数电课设：电动机转速测量控制电路

电动机转速测量控制电路设计

摘要

本文设计的电动机转速测量控制电路通过数字电路核心实现对电机转速的测量和显示。与市面上基于单片机的电机转速测量相比，该电路无需要注重复杂的软件设计，功耗小，稳定性高，实现了更好的底层封装，又提高了产品的科学性。以适应当今品种多批量小的电子市场的需求，大大提高了产品的市场竞争力。

电路主要是利用CD40110和CD40106芯片设计，主要包括振荡周期调节电路、电机转速调节电路、电机转速测量电路和电机速度显示电路。通过光电耦合器检测电动机转动产生的速度信号，数字电路进行计数并实时显示电机速度。振荡周期调节电路负责产生稳定的时钟信号，用于计数和测量电机转速。电机转速调节电路通过调节振荡周期来模拟调节电机转速，实现对电机速度的控制。电机转速测量电路利用CD40110进行计数，将电机转速转换为数字信号进行处理。最后，电机速度显示电路通过数码管实时显示电机的转速，提供直观的速度信息。

通过本次课程设计，我们深入了解了数字电路在电动机转速测量中的应用，掌握CD40110和CD40106集成电路的使用方法，以及实现电机速度测量和显示的原理和方法。这将有助于我们在工程和实际应用中更好地应用数字电路技术，实现对电机转速的准确测量和控制。

关键词：电机转速测量；CD40110；CD40106；数字电路

1设计任务及要求........................................................................................................................ 1

1.1技术要求........................................................................................................................ 1

1.2主要任务........................................................................................................................ 1

2方案论证................................................................................................................................... 1

2.1方案设计........................................................................................................................ 1

2.1.1方案一................................................................................................................. 1

2.1.2方案二................................................................................................................. 2

2.2方案论证........................................................................................................................ 3

3单元电路设计............................................................................................................................ 4

3.1电路的设计原理.............................................................................................................. 4

3.2振荡周期调节电路................................................................................................... 4

3.3电机转速调节电路................................................................................................... 4

3.4电机转速测量电路................................................................................................... 5

3.5电机速度显示电路................................................................................................... 5

4总体电路设计与测试................................................................................................................. 6

4.1软件仿真与调试............................................................................................................. 6

4.2硬件仿真与调试............................................................................................................. 7

5体会........................................................................................................................................... 9

6系统使用的元器件清单.............................................................................................................. 9

7参考文献....................................................................................................................................10

1.CD40110资料................................................................................................................. 10

2.CD40106资料................................................................................................................. 10

3.电路原理图...................................................................................................................... 11

4.PCB版3D图..................................................................................................................... 11

1设计任务及要求

1.1技术要求

设计一个电机转速测量控制电路，使用CD40110和CD40106来实现电动机机转速表功能，电路可以模拟调节电机转速并显示频率。通过光电耦合器检测电动机转动产生的速度电信号，数字电路进行计数并用数码管实时显示电机速度；

调节W1电位器阻值可改变电机转速。经过三极管放大后的电流，再通过光电耦合器检测电动机转动产生的电信号。通过 CD40106 六位反相器，输出需要的上升沿脉冲信号。再利用差分电路，和对CD40110显示锁存控制(LE)，后清零复位(RST)置位操作，在共阴极数码管显示电机每秒转速。

1.2主要任务

（1）按照技术要求，提出自己的设计方案（多种，芯片不限）并进行比较；

（2）查阅资料，确定所需各元器件型号和参数；

（3）根据设计的实现方案，在protues软件上画出电路图并进行仿真；

（4）在电路板上焊接组装电路；

（5）自拟调试方法，对设计电路进行软件仿真和硬件测试及性能指标验证；

（6）撰写设计说明书，进行答辩。

2方案论证

2.1方案设计

2.1.1方案一

该系统采用CD40110和CD40106芯片，通过光电耦合器捕捉电动机转动产生的速度信号。然后将信号传送给由CD40106组成的振荡周期调节电路，通过调节电位器W2来改变振荡周期，从而产生稳定的时钟信号。最后，利用CD40110构成的电机速度显示电路来在共阴极数码管显示电机的转动速度。设计方案一原理流程框如图2-1所示，电路仿真总图如图2-2所示。

2.1.2方案二

该电路元器件较少，主要通过51单片机编程实现。使用PWM信号来控制电机的转速，利用霍尔传感器检测电机的转速，并通过单片机的外部中断捕获传感器产生的脉冲信号。单片机计算电机的转速，并将转速数据通过LCD显示模块显示出来。设计方案二原理框图如图2-3所示，仿真总图如图2-4所示。

2.2方案论证

与方案一相比，方案二由51单片机组成，元器件较少，而且电路比较简单，更重要的是可以更精准调节电机转速，价格一般。

方案一由CD40110、CD40106和电机转速电路组成，元器件较多，电路复杂，但不需要考虑软件编程设计。

考虑到是数字电子技术设计，故本次设计采用方案一电路设计。

3单元电路设计

3.1电路的设计原理

本电路包含了振荡周期调节电路与电机转速调节电路、电机转速测量电路和电机速度显示电路等。

3.2振荡周期调节电路

振荡周期调节电路由CD40106，电解电容C2，瓷片电容C3、C4、C5,电阻R30-R33以及电位器W2组成。利用CD40106反相器，调节W2的阻值，使振荡周期在1秒,利用差分电路，先对显示锁存控制(LE)，后清零复位(RST)，这样就可以检测并显示电机每秒转速。如果要想到电机每分钟的转速，可以将振荡周期调为60秒(需要将C2加大到100uF 以上后再调W2)，如图3-1所示。

3.3电机转速调节电路

电机转速调节电路由M370电机，NPN型三极管T1，瓷片电容C1，电阻R29,以及电位器W1组成。利用三极管放大，调节W1阻值达到调节电机转速作用，如图3-2所示。

3.4电机转速测量电路

电机转速测量电路由CD40106，光电耦合器，M370电机组成。通过光电耦合器检测电动机转动产生的速度电信号，经过CD40106六位反相器输出数字信号以计数，如图3-3所示。

3.5电机速度显示电路

电机速度显示电路由共阴极数码管SEG1-SEG4，电阻R1-R28，CD40110组成。CD40110是加减计数、译码、驱动、锁存专用芯片，可以实现10进制加1和减1、将计数值译成10进制的LED显示码、驱动LED，其内部的计数器和显示驱动是分开的，受计数允许(/TE)、清零复位(RST)、显示锁存控制(LE)，其中计数器还具有独立的加减输入端(+-IN)和进(借)位输出端(+-OUT)，本套件中，只需要用到加计数，因此减输入端(-IN)对地短路，减借位输出端(-OUT)留空，如图3-4所示。

4总体电路设计与测试

4.1软件仿真与调试

总电路仿真图如图4-1所示。总电路图中由上面所述的单元电路组合而成。改变电位器W1的电阻值即可控制电机转速，并在数码管上观察计数。

电路测试结果图如图4-2所示，由于proteus仿真中光电耦合器无法对电机转动进行测量，产生需要的周期脉冲信号，故采用信号源来代替。图中信号经过CD40106转变为稳定的周期时钟信号，通过CD40110计数，并在共阴极数码管上显示。

4.2硬件仿真与调试

电机转速测量实物图，如图4-3所示。此实物采用CD40110和CD40106来实现电动机转速表功能，可模拟调节电机转速及显示频率。

电机转速测量实物演示图，如图4-4所示。当电源接通时，电机转动，数码管显示电机转速。调节W2电位器，可改变电机转速。

电机转速测量PCB图4-5所示。此图通过AltiumDesigner22，加入所需的元件库设计而成。

5体会

当9V直流电源接通时，电机通常需要等待一会或者手动转动一下后，才能正常工作。铜丝与电机不好焊接连接。有时数码管会显示错误，需要重新接通电源调整。电位器拨动调整阻值时，无法精准操作。

优点：不用考虑复杂的软件编程设计，可以随时调节电机转速，价格一般。

缺点：元器件较多，焊接比较麻烦，无法精准调节电机转速。

通过一周的实习，使我们这一组对电子元器件仿真与焊接有一定的理性的认识。同时实习使我们获得了电子元器件的实际生产知识和焊接技能，培养了我们理论联系实际的能力，提高了了我们分析问题和解决问题的能力，增强了独立工作的能力。最主要的是培养了我们的团结合作，共同探讨，共同进步的精神。对自己的动手能力是一个很大的锻炼。实践出真知，纵观古今，所有发明创造无一不是在实践中得到检验的。没有足够的动手能力，就谈不了在未来的科研或实验研究中有所成就。在实习中，我们锻炼了自己的动手技巧，提高了我们自己解决问题的能力。

6系统使用的元器件清单

表6-1电机转速测量元器件清单

器件名称	参数	数量
电阻	1k	32
电阻	10k	4
电位器	100K	1
电位器	1M	1
瓷片电容	104	5
电解电容	220μF	1
电解电容	22μF	1
七段数码管	5011A	4
光电耦合器	PC817	1
转速电机	M370	1
三极管	9013	1
集成电路	CD40106	1
集成电路	CD40110	1
PCB板	112*88mm	1