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

7参考文献

        [1]童诗白,华成英.模拟电子技术基础[M].北京:高等教育出版社,2022.

        [2]康华光,张林.电子技术基础(第七版)[M].北京:北京高等教育出版社,2021.

        [3]数字集成电路系统基本构成与测试技术研究 [J] .姜成 ,景克强 .电子技术与软件工程 . 2020,第013期.

        [4]光电子集成电路技术的应用 [J] .李佩静.集成电路应用 . 2021,第003期.

        [5]王阳元.发展中国集成电路产业的“中国梦”[J].科技导报,2019.

1.CD40110资料

        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。

        R（5脚）为清零端，R＝1时，计数器异步清零。

        CP为时钟端，CPU（9脚）为加法计数时钟，CPD（7脚）为减法计数时钟。

        QCO（10脚）加计数进位输出，QBO（11脚）减计数借位输出。

        TB（4脚）为触发器使能端，TE＝0时，计数器工作，TE＝1时，计数器处于禁止状态，即不计数。

        LE（6脚）为锁存控制端，LE＝1，显示数据保持不变，但它的内部计数器仍正常工作。

a，b，c，d，e，f，g（1，15，14，13，12，3，2脚）为信号输出端，与七段显示器连接。

2.CD40106资料

        CD40106由六个施密特触发器电路组成。每个电路均为在2输入端具有施密特触发器功能的反相器。触发器在信号的上升和下降沿的不同点开、关。上升电压（V T+）和下降电压（V T-）之差定义为滞后电压。

        用CD40106B、R、D、C组成的多谐振荡器。利用Dl、D2二极管的单向导通特性，分别形成充、放电回路，使输出矩形脉冲电路中的高、低电平持续时间不同，占空比得到调节。改变R1、R2的阻值和C的容量，可使振荡频率发生变化。施密特触发器输出端所接的反相器起到整形、隔离作用。

3.电路原理图

4.PCB版3D图