數(shù)字式電阻測試儀課程設計報告(1)

1、>線 >訂< >裝<二二二二二二二二號學 二二二一二名姓 業(yè)專二化動自其及程工氣電二級一 4£301二院學二二工二二設計題目:本科課程設計專用封面所修課程名稱：電子技術課程設計修課程時間：2010 年12月18日至12月30日完成設計日期：2010年12月30日評閱成績：評閱意見:評閱教師簽名:目 錄一、摘要關鍵字設計要求3二、正文第一章系統(tǒng)概述一、設計思路4二、設計方案的分析與選擇4三、系統(tǒng)框圖及工作原理5第二章單元電路設計與分析一、555單脈沖的產生7二、晶振多頻震蕩的產生8三、單頻和多頻相與10四、cd74192計數(shù)器計數(shù)11五、數(shù)碼顯示管顯示12

2、第三章系統(tǒng)綜述、總電路圖一、整體電路圖14系統(tǒng)綜述14第四章結束語一、收獲和體會16二、缺點和改進16參考文獻17元器件明細表及附圖17鳴/f21四、教師評語22數(shù)字式電阻測試儀摘要： 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。本次課程設計是針對數(shù)字式電阻測試儀的設計，介紹了數(shù)字式電阻測試儀的設計方案及其基本原理，并著重介紹了 數(shù)字式電阻測試儀各單元電路的設計思路，原理及整體電路的的工作原理，控制器件的工作情 況。設計共有三大組成部分：一是系統(tǒng)概述，本部分概括講解了電路的設計思想和各部分功 能；二是各單元所用器件、其性能和在電路中的功能。三是設計小結，這部分包括設計的完成 情況，并

3、提出本系統(tǒng)需要改進的地方及遇到的困難。關鍵字：電阻轉化電壓 555單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 74CD192 數(shù)碼顯示。設計要求：1.被測電阻值圍1 999kQ;2. 三位數(shù)碼管顯示被測電阻值；3. 給定測量電壓為 9V,可用實驗室專門電源提供。第一章系統(tǒng)概述一、設計思路數(shù)字式電阻測試儀的基本原理是將待測的數(shù)字信號轉化為模擬信號，再 通過計數(shù)、譯碼，由數(shù)碼管直接顯示出阻值。由555觸發(fā)器產生單脈沖，由晶振經過分頻產生多頻脈沖。再利用74CD192計數(shù)器對單脈沖個數(shù)進行計數(shù)，然后再通過譯碼顯示，將阻值直接顯示在數(shù)碼管上。二、設計方案的分析與選擇想要實現(xiàn)待測電阻的數(shù)字式測量，最主要的是將待測電阻相關的模擬信號轉

4、換為數(shù)字信號。我們利用的是555單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器來實現(xiàn)這點。知道555單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器能實現(xiàn)數(shù)模轉換后，最關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。各種辦法都有相應的優(yōu)缺點，例如 充放電法及直接法均需求得被測樣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，則存在電橋調節(jié)費時費力等

5、不利因素。下面列出兩種方案進行分析：方案一 利用555單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和A/D轉換器實現(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 下稱為時鐘脈沖）相與，便可以得到計數(shù)脈沖，將它送給數(shù)字顯示器。如果時 鐘脈沖的頻率等參數(shù)合適，便可實現(xiàn)測量電阻。其電路基本原理如圖所示方案一原理圖方案二利用555單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和74CD19我現(xiàn)原理同方案一基本相同，原理圖如圖所示:A/D轉換器的相應元件，所方案二原理圖兩種方案原理基本相同，但是由于無法找到以最終選擇了方案、系統(tǒng)框圖及工作原理系統(tǒng)總體框圖如圖所示555單脈沖產

6、生電路口 口匚二74CD192計數(shù)器譯碼、驅動、顯示晶振多頻振蕩 器系統(tǒng)框圖工作原理：555單脈沖產生電路產生的脈沖和晶振多頻振蕩器產生的脈沖相與后74CD192計數(shù)器計數(shù)后，再經過譯碼、驅動后，通過數(shù)碼管顯示出脈沖個數(shù)?；驹硎菍㈦娮枳柚缔D化為頻率，然后測量出轉化后的頻率， 最后根據(jù)一定的關系即可得出待測電阻阻值，設計過程中，設置好相應 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。第二章單元電路設計與分析一、555單脈沖的產生基本原理：利用電阻和電容的諧振來產生單頻信號 電路如圖所示R2VCC5VUVCC 555_TIMER_RATEDX1Key = A Ci士 10nFVCCRS

7、T OUTDISTHRTRICONGND670C3 II C5100uF = =10uF其中，VCE 5V電源，J2為單刀雙擲開關，Ji為按鈕Ci、C2 、C& C4、C5為電容，R1為電阻，R2為待測電阻，XI、X2是兩個發(fā)光二極 管（X1是綠火T, X2是紅燈）。待測電阻通過單刀雙擲開關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1mR 0.1mF的這組電容串聯(lián)的時候可測阻值相對小的電阻，與 1科F、10 d F這組電容串聯(lián)的時候可測阻值相對大 的電阻，開關打向不同組電容相當于選擇不同檔位。X1, X2兩個指示燈可顯示出單刀雙擲開關連接的是哪組電容，即顯示選擇的測

8、量檔，當綠燈（X1）亮時，表明J2打向左邊，測小電阻，當紅燈（X2）亮時，表明開關打向右邊，測大電阻。設計電路時，已經通過相關公式設置好了各元件參數(shù)，使得綠燈亮時，數(shù)碼管顯示 的數(shù)字單位為紅燈亮時，單位為KQ。波形圖如圖所示、品振多頻震蕩的產生基本原理：通過晶振與電阻、電容的連接產生多頻震蕩再通過分頻產生適合的多頻震蕩。電路如圖所示U8A一區(qū)一旦140106BD 5VR4 一1160k QC8J卜U9A100pF50%4010CBD_5V1410pF舞X4HC-49/U 100kHz160k QU17VCC5V4915110A B C DLOAD CLRCC4> UPD DOWNQA Q

9、B QC QDBO CO二八,八13,I74HC192N6151109A B C DQA QB QC QDLOAD CLRBO CO326713_ 312_口13_12-5355U upD DOWN74HC192N_6V如圖，R4、RS C6 C& U8 U9及晶振構成一個基本的多諧產生器。產生的信號通過兩個 74CD192進行分頻，U17的輸出為十分頻，U3的輸出為百分頻。J15單刀雙擲開關用來進行分頻的選擇。波形圖如圖所示三、單頻和多頻相與基本原理：用7400來實現(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四、74CD19訓數(shù)器計數(shù)基

10、本原理：單脈沖產生電路產生的脈沖與多頻信號相與后，產生如上圖所示信號，輸入到74CD192計數(shù)器對其脈沖個數(shù)進行計數(shù)。由于設計要求三 位顯示，因而需要 3個74CD192電路如圖所示VCC5VU10VCC. 12 一o c VCC33E77tKey = Space300 Q5V五、數(shù)碼顯示管顯示基本原理：用74CD192計數(shù)器計數(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，從而就實現(xiàn)了數(shù)字顯示功能。設計要求給出三個顯示管，而每一個74CD192只能接一個數(shù)碼顯示管，所以我們前面選擇了三個 74CD192計數(shù)器。三位顯示最大能顯示到999,因此對于大于此

11、量程的數(shù)據(jù)就不能記錄了。電路連接如圖所示VCC5V834512227 12 6DA DBDC DDEL BI LTU13OA OB OC OD OE OF OG324511BD5V300 Q300 QDAOADBOBDCOCDDODOEELOFBIOGLTU144511BD5V5-03-007 匚2613104R9 4R154R11134495658器62U15300©300 QEL BI LTDA DB DC DDOA OB OC OD OE OF OG13126463 b26707111 一6 10 6 9二6I 15 6 -69 300Q747576U19U204511BD5V

12、第三章系統(tǒng)綜述、總體電路圖一、整體電路圖整體電路圖如圖所示R28.J2VCCXSC2VCC5VX1 X2Key=Bj- 2.5 V 2,5 VVCC5VTkt .Tektronixana口口口12 3 4 TU13R6U18yuir37-30ST"OADA DBDC DDOBOCOOEvcC甲EL BI LTOFO(U1VCC555 TIMERRATEDR12kO1M|?ey=A 50%VRST OUTDISTHRTRICON傷，I-1- -°'+ - 5.VCCVCCU8AU9AC8Space50%159AQAHC-49/U_100kHz3DQD11UPDOWN7

13、4HC192N 6VA B CB CDBO COBO COQB QCQDQAQBQCLOAD CLRLOAD CLR32-，UP DOWN140106BD_5VR4 一,1374HC1U3N6V10915 153 5554J55VU2AKeyC2XSC11mF70C110nFC3 100uFC4_ _1uFC5 一10uFr . 7400NGND4511BD_5 V3008U19II10nF40106Bp_5V14100pF 50%16kQVCCU152 R2613-4511BD_5VDAOADBOBDCOCDDODOE-ELOFBIOGT707172737475花U20二、系統(tǒng)綜述這次設計，

14、我們使用了一個 555,用來產生單脈沖，一個晶振用來產生多頻震蕩，一個555和一個晶振把信號輸入到 7400N相與后，再輸入到 74CD192計數(shù)器，74CD192計數(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產生單脈沖，其時間Tw為一個時間長度，即為脈沖寬度。然后多頻震蕩產生連續(xù)的方波，其時間長度遠小 于單脈沖，即其脈沖寬度遠小于單脈沖，單脈沖的脈沖寬度是多頻的整數(shù)倍。相與后輸出的脈 沖個數(shù)就是Tw時間脈沖的個數(shù)。電阻通過 555轉化為Tw,而輸出的就是 Tw的值。根據(jù)555的性質由相關公式 Tw=1.1RC

15、知，要要測電阻就必須知道 Tw和R的值，Tw 可以測出，而C的值我們將其設置為 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。在單脈沖產生部分，我們之所以選擇兩個電容串聯(lián)作為一組電容而不是使用一個電容一組，是因為沒有以1/1.1為數(shù)值大小的電容。兩個電容串聯(lián)后的電容C與兩個電容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)。這次課程設計，要求測量的電阻阻值圍為1 到999KQ,并且要求用 3位數(shù)碼管顯示，所以我們設置了兩個檔位，測量圍分別為1999 和1KQ999KQ。因為有兩個檔位，所以電容也選擇兩組，分別對應檔和KQ檔，

16、再分別連接上指示燈，具體前面單脈沖產生部分已經說明?？偟膩碚f，本設計的基本思路就是利用555,將電阻的模擬信號轉為數(shù)字信號，再用計數(shù)器進行計數(shù)，最后通過數(shù)碼管譯碼、驅動、顯示出來。對這個基本思路進行一系列細化、 改進，最終就完成了本次設計。電路仿真圖如圖VCCR22.5 VC21mF1M|?Key=A 50%R12kQC4-1 1uF100uFC5一10uFU8AH>7 140106BD 5VR4 一160kQHF-100pF 50%HC-49/U_100kHzVCC5VU555_TIMERVCCRSTOUTDISTHR1TRICONKey = A0C110nFXSC21VCC_RATE

17、DC8U9A40106BP_5V10pF 5R%r78160kQU1715C?A B C DQAQBQCQDVCC15UPDOWN109d14A BC Dci=m.P 1 2 3 4 T-LOAD -BOCLR -COU3 IQ2N6VQA QBQC QD53 5554J5UPDOWN-LOAD -BOCLR -COVCC5V13U11UP7VCC125VAB CD-EL-BI-LT-EL-BI-LT-EL-BI-LTDA DB DC DDDB DCDDKey = Space R3QAQB QCQD-LOAD -BOCLR -COUPDOWN4511BD5VOAO O(O OO O74HC59

18、2N 6VA BC DQA QBQC QDDA DBDC DD-LOAD -BOCLR -CO4511BD5V4511BD5V二 /Key = D62OA OBOCODOE OFOG131473他300Q-OA OB OC OD OEOF OG第四章結束語一、收獲和體會兩周時間的課程設計，電路也設計出來了，從仿真的結果看，測量有些小誤差，不過還算可以。本次課設體會與其他幾次課設最大的不同之處在于作品是幾個人共同協(xié)作的成果。這種 合作方式既有缺點又有優(yōu)點。優(yōu)點是各個人共同尋找資料、設計整體思路及各個單元模塊的搭 建，能提高效率，且將不同的方案從各個方面還有整體上進行分析對比，更有利于找到最優(yōu)的

19、解決方案。我們三人相互討論，相互交流，對課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，對各個模塊的劃分以及具體功能有了具體的分配。但是同時，三個人的工 作分配、意見的統(tǒng)一也為設計帶來了另一方面的問題?？傊?，此次課程設計首先鍛煉的是我們 的團結合作的能力。第二方面，這次課設較其他幾門課設的另一個很大的區(qū)別是題目很寬，只告訴要求達到 的功能，設計思路完全自由，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的基礎知識自己解決問題。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。

20、正是由于分配給我們的難題，一來鍛煉了我們自主學習的能力，而來培養(yǎng)了我們迎難而上的精神。我們找到了一些關于電壓表設計的資料，所以我們所面臨的問題的關鍵在于怎么將測電 壓的知識搬移到測電阻上面。經過了思考和討論，最終找到了我們能力圍之的可行方案。第三方面，正如其他的課設一樣，本次課設提供了我們一個對所學理論知識融會貫通的 機會。雖然以前接觸過模數(shù)轉換器，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 圍的。對于一個新接觸的芯片，由完全不了解，到了解它的功能、結構、接入方式，是一個有 難度但更有喜悅和收獲的過程，

21、收獲的是知識，喜悅的是我們收獲知識的能力！、缺點和改進本電路設計方案中電阻的輸入電路需要外界提供直流恒流源，對精度的要求相當高，這 是本設計實現(xiàn)的一大難題。本電路由于標準電阻只選擇了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)點后的一位數(shù)），但足可以滿足設計要求。若想 增大量程或者提高精度，電路的改建也十分簡單，只需更換標準電阻即可。本實驗電阻和電容的參數(shù)非常重要，尤其是電容必須選取合理，否則就會導致測量結果誤差非常大，因此必須注意。當出現(xiàn)較大誤差時，應該選擇改變電阻和電容，以調節(jié)誤差。參考文獻數(shù)字電子技術基礎（高等教育）康華光主編電氣類專

22、業(yè)實驗指導叢書（西南交通大學）湯勉剛主編元器件明細表及附圖序號名稱型號參數(shù)數(shù)量參數(shù)1恒定電流源VCC1個5V2電容C1、C81個10nF3電容C21個1mF4電容C31個0.1mF5電容C41個1uF6電容C51個10uF7電容C61個100pF8555555-TIMERRATED1個9與門7400N1個14腳11發(fā)光二極管DCD-HEX2個2腳1274CD192741606個4腳輸出13單擲開關Key2個C14雙擲開關Key2個B15滑動電阻R11個01MQ16電阻R21個2KQ17電阻R4 R52個160KQ18電阻R3 R3222個300 a19晶振X41個100KHz20發(fā)光二極管X1

23、、X22個555管腳圖及其部原理圖1 -GND2 - Trigger3 - Output4 -5 - Cortrol c l tag 36 - Thne,shold7 - Discharge部含有兩個電壓比較器，一個分壓器，一個RS觸發(fā)器，一個放電晶體管和一個功率輸出8 -Vcc功能表如圖所示74CD192管腳圖及功能說明74CD192同步十進制可逆計數(shù)器，它具有雙時鐘輸入，并具有消除和置數(shù)等功能，具引腳排列及邏輯符號如下所示：15VX PQ 1陽。記I 汗 P? P3同同同時同向同國山山山包F1 Qi 卬 CPd CPU %(a)5-411TT-心 GroP0P1P2P3CPuCPdPLMR

24、(b)Q0Q1Q2Q3TCuTCd圖5-4cd74192的引腳排列及邏輯符號(a)引腳排(b)邏輯符號圖中:出端,互為置數(shù)端，,晶為加計數(shù)端，二E為減計數(shù)端，比產為非同步進位輸7r。為非同步借位輸出端，PR P1、P2、P3為計數(shù)器輸入端，也改為清除端，QQ Q1、Q2 Q3為數(shù)據(jù)輸出端輸入輸出功能表如下：MRPL*P3P2P1P0Q3Q2Q1Q01xxXXxXX000000xXdcbadcba011xXXx加計數(shù)011XXXX減計數(shù)8腳數(shù)碼管及譯碼器VCC5V18U13242DADB DCDDEL BILTOA OB OC ODOE OF OG1312111091514300 Q300 QAU18 kCO4511BD 5VDA DB DC DDU14ELBI LTOAOBOCO