工作原理 - 用锁相环CD4046实现电动机转速测量

用锁相环CD4046实现电动机转速测量----电机测速系统的工作原理

电机测速系统的组成基于锁相环的电机测速系统框图如下图所示。

用光电转换电路监测电动机转速，其基本原理是在被测的电动机转轴上粘贴一个反光标记，光源经过光学系统将一束光照射到被测转轴的端面上，

电动机每转一周，反射光线投射到光电元件上的强弱发生一次改变，这样光电元件每受光一次就产生一个脉冲信号。由于该脉冲的形状不是规则的方波，所以需经过整形、放大后，再送入计数器。

这里的光电元件多采用光敏二极管、光敏三极管和光电池，以提高寿命、减小体积、减小功耗以及提高可靠性。光源一般用白炽灯泡。

（2）倍频器

计数器对输入的脉冲信号计数，从而测量出单位时间内脉冲的个数，即可转换成电机转速。由于每分钟转速n与脉冲频率f的关系为：n=f×60

所以，在对脉冲信号进行计数之前，电路中必须加入一级60倍频器。60倍频器的输出信号频率为fo，是输入信号频率fi的60倍，其作用是将一秒钟内从整形电路输出的脉冲数乘以60，再送入计数、译码、显示电路，显示的值即为该瞬间的电动机转速（r/min），从而实现电动机转速快速、实时的测量。本系统中采用集成锁相环CD4046和60进制分频器组成60倍频器。其原理电路如下图所示。由图可见，分频器被插入在VCO输出和鉴相器之间。

由CD4046构成的倍频器

刚开机时，比较信号的频率f2/n可能不等于输入信号的频率f1，假定f2/n《f1，此时锁相环CD4046内的相位比较器Ⅱ输出UΨ为高电平，经滤波后Ud逐渐升高，使VCO输出频率f2迅速上升;如果此时Ui滞后U0，则相位比较器Ⅱ输出UΨ为低电平，UΨ经滤波后得到的Ud信号开始下降，这就迫使VCO对f2进行微调，最后达到f2/n=f1（即：f2=f1×n），并且f2与f1的相位差Δφ=0°。此时，整个环路进入锁定状态。如果此后f1又发生变化，锁相环能再次捕获f1，使f2与f1相位锁定。这里取n=60，则当锁相环锁定时，VCO输出信号频率f2（即锁相环输出信号频率）和锁相环输入信号频率f1的关系为：f2=f1×60，从而达到了60倍频的目的。

（3）计数、译码、显示电路计数、译码、显示电路的功能是：计数器在倍频

器输出的脉冲信号触发下加法计数，累计单位时间内所产生的脉冲数，并使计数器每分钟作一次清零。在每次周期性的清零前一时刻，将计数器记下的数值传送到寄存器存储，寄存器中寄存的数在以后的1分钟内始终保持不变，并进行译码、驱动数码管直接显示，这样就可记下电动机每分钟的转数，即被测电动机的转速。

该电路可采用ZCL102系列组件。ZCL102实质上是由CMOS集成电路C180芯片、ZC412芯片、0.5寸LED数码管三部分组成，具有十进制计数/锁存/译码驱动/显示功能。

电机测速系统的原理电路

用锁相环CD4046实现的电动机转速测量系统原理电路如下所示。由图可见，锁相环CD4046和芯片CD4518构成60倍频器。CD4518是一个集成的双二-五-十进制计数器芯片，CD4518中的每个计数器包含两个时钟输入端：CP和EN。CP用于上升沿触发，要求EN=1;EN用于下降沿触发，要求CP=0。R是复位端，且异步复位，高电平有效。

电动机转速测量系统原理电路