数字式电阻测试仪+课程设计Word格式文档下载.docx
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前言。
。
1
摘要。
3
关键字。
技术要求。
3
总框图。
一测量模块。
4
二时基脉冲产生单元。
三控制模块。
6
(1)74LS221。
(2)分频器。
7
四显示电路单元。
8
(1)74LS290.。
(2)74LS248.。
9
结束语。
10
元器件明细表。
11
参考文献。
附录:
总电路图
摘要:
本数字电阻测试仪主要由模/数转换电路部分,集成单稳态触发器和三极管组成的反馈电路部分,译码显示电路部分,控制电路部分以及时基脉冲产生电路部分组成。
其中模/数转换模块中是由电阻电压值通过电压比较器后产生数字信号。
反馈电路部分是由两个单稳态触发器组成的集成单稳态触发器和三极管的导通与截止来完成电容的充放电过程。
单位脉冲发生器是由石英晶体振荡器构成。
该电路的组成将分成各个模块分开介绍,
关键字:
电压比较器,石英晶体振荡器,计数器,译码器,显示器,集成单稳态触发器
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。
总框图:
在设计一个数字系统时,首先应根据要求,设计出总框图,然后按框图设计具体电路,这样可避免在设计过程中产生错误。
按照设计原理,测试电容器容量的电路总框图如图1所示。
图1总框图
一、测量模块:
电阻测试仪的测试原理如图2所示,对电容器C1上充电的电压Uc之值可用下式表示:
Uc(t)=Ue(1-e-t/r6*c1)
式中Ue——电源
t——充电时间
C1——已知电容
R6——被测电阻
Ue通过R6对电容C1充电。
电容两端电压Uc随着充电器间增加而增加,当t=RC1时,Uc=0.632Ue。
若以此电压作为参考电压,是电容器电压充电到0.632Ue时停止充电,并记录充电时间T,则电容量的大小C1=T/R6,这样就把测试电阻的大小转化为测试充电时间,而测充电时间的关键是如何判别电容器上电压充到0.632Ue.图2给出比较控制电路,图中LM32作为电压比较器,当Uc<
0.632Ue时,A点输出高电平,与门打开,计数脉冲通过与门送入计数器。
当Uc>
0.632Ue时,比较器输出低电平,与门被关闭。
为保证测试精度,使运放LM324同时两端输入电压为0.632Ue。
双向开关K2在不测试时拨在1位置,使电容两端同时接地,则电容器两端电压为零。
在测试时,双向开关K2应拨到2位置,电容接入电路,电源通过R6向电容C充电。
C上的电压如图1,Uc规律变化。
电容的电压Uc由运放LM324的反向端输入,而的运算放大器处于开路工作状态,反馈电阻也可视作无穷大,这种接法可看做是电压比较器。
当Uc<
0.632Ue时,运放输出电压Ua接近电源电压5V,当Uc>
=0.632Ue时,运放输出Ua近似为零电平,因而Ua可看做一个数字信号。
其变化规律见实验图2中的Ua所示。
图2测量电阻的原理图及波形图
二、时基脉冲产生单元
CP脉冲发生器的组成由下图电路所示:
图3晶体振荡电路原理图
该电路是由一个石英晶体振荡器,一个电容及三个非门构成。
石英晶体振荡器能获得很高的频率稳定度,因而具有很好的选频特性;
另外它具有一个集为稳定的串联谐振频率fs。
石英晶体的阻抗特性
图4
图是石英晶体的阻抗特性,由图可以看出:
1当
或
时,等效为电容;
2当
时,等效为电感;
3当
时,为串联谐振;
4当
时,为并联谐振;
使用石英晶体谐振器时应注意以下几点:
(1)石英晶体谐振器的标称频率是在石英晶体谐振器上并接一定负载电容条件下测定的,使用时也必须外加负载电容,并经微调后才能获得标称频率。
(2)石英晶体谐振器的激励电平应在规定范围内。
(3)在并联型晶体振荡器中,石英晶体起电感的作用;
若作为容抗,则在石英晶片失效时,石英谐振器的支架电容还存在,线路仍可能满足振荡条件而振荡,石英晶体谐振器失去了稳频作用。
(4)晶体振荡器中一块晶体只能稳定一个频率,当要求得到可选择的许多频率时,就要采取其它电路施,如频率合成器。
三、控制模块
(1)74LS221
74LS221为单双稳态触发器,即由1A,1B,1Rd,1Q,1Q,1C和R/1C组成一个单稳态触发器,2A,2B,2Rd,2Q,2Q,2C和R/2C组成另一个单稳态触发器。
该表集成单稳态触发器74LS221功能表
输入
输出
Rd
A
B
Q
¤
↑
脉冲
↓
图574LS221引脚图及测量控制原理图
如图5所示,集成单稳态触发器74LS221的内部结构是有两个单稳态触发器构成,其管脚分布如图。
74LS221的B1和Rd1接“1”,当Ua有一下下降沿时Q1端的输出一个正脉冲,其宽度t1是显示延时时间,它取决于R3和W2以及C4的大小。
74LS221的Q1的下降沿又触发74LS221的另一个单稳态触发器,使Q2输出一个正脉冲,去驱动BCX41的基极使之导通,使C1有一个极小电阻的放电回路。
为下一次测试做准备,该脉冲可以使计数器清零,脉冲宽度t2取决于R5和C3的大小。
当BCX41截止时,电源又向C充电,再次测电阻的阻值。
波形图如图6所示:
图6
(2)分频器
为了达到测量电阻阻值的要求,我们在电路中加入了控制电路来满足要求,为了满足被测电阻的最小零界值为100Ω,我们在显示电路前加入一个由2个74LS160组成的100进制计数器,确保能测量的最小电阻阻值为100.74LS160的管脚图及功能表如下:
图7为74LS160管脚图及功能表
74LS160为异步清零计数器,即
端输入低电平,不受CP控制,输出端立即全部为“0”,功能表第一行。
74LS160具有同步预置功能,在
端无效时,
端输入低电平,在时钟共同作用下,CP上跳后计数器状态等于预置输入DCBA,即所谓“同步”预置功能(第二行)。
和
都无效,ET或EP任意一个为低电平,计数器处于保持功能,即输出状态不变。
只有四个控制输入都为高电平,计数器(161)实现模10加法计数,Q3Q2Q1Q0=1001时,RCO=1。
由2片74LS160构成的100进制计数器集成电路如图8所示:
图8为100进制计数器即1/100分频器
四、显示电路单元
显示电路部分电路图如下图
图9为显示电路
图9中从下往上依次是4个计数器74LS290,4线-7线译码器/驱动器74LS248,共阴数码管LC5011-11.
(1)74LS290的管脚电路图如下:
R0
(1)R0
(2)S9
(1)S9
(2)CP
Q3Q2Q1Q0
110XX
0000
11X0X
0000
XX11X
1001
X0X0↓
计数
0X0X↓
0XX0↓
X00X↓
图1074LS290管脚图及功能表
从表可以看出,74LS290是有清零,置数及计数的功能,当S9
(1)=S9
(2)=1时,不论其他输入端状态如何,计数器输出Q3Q2Q1Q0=1001,而(1001)2=(9)10,故又称为异步置数功能。
处于置“9”功能
置“0”功能:
当S9
(1)和S9
(2)不全为1,并且R0
(1)=R0
(2)=1时,不论其他输入端状态如何,计数器输出Q3Q2Q1Q0=0000,故又称为异步清零功能或复位功能。
计数功能:
当S9
(1)和S9
(2)不全为1,并且R0
(1)和R0
(2)不全为1时,输入计数脉冲CP,计数器开始计数。
计数脉冲由CP0输入,从Q0输出时,则构成二进制计数器;
计数脉冲由CP1输入,输出为Q2Q1Q0时,则构成五进制计数器;
若将Q0和CP1相连,计数脉冲由CP0输入,输出为Q3Q2Q1Q0时,则构成十进制(8421码)计数器;
若将Q3和CP0相连,计数脉冲由CP1输入,输出为Q3Q2Q1Q0时,则构成十进制(5421码)计数器。
因此,74LS290又称为“二—五—十进制型集成计数器”。
如果我们把计数器的输出接到译码器,显示器,就构成了计数,译码显示器
(2)74LS248管脚图:
LT’,RBI’接逻辑开关,D,C,B,A接8421码拨开开关,a,b,c,d,e,f,g七段分别接显示器对应的各段。
地线,电源线接好后,若线路无误后,接通电源就开始实验论证:
(1)LT’=0,其余状态为任意态,这时LET数码管全亮。
(2)再用一根导先把0电平接到BI’/RBO’端,这时数码管全灭,不显示,这说明译码器显示是好的。
(3)断开BI’/RBO’与0电平相连的导线,使BI’/RBO’悬空。
且使LT’=1,这时按动8421码拨码开关,输入D,C,B,A四位8421码二进制数,显示器就显示相应的十进制数。
(4)在(3)步骤后,仍使LT’=1,BI’/RBO’接LED发光二极管,此时若RBI’=1按动拨码开关,显示器正常显示工作。
若RBI’=0,按动拨码开关8421码输出为0000时,显示器全灭,这时BI’/RBO’端输出为低电平即LED发光二极管全灭这就是“灭零”功能。
结束语
集成单稳态触发器
74LS221
产生触发脉冲
2
电压比较器
LM324
测试充电时间
十进制加法计数器
74LS160
用于分频
4-7线译码器
74LS248
译码
5
74LS290
与非门
74LS00
实现与非功能
非门
74LS04D
非门的实现
对于测电阻,是电路分析最基础的内容,数字式测电阻更大大方便了我们。
怎样设计一个数字式电阻测试仪呢,整个电路的重点应该把握好计数,显示和电压比较上,掌握好这三方面,就能很顺利的完成电路模块化的设计。
通过查阅资料。
我们对石英晶体振荡器得到进一步的认识,其谐振频率由其固有频率决定且其脉冲频率很稳定。
元器件明细表
鸣谢:
特别感谢我们老师邓秋霞以及其他答疑的各位老师;
感谢帮助我们的各位同学和朋友;
最后感谢信息学院的老师及图书馆给予我们的支持和配合。
参考文献
1.主编:
林涛。
数字电子技术基础。
北京:
清华大学出版社,2006
2.主编:
刘浩斌。
数字电路与逻辑设计。
电子工业出版社,2007
3.主编:
邓元庆。
数字设计基础及应用。
清华大学出版社,2007
4.主编:
许小军。
电子技术试验与课程设计指导。
南京:
东南大学出版社,2005
5.编著:
周巍,黄雄华。
数字逻辑电路。
成都:
电子科技大学出版社,2007
6.编著:
邓勇,邓斌。
数字电路设计完全手册。
国防工业出版社,2004
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