..________工____學院__2008__級__電氣工程及其自動化__專業姓名_________學號________________………………〔裝………………〔訂………………〔線………………_本科課程設計專用封面設計題目：所修課程名稱：電子技術課程設計修課程時間：2010年12月18完成設計日期：2010年12評閱成績：評閱意見：評閱教師簽名：年月日目錄摘要關鍵字設計要求.................................................3二、正文第一章系統概述一、設計思路...............................................................4二、設計方案的分析與選擇.......................................4三、系統框圖及工作原理...........................................5第二章單元電路設計與分析一、555單脈沖的產生................................................7二、晶振多頻震蕩的產生............................................8三、單頻和多頻相與.................................................10四、cd74192計數器計數...........................................11五、數碼顯示管顯示.................................................12第三章系統綜述、總電路圖一、整體電路圖.........................................................14二、系統綜述.............................................................14第四章結束語一、收獲和體會.........................................................16二、缺點和改進.........................................................16參考文獻...............................................................................17元器件明細表及附圖...........................................................17鳴謝.......................................................................................21四、教師評語.......................................................................22數字式電阻測試儀摘要：數字化測量儀器較模擬儀器具有使用方便,測量精確等優點。本次課程設計是針對數字式電阻測試儀的設計,介紹了數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,并提出本系統需要改進的地方及遇到的困難。關鍵字：電阻轉化電壓555單穩態觸發器74CD192數碼顯示。設計要求：1.被測電阻值范圍1Ω～999kΩ；2.三位數碼管顯示被測電阻值；3.給定測量電壓為9V,可用實驗室專門電源提供。系統概述一、設計思路數字式電阻測試儀的基本原理是將待測的數字信號轉化為模擬信號,再通過計數、譯碼,由數碼管直接顯示出阻值。由555觸發器產生單脈沖,由晶振經過分頻產生多頻脈沖。再利用74CD192計數器對單脈沖個數進行計數,然后再通過譯碼顯示,將阻值直接顯示在數碼管上。二、設計方案的分析與選擇想要實現待測電阻的數字式測量,最主要的是將待測電阻相關的模擬信號轉換為數字信號。我們利用的是555單穩態觸發器來實現這點。知道555單穩態觸發器能實現數模轉換后,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單穩態觸發器中。根據測量原理的不同,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缺點,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"存在讀數不精確等明顯的人為因素憂,在讀數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,則存在電橋調節費時費力等不利因素。下面列出兩種方案進行分析：方案一利用555單穩態觸發器和A/D轉換器實現利用單穩或電容充放電規律等,可以把被測電阻量的大小轉換成脈沖的寬窄,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,便可以得到計數脈沖,將它送給數字顯示器。如果時鐘脈沖的頻率等參數合適,便可實現測量電阻。其電路基本原理如圖所示方案一原理圖方案二利用555單穩態觸發器和74CD192實現原理同方案一基本相同,原理圖如圖所示：74CD192計數器譯碼、驅動、顯示555單穩態電路譯碼、驅動、顯示555單穩態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轉換器的相應元件,所以最終選擇了方案二系統框圖及工作原理系統總體框圖如圖所示555單脈沖產生電路74CD19274CD192計數器譯碼、驅動、顯示譯碼、驅動、顯示晶振多頻振蕩器系統框圖工作原理：555單脈沖產生電路產生的脈沖和晶振多頻振蕩器產生的脈沖相與后74CD192計數器計數后,再經過譯碼、驅動后,通過數碼管顯示出脈沖個數?；驹硎菍㈦娮枳柚缔D化為頻率,然后測量出轉化后的頻率,最后根據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,使數碼顯示管顯示的數字即為待測電阻阻值。單元電路設計與分析一、555單脈沖的產生基本原理：利用電阻和電容的諧振來產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、C4、C5為電容,R1為電阻,R2為待測電阻,X1、X2是兩個發光二極管〔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,與不同組電容串聯可測不同大小的電阻,與1mF、0.1mF的這組電容串聯的時候可測阻值相對小的電阻,與1μF、10μF這組電容串聯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,已經通過相關公式設置好了各元件參數,使得綠燈亮時,數碼管顯示的數字單位為Ω,紅燈亮時,單位為KΩ。波形圖如圖所示二、晶振多頻震蕩的產生基本原理：通過晶振與電阻、電容的連接產生多頻震蕩再通過分頻產生適合的多頻震蕩。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生器。產生的信號通過兩個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。波形圖如圖所示單頻和多頻相與基本原理：用7400來實現與的功能,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四、74CD192計數器計數基本原理：單脈沖產生電路產生的脈沖與多頻信號相與后,產生如上圖所示信號,輸入到74CD192計數器對其脈沖個數進行計數。由于設計要求三位顯示,因而需要3個74CD192。電路如圖所示數碼顯示管顯示基本原理：用74CD192計數器計數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光二極管,顯示出數字,從而就實現了數字顯示功能。設計要求給出三個顯示管,而每一個74CD192只能接一個數碼顯示管,所以我們前面選擇了三個74CD192計數器。三位顯示最大能顯示到999,因此對于大于此量程的數據就不能記錄了。電路連接如圖所示系統綜述、總體電路圖一、整體電路圖整體電路圖如圖所示二、系統綜述這次設計,我們使用了一個555,用來產生單脈沖,一個晶振用來產生多頻震蕩,一個555和一個晶振把信號輸入到7400N相與后,再輸入到74CD192計數器,74CD192計數后,再通過數碼顯示管顯示出來,數碼管顯示的數字即為電阻阻值。至于為什么數碼管顯示的數字可以直接作為電阻阻值,其原理是：555產生單脈沖,其時間Tw為一個時間長度,即為脈沖寬度。然后多頻震蕩產生連續的方波,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倍。相與后輸出的脈沖個數就是Tw時間內脈沖的個數。電阻通過555轉化為Tw,而輸出的就是Tw的值。根據555的性質由相關公式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的值我們將其設置為1/1.1,這樣,Tw=R,所以我們可以將數碼管顯示的數字直接作為電阻值。在單脈沖產生部分,我們之所以選擇兩個電容串聯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為數值大小的電容。兩個電容串聯后的電容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。這次課程設計,要求測量的電阻阻值范圍為1Ω到999KΩ,并且要求用3位數碼管顯示,所以我們設置了兩個檔位,測量范圍分別為1~999Ω和1KΩ~999KΩ。因為有兩個檔位,所以電容也選擇兩組,分別對應Ω檔和KΩ檔,再分別連接上指示燈,具體前面單脈沖產生部分已經說明。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為數字信號,再用計數器進行計數,最后通過數碼管譯碼、驅動、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。電路仿真圖如圖結束語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作的成果。這種合作方式既有缺點又有優點。優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,更有利于找到最優的解決方案。我們三人相互討論,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、意見的統一也為設計帶來了另一方面的問題?？傊?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,而來培養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。經過了思考和討論,最終找到了我們能力范圍之內的可行方案。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轉換器,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！缺點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點后的一位數,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。當出現較大誤差時,應該選擇改變電阻和電容,以調節誤差。參考文獻數字電子技術基礎〔高等教育出版社康華光主編電氣類專業實驗指導叢書〔西南交通大學出版社湯勉剛主編元器件明細表及附圖序號名稱型號參數數量參數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0~1MΩ16電阻R21個2KΩ17電阻R4、R52個160KΩ18電阻R3—R3222個300Ω19晶振X41個100KHZ20發光二極管X1、X22個555管腳圖及其內部原理圖內部含有兩個電壓比較器,一個分壓器,一個RS觸發器,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器,它具有雙時鐘輸入,并具有清除和置數等功能,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：為置數端,為加計數端,為減計數端,為非同步進位輸出端,

為非同步借位輸出端,P0、P1、P2、P3為計數器輸入端,為清除端,Q0、Q1、Q2、Q3為數據輸出端。其功能表如下：

輸入

輸出MRP3P2P1P0Q3Q2Q1Q0

1

×

×

×××××0000

0

0

×

×dcbadc