數(shù)字式電阻測試儀

1、摘要：數(shù)字化測量儀器較模擬儀器具有使用方便，測量精確等優(yōu)點(diǎn)。本次課程設(shè)計(jì)是針對數(shù)字式電阻測試儀的設(shè)計(jì)，介紹了數(shù)字式電阻測試儀的設(shè)計(jì)方案及其基本原理，并著重介紹了數(shù)字式電阻測試儀各單元電路的設(shè)計(jì)思路，原理及整體電路的的工作原理，控制器件的工作情況。設(shè)計(jì)共有三大組成部分：一是系統(tǒng)概述，本部分概括講解了電路的設(shè)計(jì)思想和各部分功能；二是各單元所用器件、其性能和在電路中的功能；三是設(shè)計(jì)小結(jié)，這部分包括設(shè)計(jì)的完成情況，并提出本系統(tǒng)需要改進(jìn)的地方及遇到的困難。關(guān)鍵字：電阻轉(zhuǎn)化電壓 555單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 74CD192 數(shù)碼顯示。 I1數(shù)字式電阻測試儀系統(tǒng)概述1.1設(shè)計(jì)思路數(shù)字式電阻測試儀的基本原理是將待測的數(shù)

2、字信號轉(zhuǎn)化為模擬信號，再通過計(jì)數(shù)、譯碼，由數(shù)碼管直接顯示出阻值。由555觸發(fā)器產(chǎn)生單脈沖，由晶振經(jīng)過分頻產(chǎn)生多頻脈沖。再利用74CD192計(jì)數(shù)器對單脈沖個(gè)數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)，然后再通過譯碼顯示，將阻值直接顯示在數(shù)碼管上。1.2設(shè)計(jì)方案的分析與選擇想要實(shí)現(xiàn)待測電阻的數(shù)字式測量，最主要的是將待測電阻相關(guān)的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。我們利用的是555單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器來實(shí)現(xiàn)這點(diǎn)。知道555單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器能實(shí)現(xiàn)數(shù)模轉(zhuǎn)換后，最關(guān)鍵的就是將待測電阻阻值的模擬信號以何種方式輸入到555單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器中。根據(jù)測量原理的不同，其輸入方法有很多，如直接法、電橋法和充放電法。各種辦法都有相應(yīng)的優(yōu)缺點(diǎn)，例如充放電法及直接法均需求得被測樣

3、兩端的電壓與通過被測樣的電流，利用歐姆定律從而得出被樣的電阻， 電橋法則是利用電橋兩端電位的平衡來得出被測樣的電阻。其中利用直接法測得的電阻（如“ 搖表”）存在讀數(shù)不精確等明顯的人為因素憂，在讀數(shù)較大的情況下尤其如此；利用充放電法測得的電阻阻值偏大；而利用電橋法測量，則存在電橋調(diào)節(jié)費(fèi)時(shí)費(fèi)力等不利因素。下面列出兩種方案進(jìn)行分析：1.2.1 利用555單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和A/D轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn) 利用單穩(wěn)或電容充放電規(guī)律等，可以把被測電阻量的大小轉(zhuǎn)換成脈沖的寬窄，即脈沖的寬度Tx與Rx成正比。只要把此脈沖和頻率固定不變的方（以下稱為時(shí)鐘脈沖）相與，便可以得到計(jì)數(shù)脈沖，將它送給數(shù)字顯示器。如果時(shí)鐘脈沖的頻率等參數(shù)

4、合適，便可實(shí)現(xiàn)測量電阻。其電路基本原理如圖所示 方案一原理圖1.2.2利用555單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和74CD192實(shí)現(xiàn) 原理同方案一基本相同，利用單穩(wěn)或電容充放電規(guī)律等，可以把被測電阻量的大小轉(zhuǎn)換成脈沖的寬窄，即脈沖的寬度Tx與Rx成正比。只要把此脈沖和頻率固定不變的方（以下稱為時(shí)鐘脈沖）相與，便可以得到計(jì)數(shù)脈沖，將它送給數(shù)字顯示器。如果時(shí)鐘脈沖的頻率等參數(shù)合適，便可實(shí)現(xiàn)測量電阻。其電路基本原理如圖所示： 74CD192 計(jì)數(shù)器 譯碼、驅(qū)動(dòng)、顯示555單穩(wěn)態(tài)電路方案二原理圖 兩種方案原理基本相同，但是由于無法找到A/D轉(zhuǎn)換器的相應(yīng)元件，所以最終選擇了方案二。1.3系統(tǒng)框圖及工作原理1.3.1系統(tǒng)總體

5、框圖555 單脈沖產(chǎn)生電路 74CD192 計(jì)數(shù)器 譯碼、驅(qū)動(dòng)、顯示晶振多頻振蕩器 系統(tǒng)框圖 1.3.2工作原理 555單脈沖產(chǎn)生電路產(chǎn)生的脈沖和晶振多頻振蕩器產(chǎn)生的脈沖相與后74CD192計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)后，再經(jīng)過譯碼、驅(qū)動(dòng)后，通過數(shù)碼管顯示出脈沖個(gè)數(shù)?；驹硎菍㈦娮枳柚缔D(zhuǎn)化為頻率，然后測量出轉(zhuǎn)化后的頻率，最后根據(jù)一定的關(guān)系即可得出待測電阻阻值，設(shè)計(jì)過程中，設(shè)置好相應(yīng)元件的參數(shù)，使數(shù)碼顯示管顯示的數(shù)字即為待測電阻阻值。 2單元電路設(shè)計(jì)與分析2.1 555單脈沖的產(chǎn)生 基本原理：利用電阻和電容的諧振來產(chǎn)生單頻信號，電路如圖所示 其中，VCC為5V電源，J2為單刀雙擲開關(guān)，J1為按鈕C1、 C2、C

6、3、C4、C5為電容，R1為電阻，R2為待測電阻，X1、X2是兩個(gè)發(fā)光二極管（X1是綠燈，X2是紅燈）。待測電阻通過單刀雙擲開關(guān)可分別與兩組電容串聯(lián)，與不同組電容串聯(lián)可測不同大小的電阻，與1mF、0.1mF的這組電容串聯(lián)的時(shí)候可測阻值相對小的電阻，與1F、10F這組電容串聯(lián)的時(shí)候可測阻值相對大的電阻，開關(guān)打向不同組電容相當(dāng)于選擇不同檔位。X1，X2兩個(gè)指示燈可顯示出單刀雙擲開關(guān)連接的是哪組電容，即顯示選擇的測量檔，當(dāng)綠燈（X1）亮?xí)r，表明J2打向左邊，測小電阻，當(dāng)紅燈（X2）亮?xí)r，表明開關(guān)打向右邊，測大電阻。設(shè)計(jì)電路時(shí)，已經(jīng)通過相關(guān)公式設(shè)置好了各元件參數(shù)，使得綠燈亮?xí)r，數(shù)碼管顯示的數(shù)字單位為，

7、紅燈亮?xí)r，單位為K。波形圖如圖所示 2.2 晶振多頻震蕩的產(chǎn)生 基本原理：通過晶振與電阻、電容的連接產(chǎn)生多頻震蕩再通過分頻產(chǎn)生適合的多頻震蕩。電路如圖所示 如圖，R4、R5、C6、C8、U8、U9、及晶振構(gòu)成一個(gè)基本的多諧產(chǎn)生器。產(chǎn)生的信號通過兩個(gè)74CD192進(jìn)行分頻，U17的輸出為十分頻，U3的輸出為百分頻。J15單刀雙擲開關(guān)用來進(jìn)行分頻的選擇。波形圖如圖所示 2.3 單頻和多頻相與 基本原理：用7400來實(shí)現(xiàn)與的功能，讓單脈沖和多頻震蕩的脈沖相與后再輸入到74CD192中。如圖所示 相與后波形圖如圖 2.4 74CD192計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)基本原理：單脈沖產(chǎn)生電路產(chǎn)生的脈沖與多頻信號相與后，產(chǎn)生

8、如上圖所示信號，輸入到74CD192計(jì)數(shù)器對其脈沖個(gè)數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)。由于設(shè)計(jì)要求三位顯示，因而需要3個(gè)74CD192。電路如圖所示 2.5 數(shù)碼顯示管顯示基本原理：用74CD192計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)后的信號輸入到譯碼器CD4511先譯碼，然后通過與譯碼器相連的發(fā)光二極管，顯示出數(shù)字，從而就實(shí)現(xiàn)了數(shù)字顯示功能。設(shè)計(jì)要求給出三個(gè)顯示管，而每一個(gè)74CD192只能接一個(gè)數(shù)碼顯示管，所以我們前面選擇了三個(gè)74CD192計(jì)數(shù)器。三位顯示最大能顯示到999，因此對于大于此量程的數(shù)據(jù)就不能記錄了。電路連接如圖所示 3系統(tǒng)綜述、總體電路圖3.1整體電路圖 整體電路圖如圖所示3.2 系統(tǒng)綜述 這次設(shè)計(jì)，我們使用了一個(gè)555

9、，用來產(chǎn)生單脈沖，一個(gè)晶振用來產(chǎn)生多頻震蕩，一個(gè)555和一個(gè)晶振把信號輸入到7400N相與后，再輸入到74CD192計(jì)數(shù)器，74CD192計(jì)數(shù)后，再通過數(shù)碼顯示管顯示出來，數(shù)碼管顯示的數(shù)字即為電阻阻值。 至于為什么數(shù)碼管顯示的數(shù)字可以直接作為電阻阻值，其原理是：555產(chǎn)生單脈沖，其時(shí)間Tw為一個(gè)時(shí)間長度，即為脈沖寬度。然后多頻震蕩產(chǎn)生連續(xù)的方波，其時(shí)間長度遠(yuǎn)小于單脈沖，即其脈沖寬度遠(yuǎn)小于單脈沖，單脈沖的脈沖寬度是多頻的整數(shù)倍。相與后輸出的脈沖個(gè)數(shù)就是Tw時(shí)間內(nèi)脈沖的個(gè)數(shù)。電阻通過555轉(zhuǎn)化為Tw，而輸出的就是Tw的值。 根據(jù)555的性質(zhì)由相關(guān)公式Tw=1.1RC知，要要測電阻就必須知道Tw和R

10、的值，Tw可以測出，而C的值我們將其設(shè)置為1/1.1，這樣，Tw=R，所以我們可以將數(shù)碼管顯示的數(shù)字直接作為電阻值。在單脈沖產(chǎn)生部分，我們之所以選擇兩個(gè)電容串聯(lián)作為一組電容而不是使用一個(gè)電容一組，是因?yàn)闆]有以1/1.1為數(shù)值大小的電容。兩個(gè)電容串聯(lián)后的電容C與兩個(gè)電容C1和C2之間滿足1/C=1/C1+1/C2，所以我們選擇大小為1和10的電容串聯(lián)。 這次課程設(shè)計(jì)，要求測量的電阻阻值范圍為1到999K，并且要求用3位數(shù)碼管顯示，所以我們設(shè)置了兩個(gè)檔位，測量范圍分別為1999和1K999K。因?yàn)橛袃蓚€(gè)檔位，所以電容也選擇兩組，分別對應(yīng)檔和K檔，再分別連接上指示燈，具體前面單脈沖產(chǎn)生部分已經(jīng)說明。

11、 總的來說，本設(shè)計(jì)的基本思路就是利用555，將電阻的模擬信號轉(zhuǎn)為數(shù)字信號，再用計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)，最后通過數(shù)碼管譯碼、驅(qū)動(dòng)、顯示出來。對這個(gè)基本思路進(jìn)行一系列細(xì)化、改進(jìn)，最終就完成了本次設(shè)計(jì)。 電路仿真圖如圖4結(jié)束語4.1 收獲和體會(huì) 兩周時(shí)間的課程設(shè)計(jì)，電路也設(shè)計(jì)出來了，從仿真的結(jié)果看，測量有些小誤差，不過還算可以。 本次課設(shè)體會(huì)與其他幾次課設(shè)最大的不同之處在于作品是幾個(gè)人共同協(xié)作的成果。這種合作方式既有缺點(diǎn)又有優(yōu)點(diǎn)。優(yōu)點(diǎn)是各個(gè)人共同尋找資料、設(shè)計(jì)整體思路及各個(gè)單元模塊的搭建，能提高效率，且將不同的方案從各個(gè)方面還有整體上進(jìn)行分析對比，更有利于找到最優(yōu)的解決方案。我們?nèi)讼嗷ビ懻摚嗷ソ涣?，對課

12、題的理解有了一致的想法。我們最終選擇了相對合理的現(xiàn)行方案，對各個(gè)模塊的劃分以及具體功能有了具體的分配。但是同時(shí)，三個(gè)人的工作分配、意見的統(tǒng)一也為設(shè)計(jì)帶來了另一方面的問題?？傊舜握n程設(shè)計(jì)首先鍛煉的是我們的團(tuán)結(jié)合作的能力。 第二方面，這次課設(shè)較其他幾門課設(shè)的另一個(gè)很大的區(qū)別是題目很寬，只告訴要求達(dá)到的功能，設(shè)計(jì)思路完全自由，沒有提供模板或者其他線索。特別是我們這一組的題目，很難找到相似程度很大的資料，我們只能靠自己所學(xué)的基礎(chǔ)知識自己解決問題。剛開始完全不知道從哪下手，但是只有自己真正面對問題，不怕困難，才能一步一步地理清楚思路，弄清楚眉目。正是由于分配給我們的難題，一來鍛煉了我們自主學(xué)習(xí)的能力

13、 ，而來培養(yǎng)了我們迎難而上的精神。我們找到了一些關(guān)于電壓表設(shè)計(jì)的資料，所以我們所面臨的問題的關(guān)鍵在于怎么將測電壓的知識搬移到測電阻上面。經(jīng)過了思考和討論，最終找到了我們能力范圍之內(nèi)的可行方案。 第三方面，正如其他的課設(shè)一樣，本次課設(shè)提供了我們一個(gè)對所學(xué)理論知識融會(huì)貫通的機(jī)會(huì)。雖然以前接觸過模數(shù)轉(zhuǎn)換器，接觸過譯碼器和LED，但從來沒有親自利用它們組裝一個(gè)有目的的電路，所以這一過程中的芯片選用、電路原理、搭建方式，是超出課本上的理論知識范圍的。對于一個(gè)新接觸的芯片，由完全不了解，到了解它的功能、結(jié)構(gòu)、接入方式，是一個(gè)有難度但更有喜悅和收獲的過程，收獲的是知識，喜悅的是我們收獲知識的能力！4.2 缺

14、點(diǎn)和改進(jìn) 本電路設(shè)計(jì)方案中電阻的輸入電路需要外界提供直流恒流源，對精度的要求相當(dāng)高，這是本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的一大難題。 本電路由于標(biāo)準(zhǔn)電阻只選擇了100和100k兩種（即倍率只選擇了2和5兩種），故量程不夠大，精度也不夠高（例如只不能提供小數(shù)點(diǎn)后的一位數(shù)），但足可以滿足設(shè)計(jì)要求。若想增大量程或者提高精度，電路的改建也十分簡單，只需更換標(biāo)準(zhǔn)電阻即可。 本實(shí)驗(yàn)電阻和電容的參數(shù)非常重要，尤其是電容必須選取合理，否則就會(huì)導(dǎo)致測量結(jié)果誤差非常大，因此必須注意。當(dāng)出現(xiàn)較大誤差時(shí)，應(yīng)該選擇改變電阻和電容，以調(diào)節(jié)誤差。致謝在論文完成之際，我的心情萬分激動(dòng)，從論文的選題、資料的收集到論文的撰寫編排整個(gè)過程中，我得到了許

15、多的熱情幫助。 我首先要感謝梁芳老師，她給我提出很多寶貴的意見，使我的課設(shè)從剛開始的不懂迷茫到有了方向。在這近一個(gè)月的時(shí)間里，梁老師不斷對我得到的結(jié)論進(jìn)行總結(jié)，并提出新的問題，使得我的課題能夠深入地進(jìn)行下去，也使我接觸到了許多理論和實(shí)際上的新問題，使我做了許多有益的思考。她對我進(jìn)行了悉心的指導(dǎo)和教育，由于第一次進(jìn)行單片機(jī)課程設(shè)計(jì)，難免遇到許多比較低級的問題，梁老師卻都極其耐心地予以解答，使我能夠不斷地學(xué)習(xí)提高，在此表示深深的謝意。同時(shí)，梁老師淵博的學(xué)識、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度也令我十分敬佩，是我以后學(xué)習(xí)和工作的榜樣。還要再次感謝梁老師對我的關(guān)心和照顧，在此表示最誠摯的謝意！其次我還要感謝給過我?guī)椭耐?/p>

16、學(xué)們，在我做課程設(shè)計(jì)的過程中，會(huì)遇到多種問題，比如要找一些相關(guān)資料等，有時(shí)憑借我一個(gè)人很難找的全面，在我搜集查閱資料時(shí)給我的幫助和論文寫作中提出的意見和建議。正因?yàn)橛兴麄兊膸椭团浜?，我才克服了一個(gè)又一個(gè)困難，使我的畢業(yè)設(shè)計(jì)更加完善并且順利地完成。最后，再次對關(guān)心、幫助我的老師和同學(xué)表示衷心地感謝!參考文獻(xiàn)康華光. 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)（高等教育出版社）湯勉剛. 電氣類專業(yè)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)叢書（西南交通大學(xué)出版社） 余發(fā)山. 單片機(jī)原理及應(yīng)用技術(shù) (中國礦業(yè)大學(xué)出版社)潘永雄. 電子線路CAD實(shí)用教程(2版) (西安電子科技大學(xué)出版社)楊凌霄. 微型計(jì)算機(jī)原理及應(yīng)用 (中國礦業(yè)大學(xué)出版社)李廣弟. 單片機(jī)

17、基礎(chǔ) (北京航空航天大學(xué)出版社)元器件明細(xì)表序號名稱型號參數(shù)數(shù)量參數(shù)1恒定電流源VCC1個(gè)5V2電容C1、C81個(gè)10nF3電容C21個(gè)1mF4電容C31個(gè)0.1mF5電容C41個(gè)1uF6電容C51個(gè)10uF7電容C61個(gè)100pF8555555-TIMER-RATED1個(gè)9與門7400N1個(gè)14腳11發(fā)光二極管DCD-HEX2個(gè)2腳1274CD192741606個(gè)4腳輸出13單擲開關(guān)Key2個(gè)C14雙擲開關(guān)Key2個(gè)B15滑動(dòng)電阻R11個(gè)01M16電阻R21個(gè)2K17電阻R4、R52個(gè)160K18電阻R3R3222個(gè)30019晶振X41個(gè)100KHZ20發(fā)光二極管X1、X22個(gè)附圖555管腳

18、圖及其內(nèi)部原理圖 內(nèi)部含有兩個(gè)電壓比較器，一個(gè)分壓器，一個(gè)RS觸發(fā)器，一個(gè)放電晶體管和一個(gè)功率輸出級。 功能表如圖所示 74CD192管腳圖及功能說明74CD192是同步十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器，它具有雙時(shí)輸入，并具有清除和置數(shù)等功能，其引腳排列及邏輯符號如下所示：圖5-4  cd74192的引腳排列及邏輯符號（a） 引腳排列 (b) 邏輯符號圖中：為置數(shù)端，為加計(jì)數(shù)端，為減計(jì)數(shù)端，為非同步進(jìn)位輸出端， 為非同步借位輸出端，P0、P1、P2、P3為計(jì)數(shù)器輸入端，為清除端，Q0、Q1、Q2、Q3為數(shù)據(jù)輸出端。       &

19、#160;      輸入     輸出MRP3P2P1P0Q3Q2Q1Q0 1 × × ×××××0000 0 0 × ×dcbadcba 0 1  1××××    加計(jì)數(shù) 0 1 1 ××××