数字电机转速仪.doc

1系统方案设计及论证 2 1.1 设计任务与要求 2 1.2 设计分析 2 2各模块方案论证 2 2.1 光电门检测模块 2 2.2 计时模块 3 2.2.1秒脉冲发生器 3 2.2.2定时部分 3 2.2.3清零部分 3 2.3 转速计数模块 3 2.3.1计数部分 3 2.3.2显示部分 3 3系统的组成与实现 4 3.1 光电门电路的设计实现 4 3.2.1秒脉冲发生器 4 3.2.2定时部分和清零部分 5 3.3 转速计数模块的设计实现 6 3.3.1 计数部分 6 3.3.2 显示部分 7 4系统的仿真 8 4.1 电路仿真 8 4.2 波形仿真 8 5硬件测试结果 8 5.1 硬件测试结果 9 5.1.1测试方法及误差计算 9 5.1.2测试结果 9 6结论 9 参考文献 10 附录 11 附录一：数字转速仪原理图 11 附录二：PCB原件分布图 12 附录三：仿真电路图 13 附录四：元器件清单 16  1系统方案设计及论证 设计任务与要求 设计一个能测量微型直流电机转速的仪器。 （1）转速的误差在±20r/min; （2）用数字形式显示； （3）操作方便，动态性能好。 1.2 设计分析 要成功实现设计任务与要求，系统必须具备以下功能模块：光电门检测模块、频率发生模块、转速计数模块。本方案通过光电门检测模块检测电机在一秒内转动的次数，并向转速计数模块发正脉冲用以计数；由计时模块产生时间控制电路，用以控制计数及停止的时间，设计1:9的时间比例（计数1秒侧转速，停留9秒用以读数）及自动清零功能，增强了系统的自动控制能力；转速计数模块由计数部分和显示部分组成，用以显示电机转速。设计原理图如附录一所示。方案设计框图如下图所示： 图1.1 系统基本框图 2各模块方案论证 2.1 光电门检测模块 方案一：采用直射式红外光电传感器高发射功率红外光电二极管和高灵敏度光电晶体管组成采用非接触检测方光逢宽（分辨率0.4mm，精确度较高，并且功耗低，完全可以满足直流电机在高速运转时的精确检测，相较于ST138的1mm检测范围来说，ST155的0.4mm分辨率具有更高的检测精度，故本方案采用ST155光电传感器为光电门检测模块的主要部分。 方案二：采用反射式红外光电传感器高发射功率红外光电二极管和高灵敏度光电晶体管组成采用非接触检测方式检测距离可调整范围大1mm），可运用于IC卡电度表脉冲数据采样集中抄表系统数据采集水表数据采集传真机碎纸机等办公设备 综上所述，本模块拟采用方案一。 2.2 计时模块 2.2.1秒脉冲发生器 方案一：采用555集成芯片组成的多谐振荡器来产生秒脉冲，通过多谐振荡电路可以产生秒脉冲，通过调节4、6引脚之间电阻的的比例（经计算要产生秒脉冲，R1+2R2=143欧）来调节产生的脉冲，由于结果的多变性使得产生的脉冲不准确，会造成定时的不准确。故不采用此方案。 方案二：采用32768HZ时钟晶振和CD4060分频器组成秒脉冲发生器，将32768HZ时钟晶振接CD4060可准确分出1HZ的频率，比较多谐振荡器产生频率的不确定性，要精确很多。故此方案更优于方案一。 综上所述，本脉冲发生模块拟采用方案二。 2.2.2定时部分 方案一：采用数字集成芯片74LS290组成定时器，74LS290具有同步计数和异步清零功能，可以通过输入的高低电平的不同来转换芯片的功能，并且计数精确，达到准确定时的作用。同时74LS290的工作方式可由MS及MR引脚的高低电平不同来灵活转换，具有很高的自主工作性能。基于74LS290的准确性及较灵活的控制方式，本方案选择74LS29作为定时部分的功能实现芯片。 方案二：采用数字集成芯片74LS160组成定时器，74LS160具有和74LS290基本相同的功能，但是74LS160的同步计数和异步清零端通过不相关的端口接入脉冲，需要较复杂的外围电路来实现其功能，故不具有74LS290灵活的控制方式。 综上所述，本计时模块拟采用方案一。 2.2.3清零部分 方案一：采用4049非门芯片和74LS00与非门芯片实现清零电平的转换，由于非门的延时特性，故与74LS00连接时会产生竞争冒险，使得计数完成之后无法保持显示，直接清零，不便于读数。故不考虑此方案。 方案二：采用三极管构建的触发电路和74LS00与非门芯片实现清零电平的转换，可避免竞争冒险，又灵活运用了三极管可构成的非门功能，在完成清零的同时，不影响数据的保存。故本模块采用此方案。 方案三：采用74HC165锁存器进行按键清零，但此方案不具有自动控制的功能，并且增大了电路的复杂度，使得电路太过繁琐。故不采用此方案。 综上所述，本模块拟采