西安工业大学学士学位论文
的重要过程。它既是学生学习、研究与实践成果的全面总结，又是对学生素质与能力的一次全面检验。同时又能了解电力电子技术的发展及应用，学会对一个项目独立的设计，培养学生分析问题和解决问题的能力，提高同学综合运用知识的能力。为今后从事生产和科研打下良好的基础，更好地适应社会，是非常重要的一个阶段。
第三章 系统硬件电路的设计
3.1 主控芯片的选择
高精度电机转速仪系统设计是以主控芯片元件为核心，扩展一些外部电路和外围设备，组成电机测速系统，主要用于电机测速等工农业生产过程中。 在系统设计总体方案的确定中，首先是确定所选择的主控芯片，因为主控芯片是整个设计的核心，所有的外围电路设备都是以主控芯片为中心，是选择其他硬件电路的基础，按照本设计系统的要求，不采用单片机系统，由于在模数逻辑电路的设计中，首先是采集信号，再加上专门的计数、译码和锁存电路。这样设计的电路结构简单，使用方便。本次设计采用了高集成度芯片CD40110和CD40106做为主控芯片，使电路设计简单，并且能够大大提高可靠性。
3.2 硬件电路的实现
本测速系统主要由电源电路、脉冲产生及整形电路、脉冲计数电路、控制电路及显示部分组成。
3.2.1电源电路
在电子电路中，一般都需要稳定的直流电源供电，根据设计电路参数的要
求，本次设计需要正负5V直流电源供电，但考虑到在毕业设计的过程中用直流干电池比较方便，所以选用3节5号干电池代替5v电压源。虽然3节5号干电池的电压只有4.5v，但是电路各部分仍能正常工作过，这给电路的调试带来了很大的方便。如下所示，图3-1是电机调速部分电源电路。
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图3-1 电机调速部分电路
在电源正负极之间加一滤波电容，可以将输入电压中的交流成分大部分加以滤除，从而得到比较平滑的直流电压。给直流电机串联一三极管，并和可变电阻W10K、固定电阻R24并联就可以对电机转速进行调节。可变电阻主要是改变电机两端的电压，三极管主要是对电流进行放大，驱动直流电动机。本设计采用S8050PNP小功率三极管，其引脚图见图3-2。
图 3-2 S8050引脚图
3.2.2电机转速脉冲产生电路
电机转速脉冲产生电路包括传感器脉冲采集电路和脉冲整形放大电路。 （1）光电传感器的脉冲采集电路
在电动机的测速系统中，在电机的转轴上安装测光电传感器或光电编码盘等测速装置，利用电机中转子的旋转所产生的脉冲来反映它的转速。通常所用的传感器有霍尔传感器和光电式传感器。霍尔传感器具有结构简单紧凑、灵敏度高以及传送过程无抖动现象，频率响应宽、寿命长等特性。但霍尔传感器存在一定程度的磁不敏感区，会降低电机转速测量的可靠性，增大测量误差，且对安装位置
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要求精确，因此安装调试比较复杂，并且用于产品开发时，会间接增加开发成本。而光电式传感器是利用光电元件，使用遮光板对信号进行阻断，产生一系列反映转子转速位置的脉冲信号。其检测分辨率高、性能稳定，适用于检测各种设备转速，因此本设计采用光电式传感器。
本设计采用透射式光电传感器来采集电机转速的信号。相对于传统的方法而言，该方法将成本低，其性能稳定，器件体积小，适用于进行各种电机测速。如图3-3所示，分别为ITR-9608红外光电传感器和遮光板。
图3-3 ITR-9608光电传感器和遮光板
如图3-3所示，遮光板的中心点位置用来固定在电机转轴上。传感器固定在支架上，使遮光板放置在槽式传感器的槽中间（发光二极管与光敏电阻之间）。如下图所示电路是光电传感电路及脉冲产生电路转换电路。槽式电传感器由+5V电源供电使光电二极管持续发光，当槽中无遮蔽挡物时，光敏三极管感光导通，输入到运放为0V，有遮挡物时光敏三极管断截止，输出端out为+5V。信号盘随电机转轴旋转时，信号盘的缺齿经过探头时，光透过缺口产生感应。传感器就输出1个脉冲信号，但是由于光电晶体管导通与关断时，有相应的时间延迟，致使传感器直接产生的脉冲信号，并没有严格的上升沿与下降沿，这对脉冲信号的采集极为不便，因此由传感器产生的脉冲信号还需要一定的整形与放大，这样才能有严格的上升沿与下降沿，便于电机转速脉冲信号的采集，电机转速脉冲信号输出如图3-4所示。
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图 3-4 信号采集及脉冲整形
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，处理成方便计数器计数的矩型波。
波形处理电路由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VI>施密特上限阀值电压VT+，内部触发器发生翻转。当VI逐步下降时，致使VI<下限阀值电压VT-，电路再次发生翻转，通常VT+>VT-。所以只要VI
图 3-5 用施密特触发器实现脉冲整形
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本设计选用集成施密特触发器CD40106，引脚图如下所示，可以看出内部含有六路同样的施密特触发器， 每个电路均为在两输入端具有施密特触发器功能的反相器，我们先使用其中一组。
图3-6 CD40106引脚图
3.2.3计数电路
计数部分选用CMOS4000系列芯片CD40110，下面对该芯片做简要说明： CD40110为十进制可逆计数器/锁存器/译码器/驱动器，具有加减计数，计数器状态锁存，七段显示译码输出等功能。 图3-7 为CD40110引脚图。
图3-7 CD40110引脚图
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