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数字电子设计-简易数字电阻测量课程设计.doc

发布时间：2022-06-08 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：0.90M 资料格式：doc 举报 版权申诉
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    计数器设计部分：
    1．计时器的特点及应用
    《电子技术》课程设计报告 题 目 数字式电阻测试仪 学院（部） 信息工程学院 专 班 业 级 学生姓名 学 号 通信工程 24040902 白小慧 2404090226 12 月 19 日至 12 月 30 日 共 2 周 指导教师（签字）
    前言 现代电子产品正以前所未有的速度，向着多功能化、体积最小化、功耗最低化的方向 发展，机电产品广泛应用于家电、通信、一般工业乃至航空航天和军事领域。无论是日常 生活还是高端科技领域，电子技术的应用均日益深入。掌握必备的电子技术基础设计制作 基础知识和基本技能，能够满足我国目前产业结构对广大技术工人、工程技术人员基本素 质的要求，而且能为从事高端电子系统开发培养能力和素质，适应信息时代的需要。 随着电子工业的发展，电子元器件急剧增加，电子元器件的适应范围也逐渐广 泛起来，在应用中我们常常需要测量电阻的大小。因此，设计可靠，安全，便捷的 电阻测量仪具有极大的现实必要性。 目前市面上测量电子元器件参数R、C和L的仪表种类较多，方法和优缺点也各有不同。 一般的测量方法都存在计算复杂，不易实现自动测量等缺点。通常情况下，电路参数的 数字化测量是把被测量参数转化成直流电压或频率后进行测量。 由于测量电阻方法多并且具有一定的复杂性。所以本次设计是参考 555 振荡电路基础 上拟定一套自己的设计方案。是尝试用 555 振荡电路将被测参数转化成频率这里我们把 测量电路产生的频率送入计数端口，通过定时并且计数可以计算出被测频率再通过频率计 算出电阻值。
    目 录 一、摘要………………..,,,,,,...............................................4 二、系统概述……………………………………………...4 1、设计思路...............................................................4 2、设计方案的分析及框图原理...............................5 三、单元电路设计与分析 ……………………………….6 1、555 单脉冲的产生................................................6 2、555 多频震荡的产生............................................7 3、74LS160 计数器计数部分…………...................9 1) 74LS160 特点及工作原理....………………..9 2) 74LS160 级联电路图………………………..10 4、报警器设计部分………………………………...11 四、系统总电路图……………………….………………13 五、收获体会……………………………………………15 参考文献...............................................................................16 元器件明细表及附图...........................................................17 鸣谢.......................................................................................18
    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。本文先对设计功 能及要求进行了阐述，然后提出针对数字式电阻测试仪的设计方案，介绍了数字式 电阻测试仪的设计方案及其基本原理及整体电路的的工作原理，控制器件的工作情 况，最后会对电阻的测试进行设计.本系统利用 555 多谐振荡电路将电阻，参数转化 为频率，这样就能够把模拟量近似的转换为数字量。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。 关键词：555 单稳态触发器 555 多谐振荡器 74LS160N 数码显示 技术要求：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。 系统综述: A）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。 B）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。 方案一 利用 555 单稳态触发器和 A/D 转换器实现 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： 555 单稳态 电路 74160N 计数器 方案二原理图 译码、驱动、显示 通过比较，由于第二种方案换算和电路都比较简单，并且测量精确，本实验选取第二种方案。 C）．系统框图及工作原理： 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 图 3 系统框图
    二、单元电路设计分析: 电阻转换为频率设计部分： 1、555 单脉冲的产生 XSC1 Ext Trig + _ A + _ B + _ VCC 12V A1 VCC OUT 555_VIRTUAL RST DIS THR TRI CON J2 GND Key = A C1 10nF R1 100kΩ R2 Key=C 40% 1kΩ C2 1µF C3 10µF 测试的图形如下： 设计的关系式如下：Tw=1.1R*C=10^(-6)*R 从图中可以看出，输入 40K 的电阻时，输出的高电平时间为 40ms，与原计算结果一致, 可见电路正确。 2、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。 在另一外同学做出 555 电路之后，我测试了下性能，发现如果在多谐振荡中用同一组电阻来给 两个档位进行充放电，才两路电路放电时间不同，回到各自的频率用时差别很大，于是我用开关分别 控制了两路电路，在不同档下用不同的电路来测量，同时我加了指示灯，然后测试了一下性能. 关系如下：S1 在上面一档时，产生一个 1MHz 的矩形波，测得是小电阻，即是 100 到 100K，S2 档在 下面一档时，产生一个 1KHz 的矩形波，测得是大电阻，即是 100 到 9999。 电路如图所示 : R3 470Ω X1 X2 2.5 V R4 300Ω 2.5 V S1 Key = Space R1 380Ω R2 500Ω VCC 12V XSC1 Ext T rig + _ A + _ B + _ 8 VCC U1 OUT 3 4 7 6 2 5 RST DIS THR TRI CON GND 1 LM555CM Probe1 V: 12.0 V V(p-p): 12.0 V V(rms): 9.50 V V(dc): 7.52 V I: 120 nA I(p-p): 120 nA I(rms): 95.0 nA I(dc): 75.2 nA Freq.: 1.00 kHz C3 1nF C1 1µF C2 0.0001fF R3 470Ω X1 X2 2.5 V R4 300Ω 2.5 V S1 Key = Space R1 380Ω R2 500Ω VCC 12V XSC1 Ext T rig + _ A + _ B + _ 8 VCC U1 OUT 3 4 7 6 2 5 RST DIS THR TRI CON GND 1 LM555CM Probe1 V: 9.27 V V(p-p): 2.74 V V(rms): 11.2 V V(dc): 11.2 V I: 92.7 nA I(p-p): 27.4 nA I(rms): 112 nA I(dc): 112 nA Freq.: 1.05 MHz C3 1nF C1 1µF C2 0.0001fF
    可见在两种情况下它都能正常工作。 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。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。 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，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。 在另一同学人做 555 的时候，遇到问题无法做出，为了保险起见，我做了下面电路， 用积分和迟滞电压比较器构成，积分电路使输出频率和输入电压成比率，而迟滞电压比较 器使输出频率为矩形波，但是在设计完之后测试，发现它的测量精度十分不好，只是小范 围内可以使用，不适合此次课设要求，在此提出和大家交流一下。
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