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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，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秒左右，所以选倍频数为100，则：4缸计数时间为秒；6缸计数时间为秒；8缸计数时间为秒。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=*10^-6;R=*10^3;Rj=0:10:20*10^3;R2=10*10^3;t=(2*(R+Rj)*C).*(((*R2)./((R+Rj)+R2))+);t1=t.*64;t2=t.*128;t3=t.*256;t4=;t6=;t8=;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！！