数字式电阻测试仪课程设计报告

..________工____学院__2008__级__电气工程及其自动化__专业姓名_________学号________________………………〔装………………〔订………………〔线………………_本科课程设计专用封面设计题目：所修课程名称：电子技术课程设计修课程时间：2010年12月18完成设计日期：2010年12评阅成绩：评阅意见：评阅教师签名：年月日目录摘要关键字设计要求.................................................3二、正文第一章系统概述一、设计思路...............................................................4二、设计方案的分析与选择.......................................4三、系统框图及工作原理...........................................5第二章单元电路设计与分析一、555单脉冲的产生................................................7二、晶振多频震荡的产生............................................8三、单频和多频相与.................................................10四、cd74192计数器计数...........................................11五、数码显示管显示.................................................12第三章系统综述、总电路图一、整体电路图.........................................................14二、系统综述.............................................................14第四章结束语一、收获和体会.........................................................16二、缺点和改进.........................................................16参考文献...............................................................................17元器件明细表及附图...........................................................17鸣谢.......................................................................................21四、教师评语.......................................................................22数字式电阻测试仪摘要：数字化测量仪器较模拟仪器具有使用方便,测量精确等优点。本次课程设计是针对数字式电阻测试仪的设计,介绍了数字式电阻测试仪的设计方案及其基本原理,并着重介绍了数字式电阻测试仪各单元电路的设计思路,原理及整体电路的的工作原理,控制器件的工作情况。设计共有三大组成部分：一是系统概述,本部分概括讲解了电路的设计思想和各部分功能；二是各单元所用器件、其性能和在电路中的功能。三是设计小结,这部分包括设计的完成情况,并提出本系统需要改进的地方及遇到的困难。关键字：电阻转化电压555单稳态触发器74CD192数码显示。设计要求：1.被测电阻值范围1Ω～999kΩ；2.三位数码管显示被测电阻值；3.给定测量电压为9V,可用实验室专门电源提供。系统概述一、设计思路数字式电阻测试仪的基本原理是将待测的数字信号转化为模拟信号,再通过计数、译码,由数码管直接显示出阻值。由555触发器产生单脉冲,由晶振经过分频产生多频脉冲。再利用74CD192计数器对单脉冲个数进行计数,然后再通过译码显示,将阻值直接显示在数码管上。二、设计方案的分析与选择想要实现待测电阻的数字式测量,最主要的是将待测电阻相关的模拟信号转换为数字信号。我们利用的是555单稳态触发器来实现这点。知道555单稳态触发器能实现数模转换后,最关键的就是将待测电阻阻值的模拟信号以何种方式输入到555单稳态触发器中。根据测量原理的不同,其输入方法有很多,如直接法、电桥法和充放电法。各种办法都有相应的优缺点,例如充放电法及直接法均需求得被测样两端的电压与通过被测样的电流,利用欧姆定律从而得出被样的电阻,电桥法则是利用电桥两端电位的平衡来得出被测样的电阻。其中利用直接法测得的电阻〔如"摇表"存在读数不精确等明显的人为因素忧,在读数较大的情况下尤其如此；利用充放电法测得的电阻阻值偏大；而利用电桥法测量,则存在电桥调节费时费力等不利因素。下面列出两种方案进行分析：方案一利用555单稳态触发器和A/D转换器实现利用单稳或电容充放电规律等,可以把被测电阻量的大小转换成脉冲的宽窄,即脉冲的宽度Tx与Rx成正比。只要把此脉冲和频率固定不变的方〔以下称为时钟脉冲相与,便可以得到计数脉冲,将它送给数字显示器。如果时钟脉冲的频率等参数合适,便可实现测量电阻。其电路基本原理如图所示方案一原理图方案二利用555单稳态触发器和74CD192实现原理同方案一基本相同,原理图如图所示：74CD192计数器译码、驱动、显示555单稳态电路译码、驱动、显示555单稳态电路方案二原理图两种方案原理基本相同,但是由于无法找到A/D转换器的相应元件,所以最终选择了方案二系统框图及工作原理系统总体框图如图所示555单脉冲产生电路74CD19274CD192计数器译码、驱动、显示译码、驱动、显示晶振多频振荡器系统框图工作原理：555单脉冲产生电路产生的脉冲和晶振多频振荡器产生的脉冲相与后74CD192计数器计数后,再经过译码、驱动后,通过数码管显示出脉冲个数。基本原理是将电阻阻值转化为频率,然后测量出转化后的频率,最后根据一定的关系即可得出待测电阻阻值,设计过程中,设置好相应元件的参数,使数码显示管显示的数字即为待测电阻阻值。单元电路设计与分析一、555单脉冲的产生基本原理：利用电阻和电容的谐振来产生单频信号电路如图所示其中,VCC为5V电源,J2为单刀双掷开关,J1为按钮C1、C2、C3、C4、C5为电容,R1为电阻,R2为待测电阻,X1、X2是两个发光二极管〔X1是绿灯,X2是红灯。待测电阻通过单刀双掷开关可分别与两组电容串联,与不同组电容串联可测不同大小的电阻,与1mF、0.1mF的这组电容串联的时候可测阻值相对小的电阻,与1μF、10μF这组电容串联的时候可测阻值相对大的电阻,开关打向不同组电容相当于选择不同档位。X1,X2两个指示灯可显示出单刀双掷开关连接的是哪组电容,即显示选择的测量档,当绿灯〔X1亮时,表明J2打向左边,测小电阻,当红灯〔X2亮时,表明开关打向右边,测大电阻。设计电路时,已经通过相关公式设置好了各元件参数,使得绿灯亮时,数码管显示的数字单位为Ω,红灯亮时,单位为KΩ。波形图如图所示二、晶振多频震荡的产生基本原理：通过晶振与电阻、电容的连接产生多频震荡再通过分频产生适合的多频震荡。电路如图所示如图,R4、R5、C6、C8、U8、U9、及晶振构成一个基本的多谐产生器。产生的信号通过两个74CD192进行分频,U17的输出为十分频,U3的输出为百分频。J15单刀双掷开关用来进行分频的选择。波形图如图所示单频和多频相与基本原理：用7400来实现与的功能,让单脉冲和多频震荡的脉冲相与后再输入到74CD192中。如图所示相与后波形图如图四、74CD192计数器计数基本原理：单脉冲产生电路产生的脉冲与多频信号相与后,产生如上图所示信号,输入到74CD192计数器对其脉冲个数进行计数。由于设计要求三位显示,因而需要3个74CD192。电路如图所示数码显示管显示基本原理：用74CD192计数器计数后的信号输入到译码器CD4511先译码,然后通过与译码器相连的发光二极管,显示出数字,从而就实现了数字显示功能。设计要求给出三个显示管,而每一个74CD192只能接一个数码显示管,所以我们前面选择了三个74CD192计数器。三位显示最大能显示到999,因此对于大于此量程的数据就不能记录了。电路连接如图所示系统综述、总体电路图一、整体电路图整体电路图如图所示二、系统综述这次设计,我们使用了一个555,用来产生单脉冲,一个晶振用来产生多频震荡,一个555和一个晶振把信号输入到7400N相与后,再输入到74CD192计数器,74CD192计数后,再通过数码显示管显示出来,数码管显示的数字即为电阻阻值。至于为什么数码管显示的数字可以直接作为电阻阻值,其原理是：555产生单脉冲,其时间Tw为一个时间长度,即为脉冲宽度。然后多频震荡产生连续的方波,其时间长度远小于单脉冲,即其脉冲宽度远小于单脉冲,单脉冲的脉冲宽度是多频的整数倍。相与后输出的脉冲个数就是Tw时间内脉冲的个数。电阻通过555转化为Tw,而输出的就是Tw的值。根据555的性质由相关公式Tw=1.1RC知,要要测电阻就必须知道Tw和R的值,Tw可以测出,而C的值我们将其设置为1/1.1,这样,Tw=R,所以我们可以将数码管显示的数字直接作为电阻值。在单脉冲产生部分,我们之所以选择两个电容串联作为一组电容而不是使用一个电容一组,是因为没有以1/1.1为数值大小的电容。两个电容串联后的电容C与两个电容C1和C2之间满足1/C=1/C1+1/C2,所以我们选择大小为1和10的电容串联。这次课程设计,要求测量的电阻阻值范围为1Ω到999KΩ,并且要求用3位数码管显示,所以我们设置了两个档位,测量范围分别为1~999Ω和1KΩ~999KΩ。因为有两个档位,所以电容也选择两组,分别对应Ω档和KΩ档,再分别连接上指示灯,具体前面单脉冲产生部分已经说明。总的来说,本设计的基本思路就是利用555,将电阻的模拟信号转为数字信号,再用计数器进行计数,最后通过数码管译码、驱动、显示出来。对这个基本思路进行一系列细化、改进,最终就完成了本次设计。电路仿真图如图结束语收获和体会两周时间的课程设计,电路也设计出来了,从仿真的结果看,测量有些小误差,不过还算可以。本次课设体会与其他几次课设最大的不同之处在于作品是几个人共同协作的成果。这种合作方式既有缺点又有优点。优点是各个人共同寻找资料、设计整体思路及各个单元模块的搭建,能提高效率,且将不同的方案从各个方面还有整体上进行分析对比,更有利于找到最优的解决方案。我们三人相互讨论,相互交流,对课题的理解有了一致的想法。我们最终选择了相对合理的现行方案,对各个模块的划分以及具体功能有了具体的分配。但是同时,三个人的工作分配、意见的统一也为设计带来了另一方面的问题。总之,此次课程设计首先锻炼的是我们的团结合作的能力。第二方面,这次课设较其他几门课设的另一个很大的区别是题目很宽,只告诉要求达到的功能,设计思路完全自由,没有提供模板或者其他线索。特别是我们这一组的题目,很难找到相似程度很大的资料,我们只能靠自己所学的基础知识自己解决问题。刚开始完全不知道从哪下手,但是只有自己真正面对问题,不怕困难,才能一步一步地理清楚思路,弄清楚眉目。正是由于分配给我们的难题,一来锻炼了我们自主学习的能力,而来培养了我们迎难而上的精神。我们找到了一些关于电压表设计的资料,所以我们所面临的问题的关键在于怎么将测电压的知识搬移到测电阻上面。经过了思考和讨论,最终找到了我们能力范围之内的可行方案。第三方面,正如其他的课设一样,本次课设提供了我们一个对所学理论知识融会贯通的机会。虽然以前接触过模数转换器,接触过译码器和LED,但从来没有亲自利用它们组装一个有目的的电路,所以这一过程中的芯片选用、电路原理、搭建方式,是超出课本上的理论知识范围的。对于一个新接触的芯片,由完全不了解,到了解它的功能、结构、接入方式,是一个有难度但更有喜悦和收获的过程,收获的是知识,喜悦的是我们收获知识的能力！缺点和改进本电路设计方案中电阻的输入电路需要外界提供直流恒流源,对精度的要求相当高,这是本设计实现的一大难题。本电路由于标准电阻只选择了100和100k两种〔即倍率只选择了2和5两种,故量程不够大,精度也不够高〔例如只不能提供小数点后的一位数,但足可以满足设计要求。若想增大量程或者提高精度,电路的改建也十分简单,只需更换标准电阻即可。本实验电阻和电容的参数非常重要,尤其是电容必须选取合理,否则就会导致测量结果误差非常大,因此必须注意。当出现较大误差时,应该选择改变电阻和电容,以调节误差。参考文献数字电子技术基础〔高等教育出版社康华光主编电气类专业实验指导丛书〔西南交通大学出版社汤勉刚主编元器件明细表及附图序号名称型号参数数量参数1恒定电流源VCC1个5V2电容C1、C81个10nF3电容C21个1mF4电容C31个0.1mF5电容C41个1uF6电容C51个10uF7电容C61个100pF8555555-TIMER-RATED1个9与门7400N1个14脚11发光二极管DCD-HEX2个2脚1274CD192741606个4脚输出13单掷开关Key2个C14双掷开关Key2个B15滑动电阻R11个0~1MΩ16电阻R21个2KΩ17电阻R4、R52个160KΩ18电阻R3—R3222个300Ω19晶振X41个100KHZ20发光二极管X1、X22个555管脚图及其内部原理图内部含有两个电压比较器,一个分压器,一个RS触发器,一个放电晶体管和一个功率输出级。功能表如图所示74CD192管脚图及功能说明74CD192是同步十进制可逆计数器,它具有双时钟输入,并具有清除和置数等功能,其引脚排列及逻辑符号如下所示：图5-4

cd74192的引脚排列及逻辑符号

〔a引脚排列

<b>逻辑符号图中：为置数端,为加计数端,为减计数端,为非同步进位输出端,

为非同步借位输出端,P0、P1、P2、P3为计数器输入端,为清除端,Q0、Q1、Q2、Q3为数据输出端。其功能表如下：

输入

输出MRP3P2P1P0Q3Q2Q1Q0

1

×

×

×××××0000

0

0

×

×dcbadc