直流电机测速解析

北京工业大学课程设计报告（数电课设题目）直流电机测速班级：130242学号：13024212姓名：王栩晖组号：192015一.设计技术指标及设计要求（一）设计任务设计一个能对直流电机运行速度进行调速和测速的电路。（二）基本要求设计一个脉宽调速电路，实现对直流电机转速的控制。利用光电脉冲转换、整形、门控电路和计数电路测出直流电机的转速，并显示在数码管上。要求转速300转/分以下，越低越好。（三）扩展要求在完成基本要求的基础上加光耦脉冲计数和相位判别电路，进而识别电机的转向，并由LED显示转向的正反。三.设计框架0控制转向 电路四.设计方案选择及方案比较总体设计思路由555组成的方波发生器提供驱动电机的方波，再经由脉宽调整电路改变脉冲的宽度，从而改变直流电机的转速。驱动电路由达林顿三极管及开关组成，达林顿三极管放大电流以驱动电机。开关选择双刀双掷开关，使得电路桥式导通，以达到改变电机转向的目的。光电脉冲转换电路有光耦组成，用来计数电机转速，输出的信号通过脉冲整形后输入计数器电路。计数器电路分为60秒计时器和转速计数器两部分，后面会详细介绍。各方案比较经查询资料，实验指导上提示的单稳触发器CD14538双比较器LM393,整流二极管及5V稳压二极管都不需要使用，所以实验方案以上述方案为准。五系统选用的元器件NE555*2达林顿三极管TIP122槽型光耦微型直流电机74LS0074LS161双刀双掷开关电阻，导线，电容主要芯片说明1)NE555定时器是一种多用途的数字模拟混合集成电路，利用它能极方便地构成施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器。组成的施密特触发器可用于脉冲的整形，单稳态触发器可用于调整脉冲的宽度，多谐振荡器可用于提供方波信号。因而NE555广泛用于信号的产生、变换、控制与检测。其工作原理如下：本RS触发器，一个放电开关T,比较器的参考电压由三只5KQ的电阻器构成分压，它们分别使高电平比较器A1同相比较端和低电平比较器A2的反相输入端的参考电平为2/3Vcc和1/3VccoA1和A2的输出端控制RS触发器状态和放电管开关状态。当输入信号输入并超过2/3Vcc时，触发器复位，555的输出端3脚输出低电平，同时放电，开关管导通；当输入信号自2脚输入并低于1/3Vcc时，触发器置位，555的3脚输出高电平，同时放电，开关管截止。Rd是复位端，当其为0时，555输出低电平。平时该端开路或接VCCVc是控制电压端（5脚），平时输出2/3Vcc作为比较器A1的参考电平，当5脚外接一个输入电压，即改变了比较器的参考电平，从而实现对输出的另一种控制，在不接外加电压时，通常接一个0.01uf的电容器到地，起滤波作用，以消除外来的干扰，以确保参考电平的稳定。T为放电管，当T导通时，将给接于脚7的电容器提供低阻放电电路构成单稳态触发器如右图 为由555定时 器和外接定 时元件R、CCViO.Oluf2CK13D627555OUTVoDcCvGNDO.OlufCq构成的单稳态触发器。D为钳位二极管，稳态时555电路输入端处于电源电平，内部放电开关管T导通，输出端Vo输出低电平，当有一个外部负脉冲触发信号加到Vi端。并使2端电位瞬时低于1/3VCC，低电平比较器动作，单稳态电路即开始一个稳态过程，电容C开始充电，Vc按指数规律增长。当Vc充电到2/3Vcc时，高电平比较器动作，比较器A1翻转，输出Vo从高电平返回低电平，放电开关管T重新导通，电容C上的电荷很快经放电开关管放电，暂态结束，恢复稳定，为下个触发脉冲的来到作好准备。波形图如下：暂稳态的持续时间TW（即为延时时间）决定于外接元件R、C的大小，Tw=1.1RC。通过改变R、C的大小，可使延时时间在几个微秒和几十分钟之间变化。当这种单稳态电路作为计时器时，可直接驱动小型继电器，并可采用复位端接地的方法来终止暂态，重新计时。此外需用一个续流二极管与继电器线圈并接，以防继电器线圈反电势损坏内部功率管。构成多谐振荡器如图3-4,由555定时器和外接元件R、0、C构成多谐振荡器，脚2与脚6直接相连。电路没有稳态，仅存在两个暂稳态，电路亦不需要外接触发信号，利用电源通过Ri、R向C充电，以及C通过R向放电端De放电，使电路产生振荡。电容C在2/3Vcc和1/3Vcc之间充电和放电，从而在输出端得到一系列的矩形波，对应的波形如图3-5所示。图3-4555构成多谐振荡器图3-5多谐振荡器的波形图输出信号的时间参数是：T=twitw2twi=0.7(R+R2)Ctw2=0.7R2C其中，twi为Vc由1/3VCC上升到2/3Vcc所需的时间，tw2为电容C放电所需的时间。达林顿三极管tip122:C fti i i * t=i r-i i1 ,0I0-J Lr - 0JJ4曲 ；!Js 1TIP122 J；卜、；wriJ；Q mm mmiai 1 ibi 9BCMI IE(4)光电耦合管 光电耦合管是一个光感应器，当光通路被阻断，则电流中断，所以它可以用来对电机转数进行监测，电机每转一圈即阻断耦合管的光路一次，从而在光电耦合管的输出端送出一个个脉冲，提供计数器的脉冲输入。六.系统各部分电路说明各单元的工作原理及工作过程，公式推导，参数计算1.方波方生器NE555组成的多谐振荡器，用它产生的方波信号带动后面的电机转动，3脚为输出管脚。根据NE555组成的多谐振荡器的性质，由血的波形可以求得电容C的充电时间Ti和放电时间丁2各为Ti=(R+R2)CInVcc-VT-=(Ri+R2)CIn2,Vcc-VtI0-VTT2=R2CIn=R2CIn20-Vt_故电路的振荡周期为T=Ti+T2=(Ri+2R2)CIn2,荡频率为f=1J二、.T(R1+2R2)CIn2当f=100Hz时，（Ri2R2）C=0.0144,可令C=1f,Ri=R2,则可求得R=R2=4.8k.VCC 5VC1sXR14.8kohmVCC RSTDISTHRR2TRI4.8kohmC2C1-1uF8 U1OUTCONGND干 0.01uF1 LM555CN歹 Osdlioscope-XSCl上也仿真的方波周期为9.981ms,即100.2Hz2 .脉宽调整电路其是由NE555组成的单稳态触发器，当信号从2脚进入后，通过调节滑动变阻器R3的阻值，可以改变脉冲的宽度，从而实现对直流电机转速的控制。根据由NE555组成的单稳态触发器的性质，输出脉冲的宽度tw等于暂稳态的持续时间，而暂稳态的持续时间取决于外接电阻R和电容C的大小。tw等于电容电压在充电过程中从0上升到沁所需要的时间，因此得tw=RCInVcc -0Vcc -(2/3)Vcc=RCln 3=1.1RC占空比q=tw/T利用上式，根据电路中所需的脉宽计算出相应的电阻电容值。本实验中要对100Hz的脉冲进行脉宽调整，可令C3=lNf,则对应的电阻R3OJCLK-74LS161NUUB：g咚工必i-3J2KPHMTDCDHEXDCDHEXU129R8B-ET-E-cia-LtXfcDYLftCLK74LS161NU15CmiZKT74LS161NU13AC1f=1/T=1/0.693期1+2R2）14M渡等富(2)74LS00Y=(AB)IivputInputOutputABYLLHLMHHLHHHL四组2输入端与非门（正逻辑）(2)74LS20Connection DiagramFunction Table两个4输入与非门，内含两组4与非门第一组：1,2,4,5输入6输出。第2组：9,10,12,13输入8输出十.收获和体会