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1、电机转速检测仪（数字频率计）的设计制作电机转速检测仪（数字频率计）的设计制作指导老师：指导老师：指导老师：指导老师： 学生：学生：学生：学生： 一 设计任务和要求 各种电机在工业得到广泛应用，为了能方便的对电机进行控制、监视、 调速，有必要对电机的转速进行测量，从而提高自动化程度。同时电路能 扩展其应用功能，具有测量频率的功能，因此对电路提出以下基本要求：1对电机转速进行测量，并数字显示，采样单位为每秒几转。2电机转速一般每秒不超过 100 转，采用 2 位十进制已经足够（既 2 个数码管） ，但是考虑到此电路有其他用途，所以仍采用四位数码管，最大可以计数 4 位 十进制，同时可以升级为频率计
2、使用。3转速测量误差每秒不超过一圈，内部时钟稳定度每天不超一秒。4电路原理要求简单，便于制作调试，元件成本低廉易购。二总体方案设计1设计思路（1 1 1）利用光电开关管做电机转速的信号拾取）利用光电开关管做电机转速的信号拾取）利用光电开关管做电机转速的信号拾取）利用光电开关管做电机转速的信号拾取元件，在电机的转轴上安装一圆盘，元件，在电机的转轴上安装一圆盘，元件，在电机的转轴上安装一圆盘，元件，在电机的转轴上安装一圆盘，在圆盘上挖一小洞，小洞上下分别对在圆盘上挖一小洞，小洞上下分别对在圆盘上挖一小洞，小洞上下分别对在圆盘上挖一小洞，小洞上下分别对应着光发射和光接受开关，圆盘转动应着光发射和光接
3、受开关，圆盘转动应着光发射和光接受开关，圆盘转动应着光发射和光接受开关，圆盘转动一圈既光电管导通一次，利用此信号一圈既光电管导通一次，利用此信号一圈既光电管导通一次，利用此信号一圈既光电管导通一次，利用此信号做为脉冲计数所需。做为脉冲计数所需。做为脉冲计数所需。做为脉冲计数所需。（2 2 2）计数脉冲通过计数电路进行有效的计数，）计数脉冲通过计数电路进行有效的计数，）计数脉冲通过计数电路进行有效的计数，）计数脉冲通过计数电路进行有效的计数，按照设计要求每一秒种都必须对计数按照设计要求每一秒种都必须对计数按照设计要求每一秒种都必须对计数按照设计要求每一秒种都必须对计数器清零一次，因为电路实行秒更
4、新，器清零一次，因为电路实行秒更新，器清零一次，因为电路实行秒更新，器清零一次，因为电路实行秒更新，所以计数器到译码电路之间有锁存电所以计数器到译码电路之间有锁存电所以计数器到译码电路之间有锁存电所以计数器到译码电路之间有锁存电路，在计数器进行计数的过程中对上路，在计数器进行计数的过程中对上路，在计数器进行计数的过程中对上路，在计数器进行计数的过程中对上一次的数据进行锁存显示，这样做不一次的数据进行锁存显示，这样做不一次的数据进行锁存显示，这样做不一次的数据进行锁存显示，这样做不仅解决了数码显示的逻辑混乱，而且仅解决了数码显示的逻辑混乱，而且仅解决了数码显示的逻辑混乱，而且仅解决了数码显示的逻
5、辑混乱，而且避免了数码显示的闪烁问题。避免了数码显示的闪烁问题。避免了数码显示的闪烁问题。避免了数码显示的闪烁问题。（3 3 3）对于脉冲记数，有测周和测频的方式。测周电路）对于脉冲记数，有测周和测频的方式。测周电路）对于脉冲记数，有测周和测频的方式。测周电路）对于脉冲记数，有测周和测频的方式。测周电路的测量精度主要受电路系统的脉冲产生电路的的测量精度主要受电路系统的脉冲产生电路的的测量精度主要受电路系统的脉冲产生电路的的测量精度主要受电路系统的脉冲产生电路的影影影影响，对于低频率信号，其精度较高。测频电路其响，对于低频率信号，其精度较高。测频电路其响，对于低频率信号，其精度较高。测频电路其响
6、，对于低频率信号，其精度较高。测频电路其对于正负一的信号差比较敏感，对于低频率信对于正负一的信号差比较敏感，对于低频率信对于正负一的信号差比较敏感，对于低频率信对于正负一的信号差比较敏感，对于低频率信号号号号的测量误差较大，但是本电路仍然采用测频方式，的测量误差较大，但是本电路仍然采用测频方式，的测量误差较大，但是本电路仍然采用测频方式，的测量误差较大，但是本电路仍然采用测频方式，原因是本电路对于马达电机转速精度要求较低原因是本电路对于马达电机转速精度要求较低原因是本电路对于马达电机转速精度要求较低原因是本电路对于马达电机转速精度要求较低，本电路还有升级为频率计使用，而测频方式对，本电路还有升
7、级为频率计使用，而测频方式对，本电路还有升级为频率计使用，而测频方式对，本电路还有升级为频率计使用，而测频方式对高频的精度还是很高的。高频的精度还是很高的。高频的精度还是很高的。高频的精度还是很高的。（4 4 4）显示电路采用静态显示方法，由于静态显示易于）显示电路采用静态显示方法，由于静态显示易于）显示电路采用静态显示方法，由于静态显示易于）显示电路采用静态显示方法，由于静态显示易于制作和调试，原理也较简单，所需元易于购买。制作和调试，原理也较简单，所需元易于购买。制作和调试，原理也较简单，所需元易于购买。制作和调试，原理也较简单，所需元易于购买。（5 5 5）电路时钟是整个电路的关键，他是
8、整个）电路时钟是整个电路的关键，他是整个）电路时钟是整个电路的关键，他是整个）电路时钟是整个电路的关键，他是整个电路有效工作的核心，负责电路的锁存电路有效工作的核心，负责电路的锁存电路有效工作的核心，负责电路的锁存电路有效工作的核心，负责电路的锁存和清零。其基本思路是：产生频率一秒和清零。其基本思路是：产生频率一秒和清零。其基本思路是：产生频率一秒和清零。其基本思路是：产生频率一秒是时钟，当秒时钟到来时，既上升沿到是时钟，当秒时钟到来时，既上升沿到是时钟，当秒时钟到来时，既上升沿到是时钟，当秒时钟到来时，既上升沿到来时，对锁存电路进行锁存，锁存以后来时，对锁存电路进行锁存，锁存以后来时，对锁存
9、电路进行锁存，锁存以后来时，对锁存电路进行锁存，锁存以后才能对计数器进行清零，锁存和清零间才能对计数器进行清零，锁存和清零间才能对计数器进行清零，锁存和清零间才能对计数器进行清零，锁存和清零间隔要充分小，否则就影响电路的计数准隔要充分小，否则就影响电路的计数准隔要充分小，否则就影响电路的计数准隔要充分小，否则就影响电路的计数准确度。鉴于此，对锁存集成必须采用边确度。鉴于此，对锁存集成必须采用边确度。鉴于此，对锁存集成必须采用边确度。鉴于此，对锁存集成必须采用边沿触发形式的集成，并且计数器应该与沿触发形式的集成，并且计数器应该与沿触发形式的集成，并且计数器应该与沿触发形式的集成，并且计数器应该与
10、锁存同步工作，既都在秒时钟的上升沿锁存同步工作，既都在秒时钟的上升沿锁存同步工作，既都在秒时钟的上升沿锁存同步工作，既都在秒时钟的上升沿触发工作。触发工作。触发工作。触发工作。另外大多的译码器都带有锁存功能，但是他的锁存方式基本上都是 电平触发，若设计成电平触发的话，势必会增加电路的复杂度，还 不如直接采用边沿琐存的单集成，所以不使用译码器中的锁存电路。时钟实现方法很多，本电路采用晶振电路，已时钟实现方法很多，本电路采用晶振电路，已时钟实现方法很多，本电路采用晶振电路，已时钟实现方法很多，本电路采用晶振电路，已求得高精度的时钟需求。求得高精度的时钟需求。求得高精度的时钟需求。求得高精度的时钟需
11、求。2 2 2原理框图原理框图原理框图原理框图 如图下。如图下。如图下。如图下。图图图图 1 1 1三三三三设计，原理分析设计，原理分析设计，原理分析设计，原理分析1 1 1信号拾取与整形信号拾取与整形信号拾取与整形信号拾取与整形信号拾取基本原理图如下：信号拾取基本原理图如下：信号拾取基本原理图如下：信号拾取基本原理图如下：12A40106R2 4K7R1 1KVCC电路核心由一个光电开关管组成，平时电机转轮电路核心由一个光电开关管组成，平时电机转轮电路核心由一个光电开关管组成，平时电机转轮电路核心由一个光电开关管组成，平时电机转轮静止，发光二极管所发出的光轮子挡住，所以静止，发光二极管所发出
12、的光轮子挡住，所以静止，发光二极管所发出的光轮子挡住，所以静止，发光二极管所发出的光轮子挡住，所以接收管处于截止状态，接收管处于截止状态，接收管处于截止状态，接收管处于截止状态，1 1 1 端为高电平。当电机转端为高电平。当电机转端为高电平。当电机转端为高电平。当电机转动一圈，会使接收管导通一次，动一圈，会使接收管导通一次，动一圈，会使接收管导通一次，动一圈，会使接收管导通一次，1 1 1 端输出一个低端输出一个低端输出一个低端输出一个低电平，电平，电平，电平，1 1 1 端波形为：端波形为：端波形为：端波形为：整整整整形形形形电电电电路路路路计计计计数数数数器器器器锁锁锁锁存存存存器器器器译
13、译译译码码码码器器器器显显显显示示示示电电电电路路路路时时时时钟钟钟钟电电电电路路路路单单单单稳稳稳稳态态态态在实际电机工作状态中，会受到各方面的干扰，在实际电机工作状态中，会受到各方面的干扰，在实际电机工作状态中，会受到各方面的干扰，在实际电机工作状态中，会受到各方面的干扰，波形会存在许多杂波成分，需要对波形进行处理，波形会存在许多杂波成分，需要对波形进行处理，波形会存在许多杂波成分，需要对波形进行处理，波形会存在许多杂波成分，需要对波形进行处理，处理成符合记计数器所需要的矩型波。处理成符合记计数器所需要的矩型波。处理成符合记计数器所需要的矩型波。处理成符合记计数器所需要的矩型波。波形处理电
14、路有一个施密特触发器组成，波形处理电路有一个施密特触发器组成，波形处理电路有一个施密特触发器组成，波形处理电路有一个施密特触发器组成，如上图。当输入电压逐步升高时，致使如上图。当输入电压逐步升高时，致使如上图。当输入电压逐步升高时，致使如上图。当输入电压逐步升高时，致使 VIVIVI施密特上施密特上施密特上施密特上 VT+VT+VT+，内部触发器发生翻转。当，内部触发器发生翻转。当，内部触发器发生翻转。当，内部触发器发生翻转。当VIVIVI 逐步下降时，致使逐步下降时，致使逐步下降时，致使逐步下降时，致使 VIVT-VT+VT-VT+VT-。所以只要。所以只要。所以只要。所以只要 VIVT+V
15、IVT+VIVT+电路就稳电路就稳电路就稳电路就稳定在高电平，这样就有效的防止了杂波的干定在高电平，这样就有效的防止了杂波的干定在高电平，这样就有效的防止了杂波的干定在高电平，这样就有效的防止了杂波的干扰，并使输出得到矩形脉冲，符合了下级计扰，并使输出得到矩形脉冲，符合了下级计扰，并使输出得到矩形脉冲，符合了下级计扰，并使输出得到矩形脉冲，符合了下级计数的需求。典型的施密特其工作波形如下：数的需求。典型的施密特其工作波形如下：数的需求。典型的施密特其工作波形如下：数的需求。典型的施密特其工作波形如下：本施密特触发器选用本施密特触发器选用本施密特触发器选用本施密特触发器选用 4010640106
16、40106，管脚如下，可以看出内部含，管脚如下，可以看出内部含，管脚如下，可以看出内部含，管脚如下，可以看出内部含有六路同样的施密特触发器，有六路同样的施密特触发器，有六路同样的施密特触发器，有六路同样的施密特触发器，我们只使用其中一组，我们只使用其中一组，我们只使用其中一组，我们只使用其中一组，2 2 2计数电路计数电路计数电路计数电路本电路采用四个同步计数器接成串行工作方本电路采用四个同步计数器接成串行工作方本电路采用四个同步计数器接成串行工作方本电路采用四个同步计数器接成串行工作方式，查数字电路产品资料后，准备采用式，查数字电路产品资料后，准备采用式，查数字电路产品资料后，准备采用式，查数字电路产品资料后，准备采用CD4518CD4518CD4518，管脚如下图，该，管脚如下
