【文章內容簡介】 信號小于滿量程時，自動校零將參考源中未用足的部分進行反積分，這樣，使得一個完整的測量過程為4000個計數(shù)值(16000個時鐘脈沖），而與輸入信號無關。需要每秒三次的讀數(shù)刷新速率時，可選用48KHZ的振蕩頻率。為使電路對60HZ的工頻有最大的抑制能力，信號積分階段的時間應為60KHZ工頻的整數(shù)值，這樣，可選的振蕩頻率為240KHZ、120KHZ、80KHZ、60KHZ、48KHZ、40KHZ等。 同樣地，為了對50KHZ的工頻有最好的抑制能力，可選的振蕩頻率有200KHZ、100KHZ、 662/3KHZ、50KHZ以及40KHZ等。請注意，40KHZ的振蕩頻率（），對50KHZ和 60KHZ的工頻均有抑制能力(400KHZ和440KHZ也可以)。（2）引腳功能說明第1引腳：正電源，第26引腳：負電源第21引腳：電源地第2~22~25引腳：數(shù)字部分，A1G1,A2G2,A3G3：分別為個位、十位、百位筆畫的驅動信號，依次接個位、十位、百位LED顯示器的相應筆畫電極； 19引腳接個千位的兩個二極管。第27~40引腳：模擬部分，其中第27引腳：積分器第28引腳：緩沖放大器的輸出端，接分電容CINT 第29引腳：積分比較器的反相輸入端，外接自動調零端第31引腳：信號地和信號正端 圖3 ICL7107引腳圖第32引腳：模擬地第336引腳：基準地和基準電壓正端第37引腳：數(shù)字地，與V+短接進行測試第38~40引腳：時鐘振蕩的引出端，外阻容元件或石英晶體組成振蕩器。（3）元器件的選擇說明及主要電氣參數(shù)的選用①積分電阻 緩沖放大器和積分器都帶有甲類輸出放大器，靜態(tài)電流均為100μA左右。輸出為4μA時的非線性度很小，可忽略不計。積分電阻必須足夠大，以使在整個輸入信號范圍內的積分電流都落在這個現(xiàn)行都很好的區(qū)間。同時積分電流又必須大到印刷板上的漏電流可以忽略。對于2V的滿量程，470kΩ是最優(yōu)的，滿量程為200mV時，可選用47kΩ。②積分電容積分電容的選擇須使得最大電壓擺幅不達到積分器輸出電壓的最大飽和擺幅，（）。當ICL7107的模擬公共端用作參考點時，積分器輸出滿量程標稱為2V時最佳，當ICL7107用+5V電源供電，模擬公共端接地時，177。+4V的標稱輸出擺幅為最好。在每秒3個讀數(shù)時（時鐘頻率為48KHz）。當然，在使用不同的振蕩頻率時，該電容的值也要往相反的方向進行修正，以保持同樣的輸出擺幅。選擇積分電容的另一個要求是其漏電要小，以減少翻轉誤差。較適合的電容是聚丙烯電容，它的漏電幾乎可完全忽略，而成本又很低。③自動校零電容自動校零電容的大小對系統(tǒng)的噪聲會有些影響。在200mV滿量程時，噪聲顯得很重要。200mV滿量程時，這樣，噪聲在合理的范圍內，同時，也加快了過載時的恢復速度。2V時。④參考電容在絕大多數(shù)使用場合下。然而，當存在較大的共模電壓（即REF LO管腳未與模擬公共端連接）和使用200mV的滿量程時，可選用較大的電容，以防止產生翻轉誤差。一般地。⑤振蕩器元件在所有的頻率范圍內，推薦使用100kΩ的震蕩電阻，振蕩電容的值用f =。在48KHz的振蕩頻率時，C=100pF。⑥參考電壓產生滿量程讀書只輸出所需的模擬輸入電壓為Vin=2VREF，這樣，對于200mV和2V量程，VREF 應分別為100mV和1V。 主控芯片轉換原理及應用在第一節(jié)主要介紹了主控芯片ICL7107的選擇及重要功能的說明，ICL7107作為一種智能型集成芯片，它的應用比較廣泛，在本節(jié)里，介紹其內部轉換原理及其應用。雙積分型A/D轉換器ICL7107是一種間接A/D轉換器。它通過對輸入模擬電壓和參考電壓分別進行兩次積分，將輸入電壓平均值變換成與之成正比的時間間隔，然后利用脈沖時間間隔，進而得出相應的數(shù)字性輸出。它的原理性框圖如圖2所示，它包括積分器、比較器、計數(shù)器，控制邏輯和時鐘信號源。積分器是A/D轉換器的心臟，在一個測量周期內，積分器先后對輸入信號電壓和基準電壓進行兩次積分。比較器將積分器的輸出信號與零電平進行比較，比較的結果作為數(shù)字電路的控制信一號。時鐘信號源的標準周期Tc作為測量時間間隔的標準時間。它是由內部的兩個反向器以及外部的RC組成的。圖4 ICL7107的轉換原理計數(shù)器對反向積分過程的時鐘脈沖進行計數(shù)?？刂七壿嫲ǚ诸l器、譯碼器、相位驅動器、控制器和鎖存器。分頻器用來對時鐘脈沖逐漸分頻，得到所需的計數(shù)脈沖Fc和共陽極LED數(shù)碼管公共電極所需的方波信號Fc。譯碼器為BCD7段譯碼器，將計數(shù)器的BCD碼譯成LED數(shù)碼管七段筆畫組成數(shù)字的相應編碼。驅動器是將譯碼器輸出對應于共陽極數(shù)碼管七段筆畫的邏輯電平變成驅動相應筆畫的方波。控制器的作用有三個：第一，識別積分器的工作狀態(tài)，適時發(fā)出控制信號，使各模擬開關接通或斷開，A/D轉換器能循環(huán)進行；第二，識別輸入電壓極性，控制LED數(shù)碼管的負號顯示；第三，當輸入電壓超量限時發(fā)出溢出信號，使千位顯示“1” ，其余碼全部熄滅。釣鎖存器用來存放A/D轉換的結果，鎖存器的輸出經譯碼器后驅動LED 。它的每個測量周期自動調零（AZ）、信號積分（INT）和反向積分（DE）三個階段。第一階段：自動調零階段AZ轉換開始前（轉換控制信號VL=0)，先將計時器清零，并接通開關S0使積分電容C完全放電。第二階段：信號積分INT令開關S1合到輸入信號V1一側，積分器對V1進行固定時間Tl的積分積分結果為：上式說明，在T1固定條件下V0與Vt成正比。第三階段：反向積分DE令開關S1轉至參考電壓VREF一側，積分器反向積分。如果積分器的輸出電壓上升至必零時，所經過的積分時間T2則可得，故可得到：可見，反向積分到V0=0這段時間T2與Vl成正比。令時鐘脈沖CD的周期為Tc，計數(shù)扔器在T2時間內計數(shù)值為N得：T2=NTc,代入上式得：分析可知：T1,Tc，VREF固定不變，計數(shù)值N僅與VIN成正比，實現(xiàn)了模擬量到數(shù)字量的轉變。下面介紹A/D轉化過程的時間分配。假設時鐘脈沖頻率為40KHz，每個周期為4000Tc,每個測量周期中三個階段工作自動循環(huán)。各階段時間分配如下：①信號積分時間T1用1000Tc 。②信號反向積分時間T2用0一2000Tc ，這段時間的長短是由VIN的大小決定的。③自動調零時間T0用1000－3000Tc 。圖5 雙積分型A/D轉換器的電壓波形圖從上面的分析可知，T1 侍定不變的，但T2隨VIN的大小而改變。因為，選基準電壓= ,由：得：VIN=，滿量程時N=2000，同樣由上式可導出滿量程時VIN與基準電壓的關系為：VIN=2VREF為了提高儀表的抗干擾能力，通常選定的采樣時間Tl 為工頻周期的整數(shù)倍。我國采用50Hz交流電網，其周期為20Ms，應選T1=N20Ms。N= 1,2,3……N越大，對串模干擾的抑制能力越強，但N越大，A/D轉換的時間越長。因此，一般取T1=100Ms，即f0＝40KHz 。式中T0為振蕩周期。由上式可知，當f0=40KHz時，阻容元件的選取并不唯一，只要滿足要求即可。 主控芯片ICL7107的應用ICL7107是一塊應用非常廣泛的集成電路。它包含3 1/2位數(shù)字A/D轉換器，可直接驅動LED數(shù)碼管，內部設有參考電壓、獨立模擬開關、邏輯控制、顯示驅動、自動調零功能等。利用它可以直接輸入電壓模擬量，可制作成電壓表頭，也可以制作成多檔電壓表等，在本次設計中，是作為主控芯片來制作成高精度電機轉速儀，系統(tǒng)框圖如圖所示， 圖6 高精度電機轉速儀結構框圖高精度電機轉速儀系統(tǒng)，主要是由轉速脈沖采集電路、頻率電壓轉換電路、主控電路ICL7107，共陽極數(shù)碼管顯示以及穩(wěn)壓電源模塊組成，電機轉速的具體轉換過程及其測量顯示，將在第三章里做全面的介紹。第3章 高精度電機轉速儀硬件設計電機作為工業(yè)生產的直接動力，其轉速是動力機械性能測試中的一個非常重要的性能參量，其大小和變化關系著機械運轉是否正常，直接關系著生產效率的高低。因此對電機轉速的準確測量有著嚴格要求。本畢業(yè)設計就是一種高精度電機轉速儀的設計。 設計方法與步驟高精度電機轉速儀的設計既是一個理論問題，又是一個工程實際問題，它包含了微型計算機幾口技術、LED顯示技術、自動檢測技術理論、計算方法，也包含模擬與數(shù)字電路，是一種多種學科的綜合應用。下面簡述高精度電機轉速儀的設計方法與設計步驟。 具備的能力與思想高精度電機轉速儀的設計首先具備以下幾個方面的能力：（1）必須具有一定的硬件基礎知識。這些硬件不僅包括控制元件（本課程設計采用智能芯片ICL7107）及其接口，而且還包括對儀器或裝置進行信息設定的鍵盤及開關，檢測各種輸入量的傳感器、A/D或D/A轉換電路以及打顯示設備。（2）對智能芯片（ICL7107）有個全面透徹的掌握，包括各個引腳功能、輸入電壓及參考電壓的選擇。（3）具有綜合運用知識的能力。（4）還必須掌握生產過程的工藝性能和被測參數(shù)的測量方法，以及被測對象的特性。高精度電機轉速儀的設計思想就是將一個高精度電機轉速儀設計的任務劃分成幾個便于實現(xiàn)的模塊，再將各個模塊分別設計，這樣可以提高設計效益。然后選擇元件芯片、組織硬件構成所需系統(tǒng)。就一臺智能化儀器而言，衡量其設計水平時，往往看它在“軟硬兼施”方面的運用能力，但是本設計采用智能芯片，使設計更加簡單，硬件電路也相對簡單方便。 設計的內容與步驟高精度電機轉速儀設計的內容與步驟主要包括以下幾個方面：(1)控制系統(tǒng)總體方案的選擇，包括設計系統(tǒng)的要求、測量方案的選擇確定，以及工藝參數(shù)的測量范圍等。(2)選擇各參數(shù) 檢測元件及變送器。(3)選擇主控芯片，單片機控制還是用智能芯片。根據(jù)設計要求選用智能芯片。(4)系統(tǒng)硬件設計，包括接口電路、數(shù)模轉換電路、及顯示電路等。(5)選擇電路元件，包括主控芯片、檢測元件、A/D、D/A轉換芯片、及顯示。(6)繪制系統(tǒng)原理圖。(7).系統(tǒng)的調試及實驗。(8)書寫設計論文及排版。 硬件電路的實現(xiàn)本測速系統(tǒng)主要由電機轉速脈沖產生電路、脈沖頻率轉換電路，主控電路及顯示、穩(wěn)壓電源電路等組成。 電機轉速脈沖產生電路電機轉速脈沖產生電路包括傳感器脈沖采集電路和脈沖整形放大電路。（1）光電傳感器的脈沖采集電路在電動機的測速系統(tǒng)中，在電機的轉軸上安裝測光電傳感器或光電編碼盤等測速裝置，利用電機中轉子的旋轉所產生的脈沖來反映它的轉速。通常所用的傳感器有霍爾傳感器和光電式傳感器?；魻杺鞲衅骶哂薪Y構簡單緊湊、靈敏度高以及傳送過程無抖動現(xiàn)象，頻率響應寬、壽命長等特性。但霍爾傳感器存在一定程度的磁不敏感區(qū)，會降低電機轉速測量的可靠性，增大測量誤差，且對安裝位置要求精確，因此安裝調試比較復雜，并