼*%*!电甘右腎忙图4-5当多谐振荡波频率高于f=34hz时，相当于电机转速超过2000r/min时显示自动停在2000，并报警，如图-_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:：号UM口djlJf7二：二：.:*YrJ-JwuczrG2T】j*士|】j,w*j,LrM.-岸j-rlG-匚】JU?M*Vw*_*wLw黑勢鹑!?r壬壬“卫三m:：八:r-:二：5*1二-fdaN工；-3:*一d1dJ-JJ:审!*-!“wJdn&5设计总结本次电子课程设计将理论与实践有机地结合，既考查了同学对理论知识的掌握程度，又反映了实际动手能力，更主要的是考查了同学对知识的综合运用以及创新设计思维能力，为今后的发展提供了一次良好的学习环境。针对课程设计题目八路抢答器，一开始还没有头绪，不会运用所学知识进行有效设计，但通过上网查阅各种类似的设计

19、，去图书馆翻阅相关设计书籍，查阅所提供的芯片功能，确定基本设计方案，又通过仿真验证试验方案的可实行性，虽说比较烦杂但却对设计一个电路有了基本的经验。同时也使自己认识到：（1）设计思路是整个设计的灵魂拿下每个课题能有一个非常清晰的设计思路是至关重要的。只有对课题的充分理解，对各种器件的熟练掌握，勾画出基本的设计图是成功的关键，必须多花时间在设计上才能为后续工作提供更扎实的基础。翻阅各种资料，上网查询填补所需知识的空白是必要的。（2）调试调试工作是个精细工作。在调试过程中，有些问题是芯片本身损坏引起的，也有些是因为接线问题引起的等，因此排查过程需要特别有耐心，通过对芯片功能的检验，对线路的检查，最

20、后检查出问题所在。当最后解决问题时，电路的正确是非常振奋，也很有成就感和满足感。（3）制作制作过程是一个考验人耐心的过程，不能有丝毫的急躁，电路的焊接要一步一步来，焊点多，走线复杂。这又要我们要灵活处理，一边操作一边构思，在不影响试验的前提下加快进度。总之，在设计过程中学到了许多。作为现代的大学生，如果仅停留在以往的层次上，是远远跟不上时代的步伐，也无法使自己立足在竞争如此激烈的社会里，通过此次实习，看到了自己的水平和差距，学要在今后的学习中又进一步的提高。主要参考文献申永山.电工电子技术实验及课程设计M.机械工业出版社，2011尤佳,李春雷，伍春洪,杨淑华.数字电子技术实验与课程设计M.北京：机械工业出版社.2014.4谢自美.电子线路设计、实验、测试M（第3版）.武汉：华中科技大学出版社，2013.8王喜斌，王凤宇.电子技术实验与课程设计及创新与竞赛M.哈尔滨工业大学出版社，2010陈光明，桂金莲.电子技术课程设计与综合实训M.北京航空航天大学出版社.2007杨力.电子技术课程设计M.中国电力出版社，2009康光华主编.电子技术基础（数字部分）.高等教育出版社.2015康光华主编.电子技术基础（数字部分）.高等教育出版社.2015杨承毅，肖诗海，邹友志.脉冲与数字电