數(shù)字式電阻測試儀課程設(shè)計(jì)報(bào)告

1、 長安大學(xué) 電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)報(bào)告 題 目 學(xué)院（部） 專 業(yè) 班 級 學(xué)生姓名 學(xué) 號 月 日至 月 日 共 周 指導(dǎo)教師（簽字） 目 錄 1、 摘要 關(guān)鍵字 設(shè)計(jì)要求.3二、正文 第一章 系統(tǒng)概述 一、設(shè)計(jì)思路.4 二、設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)與分析 一、555單脈沖的產(chǎn)生.7 二、555多頻震蕩的產(chǎn)生.8 三、單頻和多頻相與.10 四、74160N計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù).11 五、數(shù)碼顯示管顯示.12 第三章 系統(tǒng)綜述、總電路圖 一、整體電路圖.14 二、系統(tǒng)綜述.14 第四章 結(jié)束語 一、收獲和體會(huì).16 二、缺點(diǎn)和改進(jìn).16參考文獻(xiàn).17元器件明細(xì)

2、表及附圖.17鳴謝.21四、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(diǎn)。本次課程設(shè)計(jì)是針對數(shù)字式電阻測試儀的設(shè)計(jì)，介紹了數(shù)字式電阻測試儀的設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)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(shè)計(jì)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(shè)計(jì)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(shè)計(jì)小結(jié)，這部分包括設(shè)計(jì)的完成情況，并提出本系統(tǒng)需要改進(jìn)的地方及遇到的困難。關(guān)鍵字：電阻轉(zhuǎn)化電壓 555單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 74160N 數(shù)碼顯示。設(shè)計(jì)要求：1. 被測電阻

3、值范圍100100k； 2. 四位數(shù)碼管顯示被測電阻值； 3. 分別用紅、綠色發(fā)光二極管表示單位； 4. 具有測量刻度校準(zhǔn)功能。 第1章 系統(tǒng)概述一、設(shè)計(jì)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(zhuǎn)化為模擬信號，再通過計(jì)數(shù)、譯碼，由數(shù)碼管直接顯示出阻值。由555觸發(fā)器產(chǎn)生單脈沖和多頻振蕩器，再利用74160N計(jì)數(shù)器對單脈沖個(gè)數(shù)進(jìn)行計(jì)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(shè)計(jì)方案的分析與選擇 想要實(shí)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(guān)的模擬信 號轉(zhuǎn)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(shí)現(xiàn)這點(diǎn)。知道555單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器能實(shí)現(xiàn)數(shù)模轉(zhuǎn)換后，最關(guān)鍵的就是將待測

4、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(yīng)的優(yōu)缺點(diǎn)，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(diào)節(jié)費(fèi)時(shí)費(fèi)力等不利因素。 下面列出兩種方案進(jìn)行分析：方案一 利用555單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和A/D轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn) 利用單穩(wěn)或電容充放電規(guī)律等，可以把被測

5、電阻量的大小轉(zhuǎn)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(shí)鐘脈沖）相與，便可以得到計(jì)數(shù)脈沖，將它送給數(shù)字顯示器。如果時(shí)鐘脈沖的頻率等參數(shù)合適，便可實(shí)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74160N實(shí)現(xiàn) 原理同方案一基本相同，原理圖如圖所示： 74160N 計(jì)數(shù)器 譯碼、驅(qū)動(dòng)、顯示555單穩(wěn)態(tài)電路 方案二原理圖 兩種方案原理基本相同，但是由于無法找到A/D轉(zhuǎn)換器的相應(yīng)元件，所 以最終選擇了方案二3、 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(chǎn)生電路 74160N 計(jì)數(shù)器 譯碼、驅(qū)動(dòng)、顯示555

6、 多頻振蕩器 系統(tǒng)框圖 工作原理： 555單脈沖產(chǎn)生電路產(chǎn)生的脈沖和555多頻振蕩器產(chǎn)生的脈沖相與后 74160N計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)后，再經(jīng)過譯碼、驅(qū)動(dòng)后，通過數(shù)碼管顯示出脈沖 個(gè)數(shù)?；驹硎菍㈦娮枳柚缔D(zhuǎn)化為頻率，然后測量出轉(zhuǎn)化后的頻率， 最后根據(jù)一定的關(guān)系即可得出待測電阻阻值，設(shè)計(jì)過程中，設(shè)置好相應(yīng) 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2章 單元電路設(shè)計(jì)與分析一、555單脈沖的產(chǎn)生 基本原理：利用電阻和電容的諧振來產(chǎn)生單頻信號 電路如圖所示 其中，VCC為5V電源，J1為單刀雙擲開關(guān)，J2為單刀單擲開關(guān)C1、 C2、C3、C6、C7為電容，R2為電阻，R1為待測電阻，X1、X3是

7、兩個(gè)發(fā)光二極 管（X1是綠燈，X3是紅燈）。待測電阻通過單刀雙擲開關(guān)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1mF、10mF的這組電容串聯(lián)的時(shí) 候可測阻值相對小的電阻，與1F、10F這組電容串聯(lián)的時(shí)候可測阻值相對大 的電阻，開關(guān)打向不同組電容相當(dāng)于選擇不同檔位。X1，X3兩個(gè)指示燈可顯示出 單刀雙擲開關(guān)連接的是哪組電容，即顯示選擇的測量檔，當(dāng)紅燈（X3）亮?xí)r，表 明J1打向左邊，測小電阻，當(dāng)綠（X1）亮?xí)r，表明開關(guān)打向右邊，測大電阻。設(shè) 計(jì)電路時(shí)，已經(jīng)通過相關(guān)公式設(shè)置好了各元件參數(shù)，使得紅燈亮?xí)r，數(shù)碼管顯示 的數(shù)字單位為，綠燈亮?xí)r，單位為K。 波形圖如圖所示 二、555多

8、頻震蕩的產(chǎn)生 基本原理：與555單脈沖產(chǎn)生的原理相似，也是利用電阻和電容的諧振來產(chǎn) 生，電容對R1和R2不斷進(jìn)行充放電，從而實(shí)現(xiàn)多頻震蕩。 電路如圖所示 如圖，R4、R5、R3、R6、C4及555觸發(fā)器構(gòu)成一個(gè)基本的多諧產(chǎn)生 器。 電源VCC接通后，電容上的初始電壓為0V，比較器C4、C5輸出分別為 “1” “0”，放電管T截止，電源通過R5、R4或R3、R6向電容充電。Uc增大到 2VCC/3時(shí)，RS觸發(fā)器被復(fù)位，使Uo=0，T導(dǎo)通，電容C4通過R4或R6放電， Uc開始下降，當(dāng)Uc降低到VCC/3時(shí)，輸出Uo又返回到“1”狀態(tài)，放電管T 截止，電容C4又開始充電。如此不斷循環(huán)，就可以在OU

9、T輸出矩形信號。根 據(jù)充放電時(shí)間，可求出矩形波的頻率f=1/T=1.44(R4+2R5)*C,當(dāng)開關(guān)打向右邊 時(shí)，R4、R5換成R6、R3單刀雙擲開關(guān)的作用是調(diào)節(jié)檔位，選擇1000Hz和 Hz兩個(gè)頻率。根據(jù)相關(guān)公式和檔位要求，計(jì)算出需要選擇的電阻阻值 為1440和，用兩個(gè)電阻串聯(lián)構(gòu)成所需要的電阻，占空比 q=(R1+R2)/(R1+2R2)，當(dāng)占空比為1時(shí)，輸出的是鋸齒波，所以應(yīng)注意選擇兩 個(gè)電阻的阻值。 波形圖如圖所示 3、 單頻和多頻相與 基本原理：用7400來實(shí)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74LS160中。 如圖所示 相與后波形圖如圖 四、74160N計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)

10、基本原理：單脈沖產(chǎn)生電路產(chǎn)生的脈沖與多頻信號相與后，產(chǎn)生如上圖所示信 號，輸入到74160N計(jì)數(shù)器對其脈沖個(gè)數(shù)進(jìn)行計(jì)數(shù)。由于設(shè)計(jì)要求四 位顯示，因而需要4個(gè)74160N。 電路如圖所 示 5、 數(shù)碼顯示管顯示 基本原理：用74160N計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)后的信號輸入到數(shù)碼顯示管，顯示管內(nèi)的譯 碼器先譯碼，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(shí)現(xiàn)了數(shù)字顯示功能。 設(shè)計(jì)要求給出四個(gè)顯示管，而每一個(gè)74160N只能接一個(gè)數(shù)碼顯示管，所 以我們前面選擇了四個(gè)74160N計(jì)數(shù)器。 四位顯示最大能顯示到9999，因此對于大于此量程的數(shù)據(jù)就不能記錄了， 所以需要用一個(gè)報(bào)警裝置來提新用戶，當(dāng)數(shù)值超過量

11、程時(shí)，就必須換擋位或者 換別的儀器進(jìn)行測量。 為了解決這個(gè)問題，我們設(shè)計(jì)了一個(gè)燈來充當(dāng)這個(gè)報(bào)警裝置，用一個(gè)與門 連接四個(gè)74160N的進(jìn)位位，即RCO端，在與門的另一端接一個(gè)發(fā)光二極管， 當(dāng)出現(xiàn)9999時(shí)，二極管就亮了，則表明待測電阻阻值過大，選擇的量程小了， 應(yīng)該更換檔位。這同時(shí)也就實(shí)現(xiàn)了檔位的選擇調(diào)整。 電路連接如圖所示 第3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二、系統(tǒng)綜述 這次設(shè)計(jì)，我們使用了兩個(gè)555，一個(gè)用來產(chǎn)生單脈沖，一個(gè)是多頻震蕩，兩個(gè)555把信號輸入到7400N相與后，再輸入到74160N計(jì)數(shù)器，74160N計(jì)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)

12、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(chǎn)生單脈沖，其時(shí)間Tw為一個(gè)時(shí)間長度，即為脈沖寬度。然后多頻震蕩產(chǎn)生連續(xù)的方波，其時(shí)間長度遠(yuǎn)小于單脈沖，即其脈沖寬度遠(yuǎn)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(gè)數(shù)就是Tw時(shí)間內(nèi)脈沖的個(gè)數(shù)。電阻通過555轉(zhuǎn)化為Tw，而輸出的就是Tw的值。 根據(jù)555的性質(zhì)由相關(guān)公式Tw=1.1RC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(shè)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(chǎn)生部分，我們之所以選擇兩個(gè)電容串聯(lián)作為一組電容而不是使用一個(gè)

13、電容一組，是因?yàn)闆]有以1/1.1為數(shù)值大小的電容。兩個(gè)電容串聯(lián)后的電容C與兩個(gè)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(shè)計(jì)，要求測量的電阻阻值范圍為100到100K，并且要求用4位數(shù)碼管顯示，所以我們設(shè)置了兩個(gè)檔位，測量范圍分別為1009999和10K100K。因?yàn)橛袃蓚€(gè)檔位，所以電容也選擇兩組，分別對應(yīng)檔和K檔，再分別連接上指示燈，具體前面單脈沖產(chǎn)生部分已經(jīng)說明。 總的來說，本設(shè)計(jì)的基本思路就是利用555，將電阻的模擬信號轉(zhuǎn)為數(shù)字信號，再用計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)，最后通過數(shù)碼管譯碼、驅(qū)動(dòng)、顯示出來。對這個(gè)基本思路進(jìn)行一系列細(xì)化、改進(jìn)，最終就完

14、成了本次設(shè)計(jì)。 電路仿真圖如圖第4章 結(jié)束語1、 收獲和體會(huì) 兩周時(shí)間的課程設(shè)計(jì)，其實(shí)還上了好幾次課，算起來只有一周的時(shí)間，不過總算是結(jié)束了。電路也設(shè)計(jì)出來了，從仿真的結(jié)果看，測量有些小誤差，不過還算可以。本次課設(shè)體會(huì)與其他幾次課設(shè)最大的不同之處在于作品是幾個(gè)人共同協(xié)作的成果。這種合作方式既有缺點(diǎn)又有優(yōu)點(diǎn)。優(yōu)點(diǎn)是各個(gè)人共同尋找資料、設(shè)計(jì)整體思路及各個(gè)單元模塊的搭建，能提高效率，且將不同的方案從各個(gè)方面還有整體上進(jìn)行分析對比，更有利于找到最優(yōu)的解決方案。我們?nèi)讼嗷ビ懻?，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(gè)模塊的劃分以及具體功能有了具體的分配。但是同時(shí)，

15、三個(gè)人的工作分配、意見的統(tǒng)一也為設(shè)計(jì)帶來了另一方面的問題?？傊舜握n程設(shè)計(jì)首先鍛煉的是我們的團(tuán)結(jié)合作的能力。第二方面，這次課設(shè)較其他幾門課設(shè)的另一個(gè)很大的區(qū)別是題目很寬，只告訴要求達(dá)到的功能，設(shè)計(jì)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(xué)的基礎(chǔ)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。正是由于分配給我們的難題，一來鍛煉了我們自主學(xué)習(xí)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(guān)于電壓表設(shè)計(jì)的資料，所以我們所面臨的問題的關(guān)鍵在于怎么將測電壓的

16、知識搬移到測電阻上面。經(jīng)過了思考和討論，最終找到了我們能力范圍之內(nèi)的可行方案。第三方面，正如其他的課設(shè)一樣，本次課設(shè)提供了我們一個(gè)對所學(xué)理論知識融會(huì)貫通的機(jī)會(huì)。雖然以前接觸過模數(shù)轉(zhuǎn)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(gè)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范圍的。對于一個(gè)新接觸的芯片，由完全不了解，到了解它的功能、結(jié)構(gòu)、接入方式，是一個(gè)有難度但更有喜悅和收獲的過程，收獲的是知識，喜悅的是我們收獲知識的能力！2、 缺點(diǎn)和改進(jìn)本電路設(shè)計(jì)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(dāng)高，這是本設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的一大難題。本電路由于

17、標(biāo)準(zhǔn)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(diǎn)后的一位數(shù)），但足可以滿足設(shè)計(jì)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(biāo)準(zhǔn)電阻即可。本實(shí)驗(yàn)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(huì)導(dǎo)致測量結(jié)果誤差非常大，因此必須注意。當(dāng)出現(xiàn)較大誤差時(shí)，應(yīng)該選擇改變電阻和電容，以調(diào)節(jié)誤差。參考文獻(xiàn)數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)（清華大學(xué)出版社）林濤 主編電路與模擬電子技術(shù)（科學(xué)出版社）林濤 林薇 顧櫻華 編 數(shù)字式多用電阻測試儀設(shè)計(jì)原理（河北機(jī)電學(xué)院） 沙占友 元器件明細(xì)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

18、個(gè)5V2電容C1、C52個(gè)10nF3電容C21個(gè)10uF4電容C31個(gè)1mF5電容C41個(gè)1nF6電容C61個(gè)10mF7電容C71個(gè)1uF8555555-TIMER-RATED2個(gè)9與門7400N1個(gè)2腳10與門4802BD1個(gè)4腳11發(fā)光二極管DCD-HEX4個(gè)4腳1274160N741604個(gè)4腳輸出13單擲開關(guān)Key1個(gè)C14雙擲開關(guān)Key2個(gè)B15滑動(dòng)電阻R11個(gè)0100K16電阻R21個(gè)1K17電阻R31個(gè)24018電阻R41個(gè)604K19電阻R51個(gè)240K20電阻R61個(gè)600555管腳圖及其內(nèi)部原理圖 內(nèi)部含有兩個(gè)電壓比較器，一個(gè)分壓器，一個(gè)RS觸發(fā)器，一個(gè)放電晶體管和一個(gè)功率

19、輸出級。 功能表如圖所示 74160N管腳圖及功能說明 引出端符號：TC 進(jìn)位輸出端CEP 計(jì)數(shù)控制端Q0Q3 輸出端CET 計(jì)數(shù)控制端CP 時(shí)鐘輸入端（上升沿有效）/MR 異步清除輸入端（低電平有效）/PE 同步并行置入控制端（低電平有效）74160，是一個(gè)4位二進(jìn)制的計(jì)數(shù)器，它具有異步清除端與同步清除端不同的是，它不受時(shí)鐘脈沖控制，只要來有效電平，就立即清零，無需再等下一個(gè)計(jì)數(shù)脈沖的有效沿到來。具體功能如下：1.異步清零功能 只要（CR的非）有效電平到來，無論有無CP脈沖，輸出為“0”。在圖形符號中，CR的非的信號為CT=0，若接成七進(jìn)制計(jì)數(shù)器，這里要特別注意，控制清零端的信號不是N-1（

20、6），而是N（7）狀態(tài)。其實(shí)，很容易解釋，由于異步清零端信號一旦出現(xiàn)就立即生效，如剛出現(xiàn)0111，就立即送到（CR的非）端，使?fàn)顟B(tài)變?yōu)?000。所以，清零信號是非常短暫的，僅是過度狀態(tài)，不能成為計(jì)數(shù)的一個(gè)狀態(tài)。清零端是低電平有效。2.同步置數(shù)功能當(dāng)（LD的非）為有效電平時(shí)，計(jì)數(shù)功能被禁止，在CP脈沖上升沿作用下D0D3的數(shù)據(jù)被置入計(jì)數(shù)器并呈現(xiàn)在Q0Q3端。若接成七進(jìn)制計(jì)數(shù)器，控制置數(shù)端的信號是N（7）狀態(tài)，如在D0D3置入0000，則在Q0Q3端呈現(xiàn)的數(shù)據(jù)就是0110。74160N的功能表 四腳數(shù)碼管及譯碼器 四腳數(shù)碼管有四個(gè)接線腳，將160輸出地計(jì)數(shù)接收，然后譯碼顯示。其中譯碼器直接集成在一起，不需要在另外接一個(gè)譯碼器，這樣就省略了許多實(shí)驗(yàn)上的麻煩和器件的