数字显示电阻测量仪

1、数字显示电阻测量仪摘要：由模/数转换电路部分，分频电路与计数器电路结构，集成555单稳态触发器以及多谐振荡器电路结构，锁存器锁存电路和译码显示电路构成了数字电阻测量仪。其中模/数转换是将电阻信号转换为方波信号。555单稳态触发器和多谐振荡器是与74LS160计数器一起实现译码、驱动、显示电路。分频电路则是由多谐振荡器与74LS160计数器组成的。设计中的锁存功能是通过74LS74来实现的。关键词：555：多谐振荡器：单稳态触发器 ：74LS160： 数码显示一、系统概述 1、设计思路把待测的数字信号转变成为模拟信号，在历经计数和译码之后，最终由数码管表示出电阻大小，这就是数字式电阻测量仪工作的

2、基本规律。由555与74LS160芯片共同实现此次的设计。在电源被连接之后，电路中的多谐振荡器便会工作，与此同时我们将会给一个负脉冲在555单稳态触发器一端，如此一来将会让其出现是Tw的脉冲宽度，并且在两个输出的一侧接入74LS160计数器，它所记下的就是上文中所提及的在Rw宽度中多谐出现的高电平数。由于待测电阻R和Tw的关系在图像上表现为直线，在参数确定之后，高电平数值就是R的大小。下文中我将会依照构成此电路的版块一一为大家说明。2、设计方案的分析对于此次的电路设计有如下几点要求，其一就是展开对电阻大小的测量而且要在数码管上显现出来，期间要通过单位择选，说到底就是对数字式欧姆表展开设计。如何

3、将模拟信号转换为数字信号成为本次设计的一个难点。考虑到555单稳态触发器可以实现模数的转换，因此决定采用555电路来完成。方案：使用555多谐振荡器和单稳态触发器，74LS160计数器共同实现。由于在555单稳态触发器当中的脉冲宽度与R为正比例关系，所以R值能够用脉冲宽度来表示。在多谐振荡器的振荡频率确定的情况下，其周期与单稳态触发器的脉冲宽度相与，那么就将此结果当成计数脉冲，再经过最后一个步骤，也就是74LS160之后，数码管上将会显现出被测量的电阻的阻值。译码 驱动显示电路74LS160计数器555多谐振荡器555单稳态触发器其原理图如下所示：图1.1. 方案原理图方案采用555单稳态触发

4、器和多谐振荡器，741LS60共同实现的，将电阻信号转化为方波信号。即全是由0和1组成的数字信号。这样就能解决AD转换带来的困难。二、单元电路设计1、555单稳态脉冲的产生555单稳态触发器的工作基本原理为：在接通电源的时候，Uc=0V,输出端Uo=1,放电三极管T截止。Ucc是由电阻来给电容充电来实现的。当前者为后者的2/3倍的时候，比较器C1输出一侧就成了低电平，此时设定RS触发器为零，输出一侧的Uo也等于零。放电三极管T已经导通，电容放电，电路这时处于稳态状况，稳态Ui=1。当负脉冲进入电路以后，触发器将会发生改变，使电路Uo=1，如此一来其就成了暂稳态。因为Uo=1，三极管T截止，那么

5、Ucc就能够由R给C充电。当其充到电源的2/3倍的时候，电路将又会出现反转这种现象，输出一侧为零，T导通，C放电的时候，电路将慢慢主动恢复到稳态。暂稳态时间由相移电路参数决定，输出脉冲宽度为Tw=1.1RC。其电路图如下所示：图2.1.555单稳态触发器的工作原理图其中，5V的非交流电压源作为Vcc。R是待测电阻，能够用滑动变阻器来调整电阻的大小。R2为1k的定值电阻。其中C3、C4、C5、C6、C7电容的电容值都不相同，C3、C4一组，C5、C6一组。在确定所测阻值单位上，使用J1单刀双掷开关来掌控，和C3、C6相连的时候其单位是欧姆，X1就会亮起；和C2、C7相连的时候其单位是千欧姆。J2

6、为单刀单掷开关，是用来给触发器增加负脉冲。电路所产生的波形下图所示：图2.2.单稳态触发器波形图2、555多谐振荡器波形的产生：当连接好电源Ucc之后，电容C刚开始的电压为零，比较器C1、C2分别输出为一和零，让Uo等于一，放电管T截止的时候，Ucc由R1、R2向电容充电。Uc上升到2Ucc/3时，基本RS触发器被复位，使得Uo=0，T导通，电容通过R2到地放电，Uc就开始下降，当其降低到电源的1/3的时候，输出一侧的Uo就又到了1时的情况，开始上述的步骤。重复循环运作，就可以在3脚输出矩形波信号。电容上的充电时间T1和放电时间T2分别为： T1=0.7(R1+R2)C T2=0.7R2C 输

7、出矩形波的周期为：T=T1+T2=0.7(R1+2R2)C 振荡频率：f=1/T=1.44/(R1+2R2)C 占空比：q=(R1+R2)/(R1+2R2) 如果R1>>R2，则q=1,Uc近似为锯齿波。其电路图如下所示：图2.3.555多谐振荡器的工作原理图显示的波形如下所示：图2.4. 555多谐振荡器的输出波形3、多谐振荡器与74LS160组成的分频电路将多谐振荡器的输出看成74LS160的触发脉冲端，因74LS160为十进制计数，每输入一个触发脉冲，计数器跳转一次。把四个71LS160进行级联，每当低位片计数为10的时候，那么十位片计数一次。这样就可以得出，当前者为一百次的

8、时候，百位片就计数一次，以此类推，千位也是这样。将四个计数器的QA端引出，即可实现对输入信号的四次分频。在此次设计之中，当多谐的频率确定为2兆赫的时候，第一个分频电路也就是U1的输出频率是其一半，第二个也就是U2的输出频率是100千赫，根据以上规律能够推导出U3是10千赫，U4是1千赫，如此一来就完成了对输出信号的四次分频。使用第一个分频电路将阻值大小把握在100以内，第二个分频电路将阻值大小把握在100到1K之中，第三个把握在1K到10K之中，最后一个是把握在10K到100K之中，如此一来，就完成了对测量电阻细化的工作，从而让结果愈加准确。电路图如下所示：图2.5.分频电路图4、单稳态触发器

9、与分频电路支路相与将单稳态与分频电路的某一支分别作为74LS09的输入端，实现相与的功能，结果作为74LS160的触发脉冲。图2.6.与门电路的波形如下图所示：图2.7.与门输出波形图5、74LS160计数在该次设计之中用来计数的芯片是74LS160，由于最后的结果要表示出来四位数，所以要用4个来完成。单稳态和分频电路相与后产生的单脉冲个数就是由74LS160计数的。因74LS160是十进制计数器，为了能够对四位十进制数进行计数，需要将它级联。74LS160计数器的级联方式有很多，在本次设计中，我们利用低位片的进位，作为高位片的触发脉冲来完成。每当由低位片向高位进位一次，后者就计数一次。这样就

10、能够达成10000进制计数。J6开关是用于计时器的归零的。目的就是将开关接到其清零一侧。开关打开，就是接1。每当变更电阻的时候，仅需将开关先关闭再打开，就成了0。这样就完成了计数器的归零操作。74LS160计数器级联图如下所示：图2.8.计数器级联图6、锁存器锁存电路本次电路设计中的锁存功能是通过74LS74完成的。D触发器具有锁存功能，一个74LS74芯片之中含有两个D触发器，所以要完成对四个74LS160出来的16个二进制数的锁存，就要8个74LS74芯片。为了成功完成此项功能，使用单稳态的输出脉冲来把握8个74LS160芯片。当其有下降沿出现时，其非就是上升沿。将单稳态的输出与1相与后，

11、即对单稳态的输出求非后，作为74LS74的触发脉冲。每一个D触发器都可以实现一位锁存，也就可以认为，对四个输出的74LS160计数器中，每一个芯片都需要两个74LS74芯片来实现四位锁存。因此，U11和U12用来完成对U7之中四个数的锁存，U13和U14对U8，U15和U16对U9，U17和U18对U10，如此一来经过四个74LS160计数的16个数就完成了锁存。74LS00可实现与非功能，如下图所示：图2.9.与非门锁存器的连接图如下所示：图2.10.锁存器连接图7、数码管显示该次电路设计所运用的数码显示管是DCD-HEX，能够在相同时间实现译码和显示。运用74160N计数器计数之后的信号会

12、输入至显示管，它内部的译码器将会开始工作，之后历经与其相连的发光二极管，显示出数字，这样一来就实现了数字显示功能。因为此显示器只能显示到9999，所以大于9999的值就不能记录了，电路中就需要设计一个报警器来提醒，当数值超过9999时，就必须换别的仪器进行测量。电路中的报警器可以设计一个灯来充当这个报警装置，使用一个与门连接四个74160N的RCO端，在与门的另一端接一个555触发器构成的报警装置，当不小于9999时，蜂鸣器就发出警报声，就会知道所测电阻的阻值过大，这个电路不能测量。数码显示管与报警装置的连接图如下所示：图2.11.数码显示管联结图三、系统综述和总电路图在此次电路设计中，一共有两个555触发器，其中一个用来生成单脉冲，另一个用来生成多谐振荡，能够生成多谐振荡的555电路，在历经四个74LS60分频之后，经过这里面一个支路的输出和单稳态触发器的输出信号历经74LS09完成相与，再输入于74LS160计数器中，在其完成计数之后，将结果输送至74LS74展开锁存，最终在数码显示管中显现出来，其所显现的数字就是电阻的大小。综上所述，这一次设计的大致想法就是运用555触发器，将电阻的模拟信号变成数字信号，再使用计数器展开计数，最终经过数码管译码、