毕业设计（论文）-数字万用表设计.doc

陕西国防学院电子工程系毕业论文 第一章 设计总阐述1.1方案阐述本设计是由5个模块组成：直流电源部分、a/d 转换电路、码制转换电路、秒定时电路、报警显示电路模块。直流电源部分采用5v电源。a/d 转换电路采用八路（八位八通道a/d 转换器），将8路信号输入选择八位二进制码输出，进行码制转换。从而再用译码器和数码显示管完成数字显示。秒定时电路采用555时基电路构成单稳态触发器。报警电路采用多个三极管，555多谐振荡器和发光二极管组成。1.2产品概述：用途：适用于通信电缆施工、维修及设备安装过程中，对线排序及寻找特定线对的操作。性能：具有高性能、低功耗、小体积、重量轻和音量可调，它将为你的对线操作带来方便、轻松和高效率。特点：该装置查线速度快、现实直观、可以单人校线，还可以复校、结构简单、成本低廉、不易发生故障、工作可靠。第二章 模块化设计设计原理：如图所示，给定各芯线与其相连电阻下标相同的号码1、2、3、x，m（1m）。vs在rx上形成分压 vx=（rx/ro+rx）*vs 并可在近端测量得到。由于vx必定已知，从而可测定当前被测芯线的号码是第几。但vx不必读出，可以将其进行a/d转换，译码，数字显示后直接读出数字1m中的一个，就是该芯线的预设号码。 为了a/d便于转换，r1rm的取值原则应满足如下条件： （rx+1/ro+rx+1-rx/ro+rx）*vs=vs式中：vs是常量即电源电压值。 vs是转换器的参考电压和转换阶梯；vx是第x级取样电压下限值。a/d转换译码转换译码显示显示时间控制2.1 a/d转换部分1）它具有八路模拟信号输入选择，八位二进制码输出的一个逐次比较a/d转换器。输入端受地址译码器输出的控制。本设计选择模拟通道1n0输入，则地址预置在addc、addb、adda=000。当地址锁存允许ale=1时，输入1n0的模拟信号送入a/d转换器。2）adc08091.主要特性1）8路8位ad转换器，即分辨率8位。 2）具有转换起停控制端。 3）转换时间为100s 4）单个5v电源供电 5）模拟输入电压范围05v，不需零点和满刻度校准。 6）工作温度范围为-4085摄氏度 7）低功耗，约15mw。 2.内部结构 adc0809是cmos单片型逐次逼近式ad转换器，内部结构如图2所示，它由8路模拟开关、地址锁存与译码器、比较器、8位开关树型da转换器、逐次逼近寄存器、三态输出锁存器等其它一些电路组成。8路开关可选通8个模拟通道，允许8路模拟量分时输入，共用a/d转换器进行转换。三态输出锁器用于锁存a/d转换完的数字量，当oe端为高电平时，才可以从三态输出锁存器取走转换完的数据。 因此，adc0809可处理8路模拟量输入，且有三态输出能力，既可与各种微处理器相连，也可单独工作。输入输出与ttl兼容。图23外部特性（引脚功能） adc0809芯片有28条引脚，采用双列直插式封装，如图3所示。下面说明各引脚功能。图3in0in7：8路模拟量输入端。2-12-8：8位数字量输出端。adda、addb、addc：3位地址输入线，用于选通8路模拟输入中的一路。ale：地址锁存允许信号，输入，高电平有效。 start： ad转换启动信号，输入，高电平有效。 eoc： ad转换结束信号，输出，当ad转换结束时，此端输出一个高电平（转换期间一直为低电平）。 oe：数据输出允许信号，输入，高电平有效。当ad转换结束时，此端输入一个高电平，才能打开输出三态门，输出数字量。clk：时钟脉冲输入端。要求时钟频率不高于640khz。 ref（+）、ref（-）：基准电压。 vcc：电源，单一5v。 gnd：地。 4adc0809的工作过程是：首先输入3位地址，并使ale=1，将地址存入地址锁存器中。此地址经译码选通8路模拟输入之一到比较器。start上升沿将逐次逼近寄存器复位。下降沿启动 ad转换，之后eoc输出信号变低，指示转换正在进行。直到ad转换完成，eoc变为高电平，指示ad转换结束，结果数据已存入锁存器，这个信号可 用作中断申请。当oe输入高电平时，输出三态门打开，转换结果的数字量输出到数据总线上。地址输入和控制线：4条数字量输出及控制线：11条ale为地址锁存允许输入线，高电平有效。当ale线为高电平时，地址锁存与译码器将a，b，c三条地址线的地址信号进行锁存，经译码后被选中的通道的模拟量进转换器进行转换。a，b和c为地址输入线，用于选通in0in7上的一路模拟量输入。adda、addb、addc真值表 st为转换启动信号。当st上跳沿时，所有内部寄存器清零；下跳沿时，开始进行a/d转换；在转换期间，st应保持低电平。eoc为转换结束信号。当eoc为高电平时，表明转换结束；否则，表明正在进行a/d转换。oe为输出允许信号，用于控制三条输出锁存器向单片机输出转换得到的数据。oe1，输出转换得到的数据；oe0，输出数据线呈高阻状态。d7d0为数字量输出线。 clk为时钟输入信号线。因adc0809的内部没有时钟电路，所需时钟信号必须由外界提供，通常使用频率为500khz，5.adc0809对输入模拟量要求：信号单极性，电压范围是05v，若信号太小，必须进行放大；输入的模拟量在转换过程中应该保持不变，如若模拟量变化太快，则需在输入前增加采样保持电路。 6. adc0809应用说明 （1） adc0809内部带有输出锁存器，可以与at89s51单片机直接相连。 （2） 初始化时，使st和oe信号全为低电平。 （3） 送要转换的哪一通道的地址到a，b，c端口上。 （4） 在st端给出一个至少有100ns宽的正脉冲信号。 （5） 是否转换完毕，我们根据eoc信号来判断。 （6） 当eoc变为高电平时，这时给oe为高电平，转换的数据就输出给单片机了。2.2码制转换电路 本设计要求将5位二进制码转换成8421bcd码，再用译码器和数码完成数字显示。示意图如下：d20 d10 d8 d4 d2 d1 8421码码制转换电路（2-1 2-2 2-3 2-4 2-5 ）2 码制转换示意图此时必须要加修正电路。变换原理图如下： b4 b3 b2 b1 b0修正电路（）修正电路（） d20 d10 d8 d4 d2 d1交换原理图本设计中的修正电路包括大于（4）10的判别电路和（3）10 电路，判别电路可用四位二进制比较器7485，加（3）10 电路可用74283全加器实现。如下图所示：2.3秒定时电路秒定时电路采用555时基电路构成单稳态触发器。555定时器电路是一块介于模与数字电路的一种混合电路，由于这种特殊的地位，故555定时电路在报警电路、控制电路得到了广泛的应用。下图为555的内部电路，从图上可以看出，其仅有两个比较器、一个触发器、一个倒相器、放电管和几个电阻构成，由于比较器电路是一个模拟器，而触发器电路为数字电路，故其为混合器件图555定时器内部电路图555定时器组成及其引脚图555为一8脚封装的器件，其各引脚的名称和作用如下：1脚gnd,接地脚2脚tl,低电平触发端3脚q,电路的输出端4脚/rd,复位端，低电平有效5脚v_c,电压控制端6脚th,阈值输入端7脚dis，放电端8脚vcc,电源电压端，其电压范围为：318v555的功能描述其工作原理如下：比较器c1的反向输入端u6(接引脚 6)称为阈值输入端，用th来表示，比较器c2的同向输入端u2(接引脚2)称触发输入端，用tr标注。c1和c2的参考电压(电压比较的基准)ur1和ur2由电源ucc经三个5k的电阻分压给出。当控制电压输入端uco悬空时，；若uco外接固定电压，则。rd为异步置 0 端（对应管脚4），只要在rd端加入低电平，无论u6、u2的输入电平如何，基本rs触发器就置 0，电路输出uo为零。平时处于高电平； 管脚6称为高触发端，该引脚的电平与作比较；管脚2称为低触发端，该引脚与作比较，所以在rd=1时，u6和u2有三种状态组合。使555定时器电路的输出uo有低电平0、保持和高电平1三种状态。定时器的主要功能取决于两个比较器输出对rs触发器和放电管v1状态的控制。555定时器功能表如表2-1所示。 当时，比较器c1输出为 0，c2输出为 1，基本rs触发器被置 0，v1导通，uo输出为低电平。 当时，c1输出为 1，c2 输出为 0，基本rs触发器被置 1，v1截止，uo输出高电平。 当时，c1和c2输出均为 1，则基本rs触发器的状态保持不变，因而v1和uo输出状态也维持不变，定时器输出处于高阻状态。 555定时器功能表rdu6（th） u2(tr)u0v100导通11截止10导通1不变不变2.4报警显示电路本设计采用多个三极管、555多谐振荡器和发光二极管等组成报警电路。当集成运放不工作时，电路将进入报警系统，从而二极管发光。第三章 详细说明3.1 555定时器单稳态触发器555定时器构成单稳态触发器如图（a）所示，该电路的触发信号在2脚输入，r和c是外接定时电路。单稳态电路的工作波形如图（b）所示。 在未加入触发信号时，因ui=h，所以uo=l。当加入触发信号时，ui=l，所以uo=h，7脚内部的放电管关断，电源经电阻r向电容c充电，uc按指数规律上升。当uc上升到2vcc/3时，相当输入是高电平， 图（a） 图（b）3.2 7448七段显示译码器bcd -七段显示译码器（74ls48）”。 1）输入：8421bcd码，用a3 a2 a1 a0表示（4位）。 2）输出：七段显示，用ya yg 表示（7位） 3）逻辑符号： 7448七段显示译码器输出高电平有效，用以驱动共阴极显示器。该集成显示译码器设有多个辅助控制端，以增强器件的功能。 它有3个辅助控制端lt、rbi、bi/rbo,现简要说明如下： 灭灯输入bi/rbo bi/rbo是特殊控制端，有时作为输入，有时作为输出。当bi/rbo作输入使用且bi0时，无论其它输入端是什么电平，所有各段输入ag均为0，所以字形熄灭。 试灯输入lt 当lt0时，bi/rbo是输出端，且rbo1，此时无论其它输入端是什么状态，所有各段输出ag均为1,显示字形8。该输入端常用于检查7488本身及显示器的好坏。下图表示七段式数字显示器利用不同发光段组合方式，显示015等阿拉伯数字。在实际应用中，1015并不采用，而是用2位数字显示器进行显示。 3.3报警器设计与制作由555定时器和三极管构成的报警电路如图所示。其中555构成多谐振荡器，振荡频率fo143（ri2r2）c，其输出信号经三极管推动扬声器。pr为控制信号，当pr为高电平时，多谐振荡器工作，反之，电路停振。 多谐振荡器3.4 电缆对线器电路如图8所示，电缆对线器以555为核心组成，该对线器具有省电、稳定可靠等优点。图中的a .b 端子用短路片连接，将vt1 串接在通话回路中，作为通话和信号输出放大，此时， d. e也与通话线连接，可检测长距离电缆芯c的对号，若对上，则由555和r1. r2 . c1 组成的多谐振荡器起振，耳机话筒中便听到约800hz的音响。将c. d. e 端子短接，则在a .b端子接出两条对号线，则可检测短距离的电缆芯线的对号。将c. d端子短接，d. e 接通话线，b 接对号。第四章 部分计算说明4.1取样电阻rx的计算：根据a/d转换关系可知：第x级的取样电压必须是vxxvs，即 vx=（rx/ro+rx）*vs=xvs为了提高转换的抗干扰能力，在转换误差允许的条件下，可将vx的下限值提高1/2vs，即：vx=xvs+1/2vs= （rx/ro+rx）*vs将vs=vs/2代入上式可解得rx，即：（rx/ro+rx）vs=xvs/2n +vs/2n+1rx=2x+1/2（2n-x）-1*ro=kxro当ro确定之后，令x=1m,即可算出r1rm的阻值。其中x=0和x=31用做故障判断。4.2 ro的 取值范围讨论：根据电缆芯线的已知条件： r：芯线电阻，规格0.4mm，148/km rd：芯线绝缘电阻2000m/km4.2.1 ro的上限值：rx都随ro增大而增大，因此要考虑rx/rd对vx的影响。由上图可知：rdrx，所以rd的影响可以忽略。因此，ro的上限值不作为计算依据。4.2.2 ro的下限值：ro下限受r的限制。由于r的存在会使得取样电压由vx变为vx1（增大），其增量为： vx=vx1-vx=r*vs/（1+kx）ro（1+kx）在kx中最小的是k1=3/61，因此第一级取样电压v1受r影响最大。又因为k（1，ro）r，故有：vx=r*vs/ro若限制 vx1/10vs即有 r*vs/rvs/10因为 vs=vs/2n所以 ro10*2n r（n=5，r=148）元器件清单序号元器件名称数量备注1adc08091片模数转换芯片274852片四位比较器3742832片四位二进制全加器474271片三输入或非门574301片八输入与非门674001片二输入四与非门77448bcd2片七段译码器8f5551片定时器9742901片计数器1074741片双d触发器11按键、开关、电阻电容若干12发光二极管、门电路若干心得体会进入大三的毕业设计即将结束了。作为考查毕业学生的一项重要课程，学院给我们安排了八周时间，我这次设计的题目是由周永金老师指导的数字式电缆对线器。由于我在一个多月前已经参加工作，所以我的设计并不是在校内完成的。大多数都是趁休息时间做的。说实话，三年来只有到现在做了毕业设计才知道自己才疏学浅，对于大部分本该掌握的专业知识都已遗忘的差不多，即使没忘记的东西，到了真正要用的时候却不能灵活运用。通过这次毕业设计，我才明白学习是一个长期积累的过程，在以后的工作、生活中都应该不断的学习，努力提高自己知识和综合素质。毕业设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。 这次毕业设计也使我和班级的同学关系更加的融洽，正因为有了学校的同学帮忙，我才能顺利的完成我的论文。所以在这里非常感谢帮助我的同学。世界上每件事情都是具有两面性的，虽说我们的设计题目比较难，但在整个设计过程中，通过周老师的悉心指导以及同学