數(shù)字式電阻測試儀資料

1、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。本次課程設計是針對數(shù)字式電阻測試儀的設計，介紹了數(shù)字式電阻測試儀的設計方案及其基本原理，并著重介紹了數(shù)字式電阻測試儀各單元電路的設計思路，原理及整體電路的的工作原理，控制器件的工作情況。設計共有三大組成部分：一是系統(tǒng)概述，本部分概括講解了電路的設計思想和各部分功能；二是各單元所用器件、其性能和在電路中的功能；三是設計小結，這部分包括設計的完成情況，并提出本系統(tǒng)需要改進的地方及遇到的困難。關鍵字：電阻轉(zhuǎn)化電壓 555單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器 74CD192 數(shù)碼顯示。 1數(shù)字式電阻測試儀系統(tǒng)概述1.1設計思路數(shù)字式電阻測試儀的基本原理是將待測的數(shù)字

2、信號轉(zhuǎn)化為模擬信號，再通過計數(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，由晶振經(jīng)過分頻產(chǎn)生多頻脈沖。再利用74CD192計數(shù)器對單脈沖個數(shù)進行計數(shù)，然后再通過譯碼顯示，將阻值直接顯示在數(shù)碼管上。1.2設計方案的分析與選擇想要實現(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)器來實現(xiàn)這點。知道555單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器能實現(xiàn)數(shù)模轉(zhuǎn)換后，最關鍵的就是將待測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。各種辦法都有相應的優(yōu)缺點，例如充放電法及直接法均需求得被測樣兩

3、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)費時費力等不利因素。下面列出兩種方案進行分析：1.2.1 利用555單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和A/D轉(zhuǎn)換器實現(xiàn) 利用單穩(wěn)或電容充放電規(guī)律等，可以把被測電阻量的大小轉(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（以下稱為時鐘脈沖）相與，便可以得到計數(shù)脈沖，將它送給數(shù)字顯示器。如果時鐘脈沖的頻率等參數(shù)合

4、適，便可實現(xiàn)測量電阻。其電路基本原理如圖所示 方案一原理圖1.2.2利用555單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器和74CD192實現(xiàn) 原理同方案一基本相同，利用單穩(wěn)或電容充放電規(guī)律等，可以把被測電阻量的大小轉(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（以下稱為時鐘脈沖）相與，便可以得到計數(shù)脈沖，將它送給數(shù)字顯示器。如果時鐘脈沖的頻率等參數(shù)合適，便可實現(xiàn)測量電阻。其電路基本原理如圖所示： 74CD192 計數(shù)器 譯碼、驅(qū)動、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)換器的相應元件，所以最終選擇了方案二。1.3系統(tǒng)框圖及工作原理1.3.1系統(tǒng)總體框

5、圖555 單脈沖產(chǎn)生電路 74CD192 計數(shù)器 譯碼、驅(qū)動、顯示晶振多頻振蕩器 系統(tǒng)框圖 1.3.2工作原理 555單脈沖產(chǎn)生電路產(chǎn)生的脈沖和晶振多頻振蕩器產(chǎn)生的脈沖相與后74CD192計數(shù)器計數(shù)后，再經(jīng)過譯碼、驅(qū)動后，通過數(shù)碼管顯示出脈沖個數(shù)。基本原理是將電阻阻值轉(zhuǎn)化為頻率，然后測量出轉(zhuǎn)化后的頻率，最后根據(jù)一定的關系即可得出待測電阻阻值，設計過程中，設置好相應元件的參數(shù)，使數(shù)碼顯示管顯示的數(shù)字即為待測電阻阻值。 2單元電路設計與分析2.1 555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，J2為單刀雙擲開關，J1為按鈕C1、 C2、C3

6、、C4、C5為電容，R1為電阻，R2為待測電阻，X1、X2是兩個發(fā)光二極管（X1是綠燈，X2是紅燈）。待測電阻通過單刀雙擲開關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、0.1mF的這組電容串聯(lián)的時候可測阻值相對小的電阻，與1F、10F這組電容串聯(lián)的時候可測阻值相對大的電阻，開關打向不同組電容相當于選擇不同檔位。X1，X2兩個指示燈可顯示出單刀雙擲開關連接的是哪組電容，即顯示選擇的測量檔，當綠燈（X1）亮時，表明J2打向左邊，測小電阻，當紅燈（X2）亮時，表明開關打向右邊，測大電阻。設計電路時，已經(jīng)通過相關公式設置好了各元件參數(shù)，使得綠燈亮時，數(shù)碼管顯示的數(shù)字單位為，紅

7、燈亮時，單位為K。波形圖如圖所示 2.2 晶振多頻震蕩的產(chǎn)生 基本原理：通過晶振與電阻、電容的連接產(chǎn)生多頻震蕩再通過分頻產(chǎn)生適合的多頻震蕩。電路如圖所示 如圖，R4、R5、C6、C8、U8、U9、及晶振構成一個基本的多諧產(chǎn)生器。產(chǎn)生的信號通過兩個74CD192進行分頻，U17的輸出為十分頻，U3的輸出為百分頻。J15單刀雙擲開關用來進行分頻的選擇。波形圖如圖所示 2.3 單頻和多頻相與 基本原理：用7400來實現(xiàn)與的功能，讓單脈沖和多頻震蕩的脈沖相與后再輸入到74CD192中。如圖所示 相與后波形圖如圖 2.4 74CD192計數(shù)器計數(shù)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

8、上圖所示信號，輸入到74CD192計數(shù)器對其脈沖個數(shù)進行計數(shù)。由于設計要求三位顯示，因而需要3個74CD192。電路如圖所示 2.5 數(shù)碼顯示管顯示基本原理：用74CD192計數(shù)器計數(shù)后的信號輸入到譯碼器CD4511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，從而就實現(xiàn)了數(shù)字顯示功能。設計要求給出三個顯示管，而每一個74CD192只能接一個數(shù)碼顯示管，所以我們前面選擇了三個74CD192計數(shù)器。三位顯示最大能顯示到999，因此對于大于此量程的數(shù)據(jù)就不能記錄了。電路連接如圖所示 3系統(tǒng)綜述、總體電路圖3.1整體電路圖 整體電路圖如圖所示3.2 系統(tǒng)綜述 這次設計，我們使用了一個555，

9、用來產(chǎn)生單脈沖，一個晶振用來產(chǎn)生多頻震蕩，一個555和一個晶振把信號輸入到7400N相與后，再輸入到74CD192計數(shù)器，74CD192計數(shù)后，再通過數(shù)碼顯示管顯示出來，數(shù)碼管顯示的數(shù)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，其時間Tw為一個時間長度，即為脈沖寬度。然后多頻震蕩產(chǎn)生連續(xù)的方波，其時間長度遠小于單脈沖，即其脈沖寬度遠小于單脈沖，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數(shù)就是Tw時間內(nèi)脈沖的個數(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)由相關公式Tw=1.1RC知，要要測電阻就必須知道Tw和R的

10、值，Tw可以測出，而C的值我們將其設置為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電容串聯(lián)作為一組電容而不是使用一個電容一組，是因為沒有以1/1.1為數(shù)值大小的電容。兩個電容串聯(lián)后的電容C與兩個電容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)。 這次課程設計，要求測量的電阻阻值范圍為1到999K，并且要求用3位數(shù)碼管顯示，所以我們設置了兩個檔位，測量范圍分別為1999和1K999K。因為有兩個檔位，所以電容也選擇兩組，分別對應檔和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。

11、總的來說，本設計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，再用計數(shù)器進行計數(shù)，最后通過數(shù)碼管譯碼、驅(qū)動、顯示出來。對這個基本思路進行一系列細化、改進，最終就完成了本次設計。 電路仿真圖如圖4結束語4.1 收獲和體會 兩周時間的課程設計，電路也設計出來了，從仿真的結果看，測量有些小誤差，不過還算可以。 本次課設體會與其他幾次課設最大的不同之處在于作品是幾個人共同協(xié)作的成果。這種合作方式既有缺點又有優(yōu)點。優(yōu)點是各個人共同尋找資料、設計整體思路及各個單元模塊的搭建，能提高效率，且將不同的方案從各個方面還有整體上進行分析對比，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

12、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，對各個模塊的劃分以及具體功能有了具體的分配。但是同時，三個人的工作分配、意見的統(tǒng)一也為設計帶來了另一方面的問題。總之，此次課程設計首先鍛煉的是我們的團結合作的能力。 第二方面，這次課設較其他幾門課設的另一個很大的區(qū)別是題目很寬，只告訴要求達到的功能，設計思路完全自由，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的基礎知識自己解決問題。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習的能力

13、，而來培養(yǎng)了我們迎難而上的精神。我們找到了一些關于電壓表設計的資料，所以我們所面臨的問題的關鍵在于怎么將測電壓的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，正如其他的課設一樣，本次課設提供了我們一個對所學理論知識融會貫通的機會。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。對于一個新接觸的芯片，由完全不了解，到了解它的功能、結構、接入方式，是一個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！4.2 缺點

14、和改進 本電路設計方案中電阻的輸入電路需要外界提供直流恒流源，對精度的要求相當高，這是本設計實現(xiàn)的一大難題。 本電路由于標準電阻只選擇了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)點后的一位數(shù)），但足可以滿足設計要求。若想增大量程或者提高精度，電路的改建也十分簡單，只需更換標準電阻即可。 本實驗電阻和電容的參數(shù)非常重要，尤其是電容必須選取合理，否則就會導致測量結果誤差非常大，因此必須注意。當出現(xiàn)較大誤差時，應該選擇改變電阻和電容，以調(diào)節(jié)誤差。致謝在論文完成之際，我的心情萬分激動，從論文的選題、資料的收集到論文的撰寫編排整個過程中，我得到了許多

15、的熱情幫助。 我首先要感謝梁芳老師，她給我提出很多寶貴的意見，使我的課設從剛開始的不懂迷茫到有了方向。在這近一個月的時間里，梁老師不斷對我得到的結論進行總結，并提出新的問題，使得我的課題能夠深入地進行下去，也使我接觸到了許多理論和實際上的新問題，使我做了許多有益的思考。她對我進行了悉心的指導和教育，由于第一次進行單片機課程設計，難免遇到許多比較低級的問題，梁老師卻都極其耐心地予以解答，使我能夠不斷地學習提高，在此表示深深的謝意。同時，梁老師淵博的學識、嚴謹?shù)闹螌W態(tài)度也令我十分敬佩，是我以后學習和工作的榜樣。還要再次感謝梁老師對我的關心和照顧，在此表示最誠摯的謝意！其次我還要感謝給過我?guī)椭耐瑢W

16、們，在我做課程設計的過程中，會遇到多種問題，比如要找一些相關資料等，有時憑借我一個人很難找的全面，在我搜集查閱資料時給我的幫助和論文寫作中提出的意見和建議。正因為有他們的幫助和配合，我才克服了一個又一個困難，使我的畢業(yè)設計更加完善并且順利地完成。最后，再次對關心、幫助我的老師和同學表示衷心地感謝!參考文獻康華光. 數(shù)字電子技術基礎（高等教育出版社）湯勉剛. 電氣類專業(yè)實驗指導叢書（西南交通大學出版社） 余發(fā)山. 單片機原理及應用技術 (中國礦業(yè)大學出版社)潘永雄. 電子線路CAD實用教程(2版) (西安電子科技大學出版社)楊凌霄. 微型計算機原理及應用 (中國礦業(yè)大學出版社)李廣弟. 單片機基

17、礎 (北京航空航天大學出版社)元器件明細表序號名稱型號參數(shù)數(shù)量參數(shù)1恒定電流源VCC1個5V2電容C1、C81個10nF3電容C21個1mF4電容C31個0.1mF5電容C41個1uF6電容C51個10uF7電容C61個100pF8555555-TIMER-RATED1個9與門7400N1個14腳11發(fā)光二極管DCD-HEX2個2腳1274CD192741606個4腳輸出13單擲開關Key2個C14雙擲開關Key2個B15滑動電阻R11個01M16電阻R21個2K17電阻R4、R52個160K18電阻R3R3222個30019晶振X41個100KHZ20發(fā)光二極管X1、X22個附圖555管腳圖

18、及其內(nèi)部原理圖 內(nèi)部含有兩個電壓比較器，一個分壓器，一個RS觸發(fā)器，一個放電晶體管和一個功率輸出級。 功能表如圖所示 74CD192管腳圖及功能說明74CD192是同步十進制可逆計數(shù)器，它具有雙時輸入，并具有清除和置數(shù)等功能，其引腳排列及邏輯符號如下所示：圖5-4  cd74192的引腳排列及邏輯符號（a） 引腳排列 (b) 邏輯符號圖中：為置數(shù)端，為加計數(shù)端，為減計數(shù)端，為非同步進位輸出端， 為非同步借位輸出端，P0、P1、P2、P3為計數(shù)器輸入端，為清除端，Q0、Q1、Q2、Q3為數(shù)據(jù)輸出端。       &#

19、160;      輸入     輸出MRP3P2P1P0Q3Q2Q1Q0 1 × × ×××××0000 0 0 × ×dcbadcba 0 1  1××××    加計數(shù) 0 1 1 ××××  &#