轉(zhuǎn)速測(cè)量顯示邏輯電路設(shè)計(jì)

1、電工電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)題目 ：轉(zhuǎn)速測(cè)量顯示邏輯電路設(shè)計(jì)班級(jí) ：09無非一班 學(xué)號(hào) ：200910210140 姓名 : 王娟麗 指導(dǎo) : 魯老師 時(shí)間 : 2011.6.10 景德鎮(zhèn)陶瓷學(xué)院電工電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)任務(wù)書姓名 _王娟麗_    班級(jí) _09無非一班_         指導(dǎo)老師 魯老師       題目: 轉(zhuǎn)速測(cè)量顯示邏輯電路設(shè)計(jì)課題的任務(wù)和要求1.分析電路由幾個(gè)部分組成，并用方

2、框圖對(duì)它進(jìn)行整體描述；2.畫出對(duì)應(yīng)的單元電路，分析電路原理、元件參數(shù)、所起的作用、以及與其他部分電路的關(guān)系等等；3.用簡(jiǎn)單的電路圖繪圖軟件繪出整體電路圖;4.對(duì)整體電路原理進(jìn)行完整功能描述；5.列出標(biāo)準(zhǔn)的元件清單；6.測(cè)速顯示范圍為09999轉(zhuǎn)/分。7.單位時(shí)間選為一分鐘，且有數(shù)字顯示。8.轉(zhuǎn)速顯示是前一分鐘轉(zhuǎn)速測(cè)量的結(jié)果，或者數(shù)字連續(xù)顯示計(jì)數(shù)過程，并將每分 鐘最后時(shí)刻的數(shù)字保持顯示一個(gè)給定時(shí)間，例如5秒或10秒，而后再重復(fù)前述過程。設(shè)計(jì)步驟 1.查找和閱讀又關(guān)資料2.進(jìn)行總體方案設(shè)計(jì)與論證，畫框圖；3.進(jìn)行單元電路的設(shè)計(jì)；4.元器件選擇與參數(shù)計(jì)算；5.用四號(hào)圖紙繪制原理圖；6.撰寫設(shè)計(jì)說明書

3、;7.寫心得體會(huì)；參 考文獻(xiàn)【1】秦曾煌.電工學(xué)簡(jiǎn)明教程，2版.北京：高等教育出版社，2007(6).【2】任致程.新編實(shí)用電工電路300例，1版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006(10).【3】齊寶林.電工快速識(shí)圖，1版.福州：福建科學(xué)技術(shù)出版社，2005（1）.【4】劉建 河北建筑工程學(xué)院報(bào) 2008。目錄1. 總體方案與原理說明. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42. 信號(hào)拾取與整形電路. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4、. . . . . . . . .53. 計(jì)數(shù)電路. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .64. 鎖存電路. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 75. 譯碼顯示電路. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5、. . 86. 總體電路原理相關(guān)說明 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .117. 總體電路原理圖. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128. 元件清單；. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139. 參考文獻(xiàn). . . . . . . . . . . . . . .

6、 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1410. 設(shè)計(jì)心得體會(huì). . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .151總體方案與原理說明 速的測(cè)量應(yīng)用面很廣， 改進(jìn)其精確度和可靠性非常必要，為了能方便的對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制、監(jiān)視、調(diào)速，有必要對(duì)電機(jī)的轉(zhuǎn)速進(jìn)行測(cè)量，從而提高自動(dòng)化程度。同時(shí)電路能擴(kuò)展其應(yīng)用功能，具有測(cè)量頻率的功能，因此對(duì)電路提出以下基本要求：對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速進(jìn)行測(cè)量，并數(shù)字顯示，采樣單位為每秒幾轉(zhuǎn)/每分鐘60N轉(zhuǎn)。

7、 電機(jī)轉(zhuǎn)速一般每秒不超過100轉(zhuǎn)，采用2位十進(jìn)制已經(jīng)足夠（既2個(gè)數(shù)碼管），但是考慮到此電路有其他用途，所以仍采用四位數(shù)碼管，最大可以計(jì)數(shù)4位十進(jìn)制，同時(shí)可以升級(jí)為頻率計(jì)使用。設(shè)計(jì)思路：在轉(zhuǎn)軸上套裝一圓盤，圓盤有空孔，反射器和感應(yīng)器在上下兩邊，在遮光處感應(yīng)器接受不到信號(hào)，讀數(shù)為零，待轉(zhuǎn)到空孔處時(shí)，感應(yīng)器接收到光信號(hào)，再轉(zhuǎn)化成電信號(hào)，儲(chǔ)存起來，計(jì)數(shù)為1.。裝置有整形電路，計(jì)數(shù)器，鎖存器，譯碼器，顯示電路，時(shí)鐘電路，單穩(wěn)態(tài)電路。原理框圖：譯碼器鎖存器計(jì)數(shù)器整形電路單穩(wěn)態(tài)時(shí)鐘電路顯示電路2. 信號(hào)拾取與整形（整形電路）信號(hào)拾取基本原理圖如下：電路核心由一個(gè)光電開關(guān)管組成，平時(shí)電機(jī)轉(zhuǎn)輪靜止，發(fā)光二極管所

8、發(fā)出的光被輪子擋住，所以接收管處于截止?fàn)顟B(tài)，1端為高電平。當(dāng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，會(huì)使接收管導(dǎo)通一次，1端輸出一個(gè)低電平，1端波形為：波形處理電路有一個(gè)施密特觸發(fā)器組成，如上圖。當(dāng)輸入電壓逐步升高時(shí)，致使VI>施密特上VT+，內(nèi)部觸發(fā)器發(fā)生翻轉(zhuǎn)。當(dāng)VI逐步下降時(shí)，致使VI<VT-，電路再次發(fā)生翻轉(zhuǎn)，通常VT+>VT-。所以只要VI<VT-電路就能穩(wěn)定在低電平，VI>VT+電路就穩(wěn)定在高電平，這樣就有效的防止了雜波的干擾，并使輸出得到矩形脈沖，符合了下級(jí)計(jì)數(shù)的需求。典型的施密特其工作波形如下：本施密特觸發(fā)器選用40106，管腳如下，可以看出內(nèi)部含有六路同樣的施密特觸發(fā)器，我

9、們只使用其中一組3、計(jì)數(shù)電路（計(jì)數(shù)器）本電路采用四個(gè)同步計(jì)數(shù)器接成串行工作方式，查數(shù)字電路產(chǎn)品資料后，準(zhǔn)備采用CD4518，管腳如下圖與其工作波形如下：輸入輸出波形CD4518管腳從4518應(yīng)用手冊(cè)給出的真值表看出，CD4518有兩個(gè)時(shí)鐘輸入端CP和EN（ENABLE A或B），若用時(shí)鐘上升沿觸發(fā)，信號(hào)從CP端輸入，此時(shí)EN端接高電平“1”，若用時(shí)鐘下降沿觸發(fā)，信號(hào)從EN端輸入，此時(shí)CP端應(yīng)接低電平“0”，不僅如此，清零端（RESET）也應(yīng)該保持低電平“0”， 只有滿足了這些條件，電路才會(huì)處于計(jì)數(shù)狀態(tài) CD4518真值表我們還從真值表里可以得出，利用EN端下降沿觸發(fā)的特點(diǎn)組成N位十進(jìn)制計(jì)數(shù)器。

10、從波形分析，當(dāng)輸入端的計(jì)數(shù)脈沖到第10個(gè)時(shí)，電路自動(dòng)復(fù)位0000狀態(tài)，因?yàn)?518沒有進(jìn)位功能的引腳，所以應(yīng)該充分利用第6或14腳輸出脈沖的下降沿，利用該脈沖和EN端相連，就可以實(shí)現(xiàn)電路進(jìn)位的功能，根據(jù)分析結(jié)果，電路設(shè)計(jì)如下：計(jì)數(shù)脈沖另外從4518波形參數(shù)表可查其RESET端所需的清零電平寬度在VDD=5V時(shí)應(yīng)該大于250ns，既清零信號(hào)寬度應(yīng)至少大于250ns才能有效的將計(jì)數(shù)器清零，從測(cè)量的準(zhǔn)確度要求來看，250ns周期，率f=1/=1/250=4M，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于我們所測(cè)量的頻率最高值10KH，所以我們至少可以將其運(yùn)用與小于M級(jí)別頻率的測(cè)量。4. 鎖存電路（鎖存器）：鎖存集成有電平和邊沿觸發(fā)之分

11、，設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮進(jìn)去，內(nèi)部構(gòu)造大都采用D觸發(fā)器形式，查閱數(shù)據(jù)集成資料并，發(fā)現(xiàn)8D鎖存器74LS324正適合要求，這款集成多在計(jì)算機(jī)電路中運(yùn)用，而且容易購(gòu)買，此集成為20腳封裝，內(nèi)部有8個(gè)D鎖存器，采用兩個(gè)這樣的集成便可以實(shí)現(xiàn)4位10進(jìn)制的的數(shù)據(jù)傳輸，它以上升沿作為CP端（即CLK）的有效觸發(fā)，將8個(gè)D輸入同時(shí)打到輸出Q端，在輸出端加有三態(tài)驅(qū)動(dòng)，其內(nèi)部其管腳排列如下右內(nèi)部 從此集成參數(shù)和真值表（如下），在其（1）腳使能端加上低電平才能有效得使輸出端得到所需的數(shù)據(jù)，其他狀態(tài)不傳送數(shù)據(jù)，也可從上圖分析此（1）腳是控制三態(tài)門的，相當(dāng)于電路的通斷開關(guān)，只有接低電平，電路才能正常工作。左圖可知在滿足了O

12、E端低電平的條件下，只有在CP端的上沿到來時(shí)間才能使Q端有效翻轉(zhuǎn)，達(dá)到我們預(yù)期設(shè)計(jì)所需要的邊沿觸發(fā)的要求。但從時(shí)鐘的角度出發(fā)，對(duì)374的邊沿特性仍然有要求，否則在鎖存未穩(wěn)定前就將計(jì)數(shù)器清零勢(shì)必造成顯示的錯(cuò)誤。我們從374應(yīng)用手冊(cè)中給出的數(shù)據(jù)中可知，在cp端的上升沿到來時(shí)，從Q端輸出延時(shí)有1528ns，數(shù)據(jù)和波形分別如下：時(shí)隙極限(ns)測(cè)試環(huán)境minmaxTplhTphl15192828CL=45pfRL=667因此從CP端的上沿到達(dá)時(shí)既超過1 .3V電壓時(shí)，可以使Q端翻轉(zhuǎn)，只要在此時(shí)間內(nèi)計(jì)數(shù)器不清零就可以使電路正常工作，時(shí)鐘設(shè)計(jì)時(shí)就可以此為依據(jù)。5、譯碼顯示電路（譯碼器、顯示電路）電源負(fù)端數(shù)

13、碼管的外形尺寸和內(nèi)部構(gòu)造如圖所示，王娟麗a b c d e f g dp/ / / / /1 2 3 4 5 E D C dp / / / / / /10 9 8 7 6 G F A B主要參數(shù)如下：1.6V4.2V；功耗400mW，工作電流10mA；分共陽(yáng)共陰兩種極性，本電路選用共陰。其引腳按頂視圖的（1）腳開始，順時(shí)針讀數(shù)，（3）腳和（8）腳為公共腳，其中（5）腳為小數(shù)點(diǎn)，本電路不做連接。引腳分別如下：數(shù)碼管與配套的驅(qū)動(dòng)集成器件一起工作，通常稱為段譯碼器。管腳排列如下：集成從（2）（5）腳依次輸入二進(jìn)制BCD碼的高位到低位，（9）腳15腳輸出點(diǎn)燃數(shù)碼管所需要的二進(jìn)制電壓，(1)端為瑣存控制

14、，（7）端位消隱端，（6）端為L(zhǎng)6CD用。同時(shí)，從原先的設(shè)計(jì)思路出發(fā)，（1）腳鎖存端不使用，再結(jié)合其真值表，（1）腳需接高電平，而（6）、（7）均需接底電平，滿足此要求才能正常工作。譯瑪器和數(shù)碼管工作的方式一般有動(dòng)態(tài)掃描和靜態(tài)驅(qū)動(dòng)兩種，前著電路工作原理較為復(fù)雜，數(shù)碼管處于連續(xù)依次被點(diǎn)燃狀態(tài)，利用人眼視覺惰性產(chǎn)生數(shù)字顯示靜態(tài)的效果，通常只用兩塊集成就可以完成譯碼和顯示的工作。根據(jù)管腳分布和譯碼參數(shù)及管腳分布，電路設(shè)計(jì)如下：時(shí)鐘電路及波形設(shè)計(jì)根據(jù)以上各電路功能模塊的需求，時(shí)鐘電路總共需要產(chǎn)生兩路輸出信號(hào)，一路是頻率為1秒的標(biāo)準(zhǔn)矩形脈沖，利用其上沿對(duì)鎖存器進(jìn)行鎖存，另一路是計(jì)數(shù)器的清零脈沖，要求脈沖

15、寬度250ns才可以有效得將計(jì)數(shù)器清零，頻率仍然是1秒。而且在鎖存以后才可以對(duì)計(jì)數(shù)器進(jìn)行清零，考慮到鎖存在25ns之內(nèi)完成工作，所以只要電路調(diào)試得當(dāng)，無須再加延時(shí)電路，而且從上面設(shè)計(jì)的方框圖可知，矩形脈沖經(jīng)過一個(gè)單穩(wěn)態(tài)電路以后才產(chǎn)生清零脈沖，單穩(wěn)態(tài)集成也存在不可人為的延時(shí)存在，所以電路可以正常工作。各部分設(shè)計(jì)如下：1） 時(shí)鐘產(chǎn)生電路對(duì)于2HZ的方波仍然無法讓電路正常工作，需要進(jìn)行2分頻才能產(chǎn)生1秒的時(shí)鐘，因此本電路設(shè)計(jì)一個(gè)JK觸發(fā)器進(jìn)行2分頻，分頻后的方波可以直接用來控制鎖存電路的工作。本電路采用CD4027作為2分頻的器件，其管腳分布為：從圖可知，內(nèi)部含有兩套相同的JK觸發(fā)器，（1和（2）為

16、輸出端，（3）腳為前級(jí)時(shí)鐘輸入，（4）和（7）腳分別是更新和復(fù)位腳，本電路要將其接低電平，（5）和（6）腳為JK端，需接高電平。從（1）腳輸出的信號(hào)既是所需要的1HZ方波。單穩(wěn)態(tài)設(shè)計(jì)4027第（3）腳輸出的方波仍然無法進(jìn)行正常清零的工作，此腳需要接一單穩(wěn)態(tài)處理后才能進(jìn)行清零。單穩(wěn)態(tài)電路輸出的波形寬度至少要達(dá)到250ns才能正常清零。查有關(guān)集成庫(kù)發(fā)現(xiàn)CD4528是一種雙可重觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)器件，它的管腳及真值表分別如下：CD4528里同樣有兩組單穩(wěn)態(tài)電路，（1）和（2）是微分定時(shí)輸入，（3）腳是使能端，（4）和（5）組成與門電路，（5）腳與（4）腳反相，因?yàn)榇穗娐分恍枰恢荒_輸入端，我們使用（4）腳同

17、相端輸入，將（5）腳接高電平即可。（6）和（7）是輸出端。根據(jù)真值表，需要將第（3）腳即clear腳接高電平，電路接線如下：圖R3和C3組成微分定時(shí)，單穩(wěn)態(tài)輸出波寬度為0.2*R3*C3*(VDD-VSS)，本電路由10K和0.01UF組成，輸出TW寬度為25us（標(biāo)準(zhǔn)值）,遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足計(jì)數(shù)器所需要的250ns的時(shí)間寬度。根據(jù)以上分析畫出時(shí)鐘電路總接線圖，如下所示：6、 總體電路原理相關(guān)說明 總體原理( 1 )機(jī)轉(zhuǎn)速的信號(hào)拾取元件，在電機(jī)的轉(zhuǎn)軸上安裝一圓盤，在圓盤上挖一小洞，小洞上下分別對(duì)應(yīng)著光發(fā)射和光接受開關(guān)，圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)一圈既光電管導(dǎo)通一次，利用此信號(hào)做為脈沖計(jì)數(shù)所需。( 2 ) 計(jì)數(shù)脈沖通過計(jì)數(shù)

18、電路進(jìn)行有效的計(jì)數(shù)，按照設(shè)計(jì)要求每一秒種都必須對(duì)計(jì)數(shù)器清零一次，因?yàn)殡娐穼?shí)行秒更新，所以計(jì)數(shù)器到譯碼電路之間有鎖存電路，在計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)的過程中對(duì)上一次的數(shù)據(jù)進(jìn)行鎖存顯示，這樣做不僅解決了數(shù)碼顯示的邏輯混亂，而且避免了數(shù)碼顯示的閃爍問題。（3）對(duì)于脈沖記數(shù)，有測(cè)周和測(cè)頻的方式。測(cè)周電路的測(cè)量精度主要受電路系統(tǒng)的脈沖產(chǎn)生電路的影響，對(duì)于低頻率信號(hào)，其精度較高。測(cè)頻電路其對(duì)于正負(fù)一的信號(hào)差比較敏感，對(duì)于低頻率信號(hào)的測(cè)量誤差較大，但是本電路仍然采用測(cè)頻方式，原因是本電路對(duì)于馬達(dá)電機(jī)轉(zhuǎn)速精度要求較低，本電路還有升級(jí)為頻率計(jì)使用，而測(cè)頻方式對(duì)高頻的精度還是很高的。（4）顯示電路采用靜態(tài)顯示方法，由于靜態(tài)

19、顯示易于制作和調(diào)試，原理也較簡(jiǎn)單，所需元易于購(gòu)買。7、總體電路原理圖8.元器件清單見下表。 器件名稱：用處及規(guī)格數(shù)量IC CD 40106整形1IC CD4518計(jì)數(shù)2IC 74LS374鎖存2IC CD4543譯碼4IC CD4060時(shí)鐘產(chǎn)生1IC CD40272分頻1IC CD4528單穩(wěn)態(tài)1光電開關(guān)管1晶振32.768k1 LED數(shù)碼顯示4 除此外電容電組若干，供電電源等未列入清單。9.參考文獻(xiàn)【1】秦曾煌.電工學(xué)簡(jiǎn)明教程，2版.北京：高等教育出版社，2007(6).【2】任致程.新編實(shí)用電工電路300例，1版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006(10).【3】齊寶林.電工快速識(shí)圖，1版.福州：福建科學(xué)技術(shù)出版社，2005（1）.【4】劉建 河北建筑工程學(xué)院報(bào) 2008?！?】秦曾煌；電工學(xué)簡(jiǎn)明教程；高等教育出版社；2007.6【6】王澄非；電路與數(shù)字邏輯設(shè)計(jì)實(shí)踐；東南大學(xué)出版社；1999.10【7】李銀華；電子線路設(shè)計(jì)指導(dǎo)；北京航空航天大