Тахометр с применением микросхемы МС14553

В данном тахометре (как, впрочем, и в большинстве подобных цифровых приборов) использован принцип пересчета частоты импульсов (Гц) с датчиков вращения вала в число оборотов в минуту путем умножения входных импульсов на число «подставных» импульсов. Т.е., каждый из входных импульсов инициирует появление на входе счетчика n-количества импульсов, увеличивающих показания цифрового дисплея в n-раз относительно числа входных импульсов. Для конкретного ДВС количество «подставных» импульсов может быть различным и зависит от конфигурации двигателя, выражающейся:

• в количестве цилиндров
• в числе тактов
• в количестве катушек зажигания

Формула такой зависимости выглядит следующим образом: F=N*I/30*U*G, где F – частота импульсов датчиков вращения, U – число тактов, G - число катушек зажигания, N – количество оборотов в минуту, I - число цилиндров.

Так, например, исходя из приведенной формулы, число импульсов в пачке, определяемой параметрами входного импульса и частотой генератора «подставных» импульсов, для 4-тактного, 4-цилиндрового ДВС с единственной катушкой зажигания (условно назовем конфигурацию 4-1-4) составит 30; для 8-цилиндрового ДВС (8-1-4) при прочих неизменных параметрах – 15; для 6-цилиндрового (6-1-4) – 20, с учетом времени измерения счетчика равным 1с. Время измерения можно выбрать иным с пересчетом количества импульсов в пачке. В большинстве тахометров для формирования «подставных» импульсов используется числоимпульсный генератор с достаточно громоздкой схемотехникой (если речь не идет о МК) и определенными сложностями коммутации режимов. Пачка импульсов в большинстве случаев формируется по фронту входного импульса, а частота импульсов в пачке фиксирована, привязана к опорной частоте, к которой привязано так же время измерения и индикации прибора.

рис.1 Принципиальная схема тахометра

В тахометре, схема которого изображена на рис.1, пачка импульсов формируется импульсом определенной фиксированной длительности, сформированным из входного импульса одновибратором на микросхеме U3 и генератором "подставных" импульсов на элементе U1.2. Если длительность выходного положительного импульса одновибратора (U3), предположим, составит 3мс, то для размещения в нем 30-ти импульсной пачки, период импульсной последовательности генератора на элементе U1 должен составить 100мкс. Т.е., частота генератора на элементе U1.2 должна составить 10кГц. Тогда при входной частоте сигналов датчиков вращения вала равной 40Гц, времени измерения 1с для 4-тактного 4-цилиндрового ДВС с единичной катушкой зажигания показания тахометра будут равны 1200об/м.

При уменьшении времени измерения количество «подставных» импульсов должно быть пропорционально увеличено, так же, как и при изменении числа тактов работы ДВС или числа катушек зажигания. При увеличении количества цилиндров число «подставных» импульсов должно быть пропорционально уменьшено.

Таким образом, импульс датчика, полученный по любому из входов (“IND” или ”DH”), преобразуется микросхемой U3 в положительный импульс длительностью 3мс. На время действия импульса разрешается запуск генератора «подставных» импульсов (U1.2), которые в инверсном виде после элемента U1.3 попадают на вход CLK (вывод 12) микросхемы МС14553 (U4), которая и производит счет импульсов. Время счета определяется длительностью положительного импульса по входу DIS (вывод 11). По спаду импульса на входе DIS данные на выходах микросхемы U4 Q0-Q3 фиксируются до прихода короткого положительного импульса на вход MR (вывод 13) микросхемы U4. Время счета и время до сброса индикации задается тактовым генератором на элементе U1.1. Длительности импульсов для счета и индикации выставляются значениями сопротивлений R10 и R12. Счет импульсов происходит во время, когда данные на выходах U4 зафиксированы и на дисплее, управляемым дешифратором U5 (или U6), не визуализируется процесс счета, - высвечиваются показания предыдущего счетного цикла или нулевые значения (до окончания первого цикла).

Микросхема МС14553 содержит три декадных счетчика, обеспечивающих режим динамической индикации, что позволяет обойтись небольшим количеством микросхем. Частота переключения выходов декад задается встроенным в микросхему генератором, частота которого определяется внешним конденсатором С11.

Работа дешифратора на микросхеме U5 (или U6), как и счетчика (U4), - возможна со светодиодными индикаторами, имеющими различные общие электроды. В качестве U5 подразумевается использование отечественных микросхем К176ИД2 или ИД3. Второй из них имеет открытые стоковые выходы ключей с p-каналом. В качестве дешифратора U6 должна использоваться микросхема MC14543, являющаяся практически полным аналогом микросхемы К176ИД2 (неполное совпадение цоколевки). Для использования индикаторов с общим анодом необходимо наличие транзисторов VT3-VT5, наличие резисторов R23-R30 (в случае использования U5 – К176ИД3), наличие перемычки ОА. При использовании в качестве U5 микросхемы К176ИД2 или в качестве U6 микросхемы МС14543, необходимость в резисторах R23-R30 отпадает. Резисторы R21-R24 при этом на плату не устанавливаются. При использовании индикаторов с общим катодом, перемычка ОА должна отсутствовать, VT3-VT5 так же не устанавливаются на плату, устанавливаются резисторы R21-R24. Важной особенностью используемых микросхем дешифраторов является встроенная опция ограничения тока выходных ключей, благодаря чему, индикаторы можно подключать к выходам микросхем без токоограничительных резисторов.

В схему тахометра для удобства настройки внедрен генератор импульсов на микросхеме U2 с диапазоном изменения частоты импульсной последовательности 10-200Гц (приблизительно). Генератор при необходимости подключается нажатием фиксированной кнопки S1 к входу "DH" тахометра.

Индикатор тахометра - 3-разрядный. "Тысячный" разряд выделен децимальной точкой. Светодиод HL3 индицирует подключение встроенного генератора в схему. Светодиод HL1 индицирует состояние входов (сигналы датчиков), HL2 - импульсы на выходе формирователя.

Все настройки тахометра взаимозависимы и начинать настройку прибора следует с установки длительности импульса на выходе микросхемы U3. Для этого следует подать на вход сигнал встроенного генератора на вход "DH" тахометра (кнопкой S1) и, контролируя с помощью осциллографа или частотомера (в режиме измерения длительности импульсов) выставить длительность выходного импульса формирователя равным 3мс (потенциометр PR3). Длительность импульса должна оставаться неизменной во всем диапазоне частот встроенного генератора.

Далее частоту генератора на элементе U1.2, контролируя импульсы частотомером на выводе 4 U1, необходимо выставить равной 10кГц (PR1). Частота тактового генератора на элементе должна быть равна 0,5Гц. При этом счет импульсов будет происходить в течении секунды. На этом настройка для конфигурации ДВС 4-1-4 (см. выше) закончена. Для настройки режимов тахометра под ДВС с иной конфигурацией, используется та же методика.

рис.2 макет тахометра

Тахометр был собран в нескольких вариантах (с использованием различных комплектующих) на макетной плате (рис.2). На рис.1 показан оптимальный вариант принципиальной схемы из версий, отработанных на макетной плате. Характеристики тахометра сравнивались с тахометром, собранным на МК (рис.3).

рис.3 сравнение работы двух тахометров

Кроме несколько большего ухода показаний за час работы (+50 относительно прибора с МК, что вполне предсказуемо) при фиксированной частоте входной импульсной последовательности, прочих недостатков замечено не было.

В генераторах тахометра желательно использовать конденсаторы и резисторы высокого качества, т.к. точность прибора во многом будет определяться качеством компонентов и их температурной зависимостью при отсутствии стабилизированной опорной частоты.

рис.4 вид печатной платы тахометра

Для тахометра была разработана печатная плата (рис.4) с размерами 75Х50мм. Предусмотрена возможность установки одной из указанных выше микросхем-дешифраторов; возможность установки 3-разрядных дисплеев размером 0,56" или 0,36".

Тахометр можно сделать многорежимным, используя простую коммутацию предварительно подобранных резисторов R6, меняя частоту генератора (элемент U1.2) «подставных» импульсов, изменяя тем самым количество импульсов в пачке. Коммутировать таким образом можно и время счета, изменяя частоту генератора на элементе U1.1. При этом элементы коммутации следует располагать на печатной плате для сохранения стабильности генерации и уменьшения влияния внешних электромагнитных проявлений. В данной печатной плате не предусмотрена установка элементов коммутации.

Тахометр предназначен для питания от бортовой сети автомобиля (+12В) и гарантированно работоспособен в диапазоне напряжений +10,5…+16,5В. Ток потребления в указанном диапазоне напряжений, при активности всех сегментов светодиодного индикатора и наличии входного сигнала, не превышает 60мА.

Список радиоэлементов

^{Скачать список элементов (PDF)}

Теги:

• Тахометр
• Датчик Холла
• DipTrace