数字式电阻测试仪课程设计报告

长安大学《电子技术》课程设计报告题目学院（部）专业班级学生姓名学号月日至月日共周指导教师（签字）目录一、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、555多频震荡的产生............................................8三、单频和多频相与.................................................10四、74160N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74160N数码显示。设计要求：1.被测电阻值范围100Ω～100kΩ；2.四位数码管显示被测电阻值；3.分别用红、绿色发光二极管表示单位；4.具有测量刻度校准功能。第一章系统概述一、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触发器产生单脉冲和多频振荡器，再利用74160N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74160N实现原理同方案一基本相同，原理图如图所示：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二三、系统框图及工作原理系统总体框图如图所示555单稳态电路74160N计数器译码、驱动、显示系统框图工作原理：555单脉冲产生电路产生的脉冲和555多频振荡器产生的脉冲相与后74160N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。555单脉冲产生电路555多频振荡器74160N计数器译码、驱动、显示第二章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，J1为单刀双掷开关，J2为单刀单掷开关C1、C2、C3、C6、C7为电容，R2为电阻，R1为待测电阻，X1、X3是两个发光二极管（X1是绿灯，X3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、10mF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，X3两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，当红灯（X3）亮时，表明J1打向左边，测小电阻，当绿（X1）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，使得红灯亮时，数码管显示的数字单位为Ω，绿灯亮时，单位为KΩ。波形图如图所示二、555多频震荡的产生基本原理：与555单脉冲产生的原理相似，也是利用电阻和电容的谐振来产生，电容对R1和R2不断进行充放电，从而实现多频震荡。电路如图所示如图，R4、R5、R3、R6、C4及555触发器构成一个基本的多谐产生器。电源VCC接通后，电容上的初始电压为0V，比较器C4、C5输出分别为“1”“0”，放电管T截止，电源通过R5、R4或R3、R6向电容充电。Uc增大到2VCC/3时，RS触发器被复位，使Uo=0，T导通，电容C4通过R4或R6放电，Uc开始下降，当Uc降低到VCC/3时，输出Uo又返回到“1”状态，放电管T截止，电容C4又开始充电。如此不断循环，就可以在OUT输出矩形信号。根据充放电时间，可求出矩形波的频率f=1/T=1.44[(R4+2R5)*C],当开关打向右边时，R4、R5换成R6、R3单刀双掷开关的作用是调节档位，选择1000Hz和10000000Hz两个频率。根据相关公式和档位要求，计算出需要选择的电阻阻值为1440Ω和1440000Ω，用两个电阻串联构成所需要的电阻，占空比q=(R1+R2)/(R1+2R2)，当占空比为1时，输出的是锯齿波，所以应注意选择两个电阻的阻值。波形图如图所示三、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74LS160中。如图所示相与后波形图如图四、74160N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74160N计数器对其脉冲个数进行计数。由于设计要求四位显示，因而需要4个74160N。电路如图所示五、数码显示管显示基本原理：用74160N计数器计数后的信号输入到数码显示管，显示管内的译码器先译码，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。设计要求给出四个显示管，而每一个74160N只能接一个数码显示管，所以我们前面选择了四个74160N计数器。四位显示最大能显示到9999，因此对于大于此量程的数据就不能记录了，所以需要用一个报警装置来提新用户，当数值超过量程时，就必须换挡位或者换别的仪器进行测量。为了解决这个问题，我们设计了一个灯来充当这个报警装置，用一个与门连接四个74160N的进位位，即RCO端，在与门的另一端接一个发光二极管，当出现9999时，二极管就亮了，则表明待测电阻阻值过大，选择的量程小了，应该更换档位。这同时也就实现了档位的选择调整。电路连接如图所示第三章系统综述、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，我们使用了两个555，一个用来产生单脉冲，一个是多频震荡，两个555把信号输入到7400N相与后，再输入到74160N计数器，74160N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100Ω到100KΩ，并且要求用4位数码管显示，所以我们设置了两个档位，测量范围分别为100~9999Ω和10KΩ~100KΩ。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。电路仿真图如图第四章结束语一、收获和体会两周时间的课程设计，其实还上了好几次课，算起来只有一周的时间，不过总算是结束了。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