光控电机正反转电路的设计.docVIP

光控电机正反转电路的设计 设计内容与要求 1.当传感器检测到光信号时直流电机正转30秒停止转动，当此光信号撤离后电机正转30秒停止转动。 2．完成原理图和PCB图设计及电路元件参数计算。 3．对设计的电路进行安装调试实现控制功能。 4．要求电路设计规范，费用低，可靠性高。 5．编写好设计文档。 方案论证与对比 1.1方案一 光敏电阻没有光照时，光敏电阻为高阻态，A端为高电位，B C端为低电位,D端为高电位，B端电容通过电阻R3充电形成单脉冲，这时1号单稳态触发器触发，输出为高电平,电机正转30秒。当光敏电阻有光照时，光敏电阻为低阻态，A端为低电位，B C端为高电位，D端为低电位，D端电容通过电阻R6充电形成单脉冲，这时2号单稳态触发器触发，电机反转30秒。 暂稳状态维持一段时间后，将自动返回到稳定状态。暂稳态时间的长短，与触发脉冲无关，仅决定于电路本身的参数。 当B D端电压太大，二极管导通，从而保护了单稳态触发器。R4=R5，C1=C3，R4与C1的乘积决定电机正转的时间，R5与C3的乘积决定电机反转的时间，这样可以很好的达到预定效果。 图1系统结构原理框图 1.2方案二 利用光电三极管将外界环境的明暗变化转换为逻辑量，将光信号转换为电信号。光照到光电三极管，三极管导通，输出的电压为低电平，当光没有照到光电三极管，三极管不导通，输出的电压为高电平。 这个时候通过555定时器组成施密特触发器对波形进行整形。555定时器是一种集模拟，数字于一体的中规模的集成电路，可用于信号的产生和信号的 产生和变换。 施密特触发器及微分电路得到脉冲信号，触发单稳态触发器，最后，利用功率驱动环节驱动直流电机的转动。 图2系统结构原理框图 1.3方案对比与选择 方案一： 优点：① 元器件均为常用元器件。 ② PCB布线较为简单。 缺点：① 元器件较多。 方案二： 优点：① 结构简单，容易制作。 ② 元器件较少。 缺点：① 元器件中的芯片较贵。 ② 元器件较难获得。 经本组成员讨论后决定选用方案一实现设计要求。 2．单元电路介绍 2.1 斯密特触发器 施密特触发器的电压传输特性及工作特点：施密特触发器属于电平触发器件，当输入信号达到某一定电压值时，输出电压会发生突变。施密特触发器是一种特殊的门电路，与普通的门电路不同，施密特触发器电路有两个阈值电压。正向阈值电压（VT+）和负向阈值电压（VT-）。正向阈值电压与负向阈值电压之差，称为回差电压（DVT）。 由74L14整形电路构成的斯密特触发器，当输入电位逐渐升高。电位大于VT+时，则输入为高电平，输出为低电平，当输入电位逐渐降低时，输入电位小于VT+时，则输入为低电平，输出为高电平。斯密特触发器将正弦波变换成同频率的矩形波，改变斯密特触发器的VT+和VT-就可以调节Vo的脉宽，将非矩形波转换为矩形波，当传输线上电容较大时，矩形波的上升沿和下降沿都会明显的被延缓，并且还会产生阻尼震荡，采用斯密特触发器对波形进行整形，只要回差电压选择恰当，就可以达到理想的整形效果。 （a） （b） 图3 CMOS反相器组成的斯密特触发器及波形变换 2.2 555定时器组成的单稳态触发器 （1）无触发信号输入时电路工作在稳定状态 当电路无触发信号时，Vf保持高电平，电路工作在稳定状态，即输出端Vo保持低电平，555内放电三极管T饱和导通，管脚7“接地”，电容电压VC为0V。 （2）Vf下降沿触发 当Vf下降沿到达时，555触发输入端（2脚）由高电平跳变为低电平，电路被触发，Vo由低电平跳变为高电平，电路由稳态转入暂稳态。 （3）暂稳态的维持时间 在暂稳态期间，555内放电三极管T截止，VCC经R向C充电。其充电回路为VCC→R→C→地，时间常数τ1=RC，电容电压VC由0V开始增大，在电容电压VC上升到阈值电压之前，电路将保持暂稳态不变 （4）自动返回（暂稳态结束）时间 当VC上升至阈值电压时，输出电压Vo由高电平跳变为低电平，555内放电三极管T由截止转为饱和导通，管脚7“接地”，电容C经放电三极管对地迅速放电，电压VC迅速降至0V（放电三极管的饱和压降），电路由暂稳态重新转入稳态。 （5）恢复过程 当暂稳态结束后，电容C通过饱和导通的三极管 T放电，时间常数 τ2=RCESC，式中RCES是T的饱和导通电阻，其阻值非常小，因此τ2之值亦非常小。经过（3～5）τ2后，电容C放电完毕，恢复过程结束。 恢复过程结束后，电路返回到稳定状态，单稳态触发器又可以接收新的触