毛永毅1，姜红2
(1.西安邮电学院电信系，陕西西安710061；2.西安微电机研究所，陕西西安710077)
1 引言
单片频率计icm7216d是美国intersil公司首先研制的专用测频大规模集 成芯片。它是标准的28引脚的双列直插式集成电路，采用单一的+5v稳压电源工作。它内含 高频振荡器、10进制计数器、7段译码器、位多路复用器、能够直接驱动led显示器的8段—段码驱动器、8位—位码驱动器。其基本的测频范围为dc至10mhz，若加预置的分频电路，则上限频率可达40mhz或100mhz，单片频率计icm7216d只要加上晶振、量程选择、led显示器等少数器件即可构成一个dc至40mhz的微型频率计，可用于频率测量、机械转速测量等方面的应用。
icm7216d主要有以下特点：
·采用单一的+5v稳压电源工作。
·随量程不同有001s、01s、1s、10s四种内部闸门时间。
·可直接驱动共阴极lec显示器。
·具有高稳定度的振荡器，使用1mhz或10mhz晶振。
·内部可产生10进制频率显示的小数点的位置和溢出指示。
·关显示模式可使芯片进入低功耗状态。
·保持和复位输入端使芯片操作更灵活。
2 icm7216d的引脚排列及功能
icm7216d引脚排列如图1所示，引脚功能如表1所示。
3 icm7216d的内部电路及工作原理
icm7216d的内部电路如图2所示。
单片频率计icm7216d在使用时，在osin和osot两端外接10mhz晶体和阻容元件与片内的高增 益互补场效应反向器构成并联谐振回路，产生高稳定度的时间基准信号，供片内分频后产生 计数闸门时间使用，测频精度由外接晶体性能确定(在高精度应用场合，可将晶体置于带屏 敝的恒温槽内)。
icm7216d的d7—d0端为8位显示数码管的输出端，g—a端为7段显示码(高电平有效)。icm721 6d采用8位led分时循环扫描的方式将每一位数字的段码从g—a端逐位输出，输出顺序为从最 高位到最低位，扫描频率为500hz，由于icm7216d带有显示驱动，因此可直接驱动led显示器 。8位码循环扫描的周期为2ms，每位码输出有效时间是244靤，相邻两位之间有一个6靤的 消稳负脉冲，用于克服显示时的余辉现象。
为了保证icm7216d能正确可靠的进行计数，输入信号必须满足以下条件：(1)波形：必须是 数字脉冲信号，其它波形(如正弦波、三角波等)必须通过施密特整形电路整形为方波信号。 (2)幅度：在电源电压v=+5v时
端的阀值电压为2v，为了可靠地进行 计数 且不损坏芯片，输入方波的高电平值vih必须满足：v/2＜vih＜v。ttl电平的方波信号能够满足此要求，其它电平的信号需经缓冲放大或电平转换电路转换为ttl电平信号。(3) 宽度：输入脉宽需要≥50ns(周期≥100ns)。单片频率计是在输入脉冲下沿进行计数的。
单片频率计icm7216d芯片本身的测频上限为10mhz，数据显示单位为khz。若要组成40mhz的 频率计，则只需在10mhz频率计的基础上作如下两点修改：(1)在
端之前 另加4分频预置电路。(2)采用25mhz的晶体。若要组成100mhz的频率计，则只需在10mhz频 率计的基础上作如下两点修改：①在int端之前另加10分频预置电路。②将位码输出端d2 连到coni(控制输入)端，使频率计处于外部小数点选择模式，并将ecpi(外部小数点输入)端 连到ragi(量程输入)端，使数据显示单位khz保持不变。
4 光电法电机速度测量原理
目前电机测速有采用光电原理工作的元件，也有采用电磁式的(利用电磁 感应原理或可变磁阻的霍尔元件等)，电容式的(对高频振荡进行幅值调制或频率调制)以及 采用同步发电机的(其输出电压与转速成比例)等，特别还有的测速器是利用置于旋转体内的 放射性材料来发生脉冲信号的。
在这些方法中应用最广的还是光电式的，光电式速度发送器的构造和原理图如图3所示 。 在电动 机轴上直接连接一个圆盘，在圆盘的边上开有缝隙或小孔，当电机旋转时不源通过缝隙 图3光电式速度发送器或小孔照到光敏元件上，于是产生一序列的脉冲信号，再经过放大和整形送到测频装置中即 可得到电机转速。转速测量仪如图4所示。
设圆盘孔数为z，电机转速为n(r/min)，则速度发送器的频率为：
fc=nz/60hz
光电式速度发送器测量的转速可以认为没有下限，上限主要取决于光敏元器件的极限频率。 为了提高测量精度，就要增加频率，因而圆盘的孔和缝隙也就越开越小，但这受到机械加工 的限制。为了解决这个问题，可以相互错开设置几个光电元器件，只要把从每个光电元器件 中接收的脉冲信号混合起来，就相当于减小了孔或缝隙的节距。设圆盘孔数为z，有m个光电元件，电机转速为n(r/min)，则混合脉冲的频率为：
5 以icm7216d为核心的电机转速测量仪
以icm7216d为核心的电机转速测量仪如图4所示。光电速度发送 器产 生的脉冲信号经过放大整形电路输入
端，对测速仪加电或复位，首先 使7216d片内有关电路全部复位，外部显示数据全为“0”，7216d处于准备测量状态。当保持输入端hldi输入低电平时，7216d方可开始新的测量计数。按7216d的工作性能要求，为了获得正 确的测量数据，2次测量之间的间隔需大于800ms。当保持输入端hldi输入高电平时，测量数 据不进行更新，led显示器数据保持不变，上次测量数据直到下一次测量进行时才进行更新。led显示器的显示值的单位为khz，为了直观的显示电机的转速，我们可选择圆盘孔数为30 ，有2个光电元件，fc为速度发送器的频率，则电机转速n(r/min)为：
n=60fc/mz=60fc/(2×30)=fc
led的显示值即为电机的转速值，根据电机转速的高低，可切换量程选择端，以获得更高的 测量精度。速度较慢时，可选取较长的闸门时间，反之，速度较快时，可选取较短的闸门时 间。共有4种量程选择，当量程选择端分别接通d1、d2、d3、d4时对应闸门时间分别为0.01s、0.1s、1s、10s。需注意的是，量程选择端ragi一旦悬空，由于片内上拉电阻起作用 而产生高电平，此时一切测量立即停止。
6 结语
采用icm7216d芯片的电机转速测量仪具有结构简单、性能可靠、使用方 便、测量精度高等一系列优点，具有较好的应用前景。
