直流电机转速检测与脉宽调速器的设计Word格式文档下载.docx

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2.4.2电机驱动电路10

2.4.3转速检测电路与信号整形放大电路10

2.4.4脉冲输出电路11

2.4.5计数显示电路12

2.4.6总体电路图12

总结14

致谢15

参考文献16

1绪论

1.1课题描述

目前直流调速在工业生产中有相当广泛的应用，直流调速的转速比更大，可在全部的调速范围内都能获得良好的转矩特性。

放眼望去，交流电机占据了传动应用的绝大多数地盘，大有取代直流电机的趋势，但实际在许多场合人们仍在使用直流调速。

交流电机结构比直流电机简单，便于维护，价格低。

由于变频技术的发展，交流变频调速的性能越来越接近直流调速，因而人们更愿意使用交流变频调速。

众所周知，许多科学实验都离不开电，并且在这些实验中经常会对通电时间、电压高低、电流大小以及动态指标有着特殊的要求，.全数字直流调速装置，采用8位单片微机技术，性能优良，运行可靠，并且具极高的性能价格比. 

设计方案的提出，更进一步说明了这类电机的好处直流电机产品是工业自动化，家庭现代化等各个领域广泛应用不可缺少的基础产品，与其它类型的电机相比，它具有良好的起动性能，且能在宽广的范围内平滑而经济地调速，过载能力较强，热动和制动转矩较大，因此直流电动机在起动和调速要求较高的生产机械上广泛地被应用。

随着人们生活水平迅速提高，对视听设备品质要求也在不断提高，这类产品为小功率直流电机提供了广阔市场，因此高精度控制直流电机转速成为发展的必然趋势。

电动机的转速是一个较为重要的运行参数，也有很多种用于测量转速的仪表，如：

机械软轴式转速表、频率-电压转换式转速表、数字式转速表等，它们中间有的成本很高而且精度较差、有的工艺复杂而且可靠性不高。

本文介绍了一种利用霍尔传感器制与十进制计时器组成的智能转速表，不仅精度高、工艺简单、线路简洁，而且可靠性高、功能强，可以对电机进行大范围速度检测。

1.2基本工作原理及框图

本课程设计设计的直流电动机转速检查和PWM调速器电路由转速检测电路、脉冲输出电路、计数显示电路、PWM信号产生和放大电路、电机驱动电路构成。

其基本工作原理框图如图1所示。

图1基本工作原理框图

2相关芯片及硬件电路设计

2.1555电路

555集成定时器是模拟功能和数字逻辑功能相结合的一种双极型中规模集成器件。

它是由上、下两个电压比较器、三个5kΩ电阻、一个RS触发器、一个放电三极管 

T以及功率输出级组成。

外加电阻、电容可以组成性能稳定而精确的多谐振荡器、单稳电路、施密特触发器等，应用十分广泛。

2.1.1555电路的功能特性

555定时器的外引线排列图和内部原理图如图2、图3所示，功能见表1所示。

比较器 

C1的反相输入端⑤接到由三个5 

kΩ电阻组成的分压网络的2/3Vcc处（⑤也称控制电压端），同相输入端⑥为阀值电压输入端。

比较器C2的同相输入端接到分压电阻网络的1/3Vcc处，反相输入端②为触发电压输入端，用来启动电路。

两个比较器的输出端控制RS触发器。

RS触发器设置有复位端RD④，当复位端处干低电平时，输出③为低电平。

控制电压端⑤是比较器C1的基准电压端，通过外接元件或电压源可改变控制端的电压值，即可改变比较器C1、C2的参考电压。

不用时可将它与地之间接一个O．01μF的电容，以防止干扰电压引入。

555的电源电压范围是+4.5～+18V，输出电流可达100～200mA，能直接驱动小型电机、继电器和低阻抗扬声器 

。

图2555电路引脚图

2.1.2555电路内部结构及功能表

图3555电路内部结构

表1555芯片功能表

TH复位放电端输出

>

>

H导通L

<

H保持保持

<

<

H截止H

XXL导通L

2.2CD4511芯片

CD4511 

是一片 

CMOS 

BCD—锁存/7 

段译码/驱动器，用于驱动共阴极 

LED 

（数码管）显示器的 

BCD 

码—七段码译码器。

其特点具有BCD转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能的CMOS电路能提供较大的拉电流。

可直接驱动共阴LED数码管。

引脚功能：

DA~DD：

二进制数据输入端

BI：

输出消隐控制端

EL：

数据锁定控制端

LT：

灯测试端

OA~OG：

数据输出端

图4CD4511引脚图

2.3CD4518芯片

2.3.180C51芯片的介绍及引脚图

CD4518是一个双BCD同步十进制加计数器，由两个相同的同步4级计数器组成。

CD4518引脚功能（管脚功能）如下：

CLR、CLK：

时钟输入端。

RCO：

清除端。

ENT、ENP：

计数允许控制端。

QA～QD：

计数器输出端。

A～D：

计数器输入端。

图5CD4518引脚图

2.3.2CD4518功能

CD4518是一个同步加计数器，在一个封装中含有两个可互换二/十进制计数器，其功能引脚分别为1～7和9～{15}.该CD4518计数器是单路系列脉冲输入（1脚或2脚；

9脚或10脚），4路BCD码信号输出（3脚～6脚；

{11}脚～{14}脚）。

CD4518控制功能：

CD4518有两个时钟输入端CP和EN,若用时钟上升沿触发,信号由CP输入,此时EN端为高电平

（1）,若用时钟下降沿触发,信号由EN输入,此时CP端为低吨平（0）,同时复位端Cr也保持低电平（0）,只有满足了这些条件时,电路才会处于计数状态.否则没办法工作。

表2CD4518功能表

输入

输出

CP

1

X

CR

EN

0

X

Q1~Q4

计数

保持

保持

复位

2.4主要电路的电路图及原理

2.4.1PWM信号产生电路

电路图如5-0所示。

对C2进行充电时，充电电流通过R1，D1,RW2，RW2;

放电时通过RW1，D2，R2。

当RW1不变，调节RW2，仅改变占空比，对频率无影响。

当RW2不变，调节RW1，仅频率改变，占空比不变。

由仿真波形可以计算出占空比可调范围为30%~60%

最大调节频率Fmax=

（1）

最小调节频率Fmax=

（2）

图6占空比与频率均可调的PWM信号产生电路

图7占空比仿真图

图8频率调节仿真图

2.4.2电机驱动电路

驱动电路主要为直流电机提供合适的电压值，使电机正常运转。

本驱动电路采用ME194模拟乘法器作为主要放大电路，使PWM信号幅值由5V放大到12V。

图9电机驱动电路

图10电机驱动电路仿真图

2.4.3转速检测电路与信号整形放大电路

UGN3110U是一种开关型霍尔集成传感器，正常输出是为高电平，当有磁场感应时为低电平，磁场消失后又恢复为高电平输出。

本次直流电机转速检测电路就是由UGN3110U组成的。

在被测转速机械的旋转部位粘贴一小块磁性材料，这样便和UGN3110U组成了转速传感器。

每当随机械转动的部位靠近UGN3110U时，它便会向外输出一个脉冲信号，这样通过在单位时间内检测脉冲个数就可以得到电机的速度，达到测速的目的。

由于传感器输出的波形可能出现部分失真，因此增加一级由555电路组成的信号整形电路，以提高传感器输出的波形质量。

2.4.4脉冲输出电路

脉冲输出电路主要为计数显示电路提供计时脉冲，这样就可以统计单位时间内霍尔传感器输出的脉冲个数。

脉冲输出频率F=

（3）

图11脉冲输出电路

图12脉冲输出电路仿真图

2.4.5计数显示电路

该部分电路由闸门电路，计数电路，时钟电路，显示电路组成。

根据实验室现有资源，闸门电路采用74HC00D与非门构成，通过一级输入的标准信号对另一级的被测信号进行周期比较通过；

计数电路采用CD4518十进制计数器，该计数器集成块中包括两个计数单元，一个计数单元对应十位数，另一个计数单元对应个位数；

时钟脉冲输出电路产生2Hz的标准脉冲，在通过CD4518时对其进行两次2分频得到0.5Hz的时基信号。

显示电路采用CD4511，该芯片驱动BCD-7段数码管，将计数的到的数值转换后送给数码管进行显示。

电路如图13所示。

图13计数显示电路

2.4.6总体电路图

调节PWM的脉冲宽度即可调节电机的转速，数码管的数值就会发生相应的改变，其总体电路图如图14所示。

当用50Hz的时钟脉冲信号代替霍尔传感器的输出信号进行仿真时，数码管显示的数字为50，即直流电机的转速为50圈/秒。

图14总电路图

总结

在整个毕业论文设计过程中，我主要围绕555电路、霍尔传感器以及CD4518十进制计数器功能特点来设计电路，从方案的制定到电路图的绘制我都经过反复的思考，并且查看了很多的参考书籍和参考资料，以及得到了指导老师的从旁指导和大力支持。

在本次毕业设计中，我进一步加强了自己的动手能力和应用专业知识的能力，从中学习到如何去思考和解决问题，以及如何灵活地改变方向去设计方案，特别是深刻了解到的是软件和硬件结合的重要性，以及两者的联系和配合的作用。

通过课程设计，我既巩固了专业知识，又学到了在设计中的许多流程和注意的事项，增强了产品开发的意识，是我在学校时期很好的一次实践和锻炼机会。

致谢

首先我要衷心感谢感谢辛苦培育和给我指导过我的老师们。

这两年来贺老师都一直陪伴着我们，从模拟电路到通信电路贺老师一步步把我带进了魔幻的电子世界，领略到电子世界的奇妙，教会我许多与电子相关的理论知识，使我对电子世界产生了更加浓郁的兴趣，为本次课题实验打下重要的理论基础。

张老师渊博的知识、严谨的治学态度以及对教育事业执着的敬业精神深深地感染了我，令我终生受益。

从课程设计的选题到总体构思直至课程论文的编写，都倾注了老师大量的心血，使我能更快更好的完成设计，也为下次做课程设计打下坚实的基础。

在此，再次向老师表达我最诚挚的感谢。

参考文献

[1]乐丽琴.数字电子技术[M].北京：

电子工业出版社,2014.3

[2]贺素霞.模拟电子技术[M].北京：

电子工业出版社,2014.7

[3]蒋华勤.电子技术基础实验[M].北京：

中国计量出版社,2009.9

[4]黄继昌,张海贵,陈宝平等.检测专用集成电路及其应用[J].人民邮电出版社,2006.10

[5]张庆双.555应用电路精选[M].北京:

机械工业出版社20,09.11

[6]刘常澍.数字逻辑电路（第一版）[M].北京：

国防工业出版社,2002.5

[7]赵春华.Multisim操作指导与电路设计实例（第一版）[M].太原：

太原理工大学,2004.10