岁月静好-静静
一种数字指示式发动机转速表的电路分析【摘要】首先，简要介绍了发动机转速表的分类；其次，对一种数字指示式发动机转速表的电路进行了分析。在简要介绍组成电路各主要元件的基础上对电路的组成部分：显示控制电路、脉冲信号计数电路、显示电路和电源电路的结构和工作原理进行了初步的分析。最后，给出了整个电路的电路图。1前言 发动机转速表的形式多样，其主要分类如表1所示[1]。图1是参考文献[2]中给出的一种数字指示式发动机转速表的电路简图。下面对这种电路的结构和工作原理进行简单的分析。 表1：发动机转速表的分类 图1：一种数字指示式转速表的电路简图2元器件简介MCT MOS控制晶闸管（MOS CONTROLLED THYRISTOR） MCT是一种功率器件由于其输入阻抗高、开关速度快、高电压和大电流的特性主要应用于功率开关[6]。MCT2是TEXAS公司生产，其等效电路由发光二极管和光控三极管组成（参见电路图），输入输出电压差可以达到1.5KV，正向输入电流可以达到恒流60mA和峰值3A[12]。MCT2在数字电路中可以用来将高压脉冲信号转换为低压方波信号。4060 带振荡器的14位异步二进制串行计数器（14-STAGE ASYNCHRONOUS BINARY COUNTERS AND OSCILLATORS）4060由两部分电路构成：T触发器组成的14位二进制串行计数器/分频器，其分频系数为16~16348（Q4~Q14）；振荡器部分需外接RC或晶体振荡也可直接接外部时钟。用4060可以为数字电路提供标准时间信号等。[3][5][12]4518 双十进制（BCD码）同步计数器（DUAL DECADE COUTER） 4518是由两个独立的计数器单元构成。4518可以通过简单串接成多位计数器。用4518在数字电路中可以作为二进制至BCD码的转换器。[3][12]4511 BCD-七段锁存译码器/驱动器（BCD TO 7 SEGMENT LATCH/DECODER DRIVER） 4511可直接驱动LED。在数字电路中主要和显示器件一起构成计数器的终端显示。[3][4][12]7414 六反相施密特触发器7414是一种特殊的反向器，具有滞后的特性，所以抗干扰能力强。在数字电路中多用于信号整形、震荡电路中。[4]3电路总体思路分析通过对电路的初步分析可以看出电路的总体设计思路是：显示控制电路：由4060和7414等组成。用于控制4518的计数时间、4511对数据的锁存时间，及两者时间上的配合。脉冲信号计数电路：由MCT2、7414和4518组成。用于对点火脉冲信号进行隔离、整形和计数。数字显示电路：由4511、7414和LED组成。用于显示发动机转速，控制数码管的亮度。电源电路：由7805组成。用于为个各电子器件提供稳定电源。由总体设计思路中看出图1所示电路存在的问题：显示数据必须及时反映发动机转速的变化，其显示数据的刷新应在0.5秒左右；在这段时间内仅仅通过对发动机点火脉冲计数是不能反映发动机的转速的，需要对输入脉冲进行倍频[11]。不同汽缸数的发动机单位时间内的点火脉冲数是不同的，即为正确显示发动机转速，脉冲计数时间、气缸数和倍频数应该有一定的折算关系。通过进一步分析我可以得到： （3-1）ne发动机转速，ne*仪表的读数，nc发动机气缸数，nf倍频数，tc脉冲计数时间因为计数时间为0.5秒左右，所以选倍频数为100，则：4缸计数时间为0.3秒；6缸计数时间为0.2秒；8缸计数时间为0.15秒。当然也可以选择固定计数时间改变倍频的方法[11]。图1电路中并没有给出倍频电路，所以是不完整的，不能正确显示发动机的转速。4 电路分析4 1 显示控制电路根据TEXAS公司4060元件手册给出的经验公式（4-1）[12]，和图1给出的电阻和电容参数，用Matlab计算得图2（脉冲计数时间和可调电阻值的关系）。由图2可以看出4缸机需要256分频，8缸机需要128分频，6缸机则两者皆可。由4060的分频系数得4缸应选择第14引脚（QH）,8缸应选择第6引脚（QG）,6缸则两引脚皆可。 （4-1） 图2：4060分频系数的选择对4518计数和4511数据锁存的协调控制。4511第5引脚（LE）用与数据的锁存，当引脚电位为1时锁存数据，当电位为0时刷新。4518第7、15引脚（RST）用于重新计数。设计思想：在上一周期结束时刻先用4511刷新并锁存4518计数数据，然后4518进行重新计数。锁存和计数的周期由4060脉冲周期决定。电路中由三个74C14反向器、电阻和电容组成的“控制脉冲生成和延时电路”实现了此功能。用Protel对电路的仿真见图3，为清楚表示表示信号之间的关系将脉冲时间缩短为3ms。 图3：数据计数和锁存的控制4 2 脉冲信号计数电路点火信号的隔离与整形：发动机点火次极电压约有200~400V，需要用电力器件MCT2进行隔离。图1中信号引入端管脚号为1，接地端管脚号应为2。隔离后的信号反向，所以用反向器校正并整形。MCT2输入和输出端接有电容和二极管，这主要用于对MCT2的保护。[6]100倍频电路的实现：参考文献[3]直接得100倍频电路如图3。4046是锁相环集成电路，常用于频率调制、频率合成等。 图3：100倍频电路的实现4518的多位级连（BE CASCADED IN THE RIPPLE MODE）：首级4518的ENABLE端子接高电平；上一级4518的Q4输出接下一级的ENABLE端子；下一级的CLOCK端子接地。[12]4 3 数字显示电路限流电阻的选择：LED为非线性器件其段电压约为2V，工作电流约为200mA。4511输出电压为电源电压（5V），所以限流电阻选150是合适的。数字显示亮度的控制：4511的/BI端电位为0时7段输出都是0（LED熄灭）。本电路采用7414构成多谐振荡器[9]，通过改变电阻和电容值获得不同频率的脉冲信号控制LED发光时间进而控制数字显示的亮度。4 4 电源电路电容的选择：三端稳压器的标准接法可以参考相关文献[10]，由于电源电路的输入取自发动机蓄电池，所以无需1000u的滤波电容（电解电容）。5 电路总图6 结束语 上面简要分析了电路的结构和工作原理。若要进一步分析和实现该电路，主要的工作有（初步设想）：对电路误差进行估算，最终确定元器件的选用和电路形式；局部电路的搭接试验；布线、制版、制作；电路的静态调试、动态调试、标定等。参考文献1. 汽车工程手册 设计篇 北京：人民交通出版社 20012. 李东江 宋良玉 现代汽车电子控制技术 北京：科学技术文献出版社 1998 3. 魏立群 韩华琦 CMOS 4000系列60种常用集成电路的应用 北京：人民邮电出版社 1993 4. 中国集成电路大全 高速CMOS集成电路 北京：国防工业出版社 1995 5. 标准集成电路数据手册 CMOS 4000系列电路 北京：电子工业出版社 1995 6. 中国集成电路大全 电力电子技术与运动控制系统 北京：国防工业出版社 1995 7. 梁延贵 现代集成电路实用手册 数字单元电路转换电路分册 北京：科学技术文献出版社 20028. 夏路易 石宗义 电路原理图与电路板设计教程 北京：北京希望电子出版社 20029. 康华光 邹寿彬 电子技术基础 数字部分（第四版） 北京：高等教育出版社 200010. 康华光 陈大钦 电子技术基础 模拟部分（第四版） 北京：高等教育出版社 199911. 金长星 汽油机专用转速表 测控技术 2000年19卷7期12. 各电子元器件手册 中国电子网 附录1．Matlab计算程序（4060分频系数的选择）C=0.047*10^-6;R=4.7*10^3;Rj=0:10:20*10^3;R2=10*10^3;t=(2*(R+Rj)*C).*(((0.405*R2)./((R+Rj)+R2))+0.693);t1=t.*64;t2=t.*128;t3=t.*256;t4=0.3;t6=0.2;t8=0.15;plot(Rj,t1,':k',Rj,t2,'--k',Rj,t3,'-k',Rj,t4,Rj,t6,Rj,t8);2．Protel仿真电路（控制脉冲生成和延时电路）我没到2级发不了图片，嘿嘿，要图就给个邮箱！！
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电气工程及其自动化的触角伸向各行各业，小到一个开关的设计，大到宇航飞机的研究，都有它的身影。本专业生能够从事与电气工程有关的系统运行、自动控制、电力电子技术、信息处理、试验技术、研制开发、经济管理以及电子与计算机技术应用等领域的工作，是宽口径“复合型”高级工程技术人才。该领域对高水平人才的需求很大。据估计，随着国外大企业的进入，在这一专业领域将出现很大缺口，那时很可能出现人才供不应求的现象。编辑本段专业介绍 电气自动化控制理论和电力网理论是电气工程及自动化专业的基础，电力电子技术、计算机技术则为其主要技术手段，同时也包含了系统分析、系统设计、系统开发以及系统管理与决策等研究领域。该专业还有一些特点，就是强弱电结合、电工电子技术相结合、软件与硬件相结合，具有交叉学科的性质，电力、电子、控制、计算机多学科综合，使毕业生具有较强的适应能力，是“宽口径”专业。 电气工程及其自动化专业对广大考生有很强的吸引力，属于热门专业，高考录取分数线往往要比其他专业方向高许多，造成这一情况的主要原因有：①就业容易，工作环境好，收入高；②名称好听，专业内容对学生有吸引力； 社会宣传和舆论导向对其有利。该专业方向有着非常好的发展前景，研究成果较容易向现实产品转换，而且效益相当可观。他创造性的研究思路吸引着众多考生，这里的确是展示他们才能的好地方。但是鉴于国内现在的形式，考生在报考该专业的时候应该注意以下两点： (1)充分考虑自己的兴趣。也许自己本来并不对该方向感兴趣，但是许多人都说好，于是自己就“感兴趣”了。这对以后的发展是很不利的，毕竟兴趣是最好的老师。 (2)衡量自己的综合素质。电气工程及自动化专业需要具有扎实的数学、物理基础，较强的外语综合能力，为今后能够掌握并且灵活运用专业知识做准备。该专业方向的人才需求虽然大，但可供选择的人也很多，如果没有非常强的综合素质，很难在众人之中脱颖而出，取得突出成绩。也许这对许多胸怀远大志向的考生来说是不能接受的。 当然，这里所说的两点是否可行也和学生个人的追求有关，如果一个人追求仅限于一份较好的工作，该专业的确是一个不错的选择。但是，如果想在科技创新方面做出突破性的贡献还是要建立在个人实力以及刻苦努力的基础上，馅饼是决不会无缘无故从天上掉下来的。 由于本专业研究范围广，应用前景好，毕业生的专业素养相对较高，因此就业形势非常好。我国现在非常需要该专业方向的人才，小到一个家庭，大到整个社会，都离不开这些专业人才的工作。通常情况下，学生毕业后可以选择国有的质量技术监督部门、研究所、工矿企业等；也可以是一些外资、私营企业，待遇当然是相当可观的。如果学生能力足够强，又在学习期间积累了比较好的研究成果，完全可以自己创业，闯出一片属于自己的天空。需要指出的是，由于国外在该专业方向的研究要领先于我们，因此如果想要有进一步的发展，确立自己在国内该方向的领先地位，出国深造是一个不错的选择。 电气工程及其自动化专业代码：编辑本段教育发展 电气工程与自动化专业是理、工、文相结合，融机械工程、艺术学和计算机设计于一体的新型交叉学科专业之一。主干学科包括电子工程、计算机科学与技术、控制科学与工程。 电力控制箱本专业产生于70年代，首先在英国的牛津大学，首次实现的是直流电的控制方式，那时候执行元件的驱动电压是直流的，控制电压也是直流的，自动化系统的工作方式是很简单、粗糙的，精度也很低。但直流的控制方式由于其历史的久远而被人们所熟知，自然而然的人们想到了用直流电去控制交流执行元件。随着晶体管、大功率晶体管、场效应管等大功率的电子器件的出现和成熟、以及建立在场的理论上、以现代数学、矩阵代数为理论依据的弱电强电控制系统更使电子技术与自动化达到新的历史高度。至此，本专业得到了广泛的发展，日本、美国、英国及其他国家的大学也纷纷设立了本专业，在这一时期的成果也并不少，诸如完成数控机床，车间厂房自动控制的工作已经是新的课题。电子技术与自动化、计算机的有机结合，赋予电子工程及自动化专业以全新的内涵。无人操纵，系统简化，格局合理，即插即用型的产品成为新宠。 建国初期（1949—1966）我国许多大学设立了本专业，主要实践性教学环节包括电路与电子技术实验、电子工艺实习、金工实习课程设计、生产实习、毕业设计，并为国家培养了许多的这方面人才。他们已成为本行业的专家学者，分布在我国许多省、市，成为骨干力量。 “文革”期间，由于受政治的影响，全国的高等院校相继停止招生，本专业受到了很大的影响，先是老师被批斗，后来学校根本办不下去了，只能停止招生。但是，即便如此，许多老师并没有停止研究。他们知道电子工程及自动化对我国的现代化建设起重要的作用，因而，在这一时期，并没有放弃对专业的研究和探索。 改革开放以后，在党中央的正确领导下，大学恢复了招生，本专业也发展起来，许多大学设立了本专业，并陆续招生，每年为国家培养大量的高级复合型人才，包括学士、博士等高级知识分子，特别是目前，各专业扩招，本专业的招生量也在上升。虽然我国在这方面的发展还没有站在世界的最前沿，但随着我国综合国力的提高，对外交往的增加，我们已经逐渐缩小与发达国家的差距。具有代表性的是：每秒3000亿次计算机研制成功；纳米技术的掌握；模拟技术的应用。一个不容忽视的问题摆在我们面前：如何迎接新技术革命的挑战？经过本专业的老师和同学的共同努力，把电子工程及自动化专业拓展开来，分为“电力系统及其自动化”和“电子信息工程”，涵盖原有“绝缘技术”、“电气绝缘与电缆”、“电机电器及其控制”、“电气工程及其自动化”、“应用电子技术”和“光源与照明”等几个专业方向。设有“高电压与绝缘技术”、“电机与电器”、“电力电子与电力传动”和“电工理论与新技术”、“高电压与绝缘技术”博士学位方向。并以工业产品设计为基础，应用计算机造型、设计、实现工业产品的结构、性能、加工、外形等的设计和优化。该专业培养适应社会急需的，既有扎实科学技术基础又有艺术创新能力的高级复合型技术人才。本专业着重培养学生外语、计算机应用、产品造型、设计等实际工作能力，实现平面设计、立体设计等产品设计的全面智能化。该专业毕业生可从事工业产品造型设计、计算机应用、视觉传达设计、环境设计、广告创意、企业形象策划等行业的教学、科研、生产、开发和管理工作。囊括了电路原理、电子技术基础、电机学、电力电子技术、电力拖动与控制、计算机技术（语言、软件基础、硬件基础、单片机等）、信号与系统、控制理论等课程。高年级还根据社会需要学习柔性的、适应性强、覆盖面宽的专业课及专业选修课。同时也进行电机与控制实验、电子工程系统实验、电力电子实验等。 一直以来，我国在CIMS，自动控制，机器人产品，专用集成电路等等方面有了长足的进步。例如：“基于微机环境的集成化CAPP应用框架与开发平台”开发了以工艺知识库为核心的、以交互式设计模式为基础的综合智能化CAPP开发平台与应用框架（CAPPFramework），推出金叶CAPP、同方CAPP等系列产品。具有支持工艺知识建模和动态知识获取、各类工艺的设计与信息管理、产品工艺信息共享、支持特征基创成工艺决策等功能，并提供工艺知识库管理、工艺卡片格式定义等应用支持工具和二次开发工具。系统开放性好，易于扩充和维护。产品已在全国的企业，特别是CIMS示范工程企业，推广应用，还研制了自动控制装置及系列产品，红外光电式安全保护装置，大功率、高品质开关电源的开发。机器人产品包括移动龙门式自动喷涂机，电动喷涂机器人，柔性仿形自动喷涂机，往复式喷涂机，自动涂胶机器人，框架式机器人，搬运机器人，弧焊机器人的研制。以上这些产品的开发应用还只是电子工程与自动化在生产中的一个侧面，不足以反映其全貌。在国外先进技术的冲击下，从各个方面进行新一轮技术重组。形势是严峻的，同时也充满机遇。另外,团IDC网上有许多产品团购,便宜有口碑
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