数字式电阻测量仪课程设计

...电子技术课程设计数字式电阻测试仪专业：班级：学号：姓名：指导教师：日期：2008年12月29日...前言随着信息科学和计算机技术的迅速发展，电子技术的理论与应用得到飞跃发展。信息正是一个高度发展的产业，而数字技术是信息的基础，数字技术是目前发展最快的技术领域之一，数字技术在数字集成电路集成度越来越高的情况下，开发数字系统的使用方法和用来实现这些方法的工具已经发生了变化，但大规模集成电路中的基本模块结构仍然需要基本单元电源电路的有关概念，因此用基本逻辑电路来组成大规模或中规模地方法仍然需要我们掌握。与模拟技术相比，数字技术具有很多优点，这也是数字技术取代模拟技术被广泛使用的原因。优点有如下：（1）数字系统容易设计。数字系统采用开关电路，开关电路中的电压和电流得值不重要，重要的是变化范围。（2）信息存储方便。（3）整个系统的准确度及精度容易保持一致。（4）数字电路的抗干扰能力强。（5）大多数数字电路能制造在集成电路芯片上。在数字电子技术在数字集成电路集成度越来越高的情况下，课程设计这门课不仅让我们加深了理论的知识，更让我们认识了如何把学到的知识用于实践。课程设计中的如何测量电阻并数字显示量程又是各种电子电器线路与装置不可缺少的部分。电阻的阻值，直接影响到电子电器线路与装置的工作质量和效率。所以我们选择了这个有意义的课题作为我们课程设计的题目。本报告介绍了测量电阻的各个组成部分。而每个部分的电路又阐述了电路的工作原理，元器件选择及制作方法等，具有电路新颖，实用性强，易于制作等特点。在数字式电阻测试仪的设计中，各个部件将用到不同的数字基本逻辑单元和组合逻辑器件，集成芯片也会出现在电路中。本课程设计过程中参考或引用了国内外各种书刊中的相关资料，在此向这些技术资料的原作者表示感谢。由于我们知识水平有限，时间有限，精力有限，所以在设计过程中难免有许多不足之处，敬请老师谅解并提出宝贵的意见。...目录前言。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。2题目及摘要。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。4第一章系统概述。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。5第一节总体思想。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。5第二节各部分功能简介。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。5第二章主要单元电路设计及分析论证。。。。。。。。。。。。。。。。。。6第一节.电阻的电压比例输入法。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。6第二节A／D转换器一MCl4433。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。10第三节显示译码器CD4511。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。13第四节七路达林顿驱动器阵列MCl413。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。15第五节发光数码管显示器。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。16第六节简单调试要点。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。16第三章补充说明。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。17第四章课设的收获。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。18附：设计总电路图。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。19元器件明细表。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。20鸣谢。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。21参考文献。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。21...设计题目：初始条件：本设计可以使用在数模电理论课上学过或没学过的集成器件和必要的门电路，用数码管显示被测电阻的数值。要求完成的主要任务：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。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。本次课程设是针对数字式电阻测试仪的设计，介绍了数字式电阻测试仪的设计方案及其基本原理，并着重介绍了数字式电阻测试仪各单元电路的设计思路，原理及整体电路的的工作原理，控制器件的工作情况。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。关键字：电阻转化电压模数转换器MC14433驱动器1413数码显示。...第一章系统概述第一节总体思想本设计旨在将被测模拟量转换为数字量，并进行实时数字显示。该系统采用采用电阻的比例法输入电路、MC14433——3位半A/D转换器、MC1413七路达林顿驱动器阵列、CD4511BCD码七段锁存-译码-驱动器、超量程闪烁报警电路和4位共阴极LED发光数码管组成。本系统是3位半数字式电阻测量表，3位半指十进制数0000～1999。其系统框图如下：图1系统框图第二节各部分功能简要介绍1直流源及串联电阻比较电路：用比例法将待测电阻值输入AD转换器。通过提供流过被测电阻的电压与模数转换芯片标准电压的比值反映被测电阻与标准电阻的比值，再根据模数转换芯片内部特性将其阻值输出。2位A／D转换器(MC14433)：将输入的模拟信号转换成数字信号，并将与被测阻值有关的信号输入译码-驱动-显示电路，将溢出信号提供给双D触发器组成的超量程报警电路。改部件是本设计电路的核心部分。3译码器(CD4511)：将二—十进制(BCD)码转换成七段信号。4驱动器(MC1413)：驱动显示器的a，b，c，d，e，f，g七个发光段，驱动发光数码管(LED)进行显示。5显示器：将译码器输出的七段信号进行数字显示，读出A／D转换结果。比例电路A/D转换器译码器驱动器LED...第二章主要单元电路设计及分析论证第一节被测电阻输入方案的选择为了用数字的办法测量电阻，首先需要将被测电阻值以某种方式输入AD转换器。根据测量原理的不同，其输入方法有很多，如直接法、电桥法和充放电法。各种办法都有相应的优缺点，例如充放电法及直接法均需求得被测样两端的电压与通过被测样的电流，利用欧姆定律从而得出被测样的电阻，电桥法则是利用电桥两端电位的平衡来得出被测样的电阻。其中利用直接法测得的电阻(如“摇表”)存在读数不精确等明显的人为因素干忧，在读数较大的情况下尤其如此；利用充放电法测得的电阻阻值偏大；而利用电桥法测量，则存在电桥调节费时费力等不利因素。下面列出几中具体方案进行分析比较，最终选择得出方案：方案一通过555单稳态触发器转换利用单稳或电容充放电规律等，可以把被测电阻量的大小转换成脉冲的宽窄，即脉冲的宽度Tx与Rx成正比。只要把此脉冲和频率固定不变的方波（以下称为时钟脉冲）相与，便可以得到计数脉冲，将它送给数字显示器。如果时钟脉冲的频率等参数合适，便可实现测量电阻。这种设想如图所示，图中计数控制电路输出的脉冲宽度Tx应与Rx成正比。其电路原理图及具体555单稳态触发器的构成及仿真如下图所示。图1方案一原理图555单稳态电路A/D转换电路译码-驱动-显示电路...图2计数控制电路方案二利用施密特反相器构成方波发生电路，其输出脉冲宽度与被测电阻成正比，其余原理同上方案，其原理电路图如下：图3方案2原理图方案三通过微分电路转换把三角波输入给微分电路〔把被测电阻作为微分电阻)，在电路参数合适的条件下，微分电路的输出幅度与Rx成正比，再经过峰值检测电路或精密整流及滤波电路，可以得到与Rx成正比的直流电压Vx、然后再进行A／D转换，送给数字显示器，便可通过测电压来测电阻。这种设想如图l—1所示，图中的A／D转换器可采用数字仪表中常用的MC14433.图中压控振荡器输出矩形波，它的频率fx与Vx成正比，而Vx与被测电阻Rx成正比，因此fx与Vx成正比。在计数控制时间To等参数合适的条件下，数码显示器所显示的数字N就是Rx的大小。...图4方案一的原理图方案四电压比例输入法本设计方案图如下，结合模数转换芯片MC14433本身的特性，为其提供电阻比较电路，如右图所示，两恒流源提供相等电流，两个标准电阻通过双掷开关选择，若模数转换器的标准电压和输入电压用Vo和Vi表示，标准电阻和被测电阻分别用RnRx表示，则其显示值满足下式：N=1999*Vi/Vo=1999*Rx/Rn这表明显示值N仅取决于Rx和Rn的比例，故称之为比例法。式中Rx的单位根据n的值选定。接入不同阻值的标准电阻，并利用单刀双掷开关选择Rn的值，可得到想要的量程。标准电阻与量程的对应关系如下：图5方案4原理图表1标准电阻与量程对应关系量程（欧）202002k20k200k2M倍率n123456标准电阻（欧）19.99199.91999199901999001999000...方案的比较方案一用555构成的单稳态电路在正常工作条件下输出脉冲的宽度Tx与Rx的函数关系是：Tx=R*Cx*ln3所产生的时间误差可能达到百分之五，再加上其他原因产生的误差，测量是的时间延迟太大。方案二用施密特反相器可以构成方波发生器，它的震荡周期与R成正比，但存在下列问题：（1）如果途中的施密特反相器是TTL器件74LS14，则震荡周期稳定性差。（2）如果图中的施密特反相器是CMOS器件，则若C较小，振荡周期的稳定性差，甚至不能正常工作；若C较大，则震荡周期有可能过大造成响应时间太长。方案三利用微分电路和整流、滤波、峰值检测电路将电阻转换成电压，回路复杂，而且不易换算。方案四本方案原理较易理解，实现也方便简单。测量精确，而且利用标准电阻的更换让测量更具有灵活性。本电路还有一个好处是，可以测量两个未知电阻的阻值。此时将一个被测电阻仍作为Rx接入，另外一个作为Rn接入，则有：N=1999*Vi/Vo=1999*Rx1/Rx2对于标称值相同的两个电阻，其相对误差的表达式为E=Rx1-Rx2*100%=（Rx1/Rx2-1）*100%因此，将测量电阻比时的显示值减去1，并用百分数表示，就是Rx1Rx2的相对误差，其值一般再0.1%~10%之间。所以最后决定，由于第三种方案换算和电路都比较简单，并且测量精确，本实验选取第三种方案。最终具体方案（方案三细化）由于本课设中所要求的R的量程为100—100千欧，选择倍率2和5，即标准电阻为200欧和200千欧，相对应的量程为0~200欧及0~200千欧，单位分别为0.1欧和100欧。为了判断所用的量程和...单位，为200欧标准电阻的一路串联一个红色发光二极管，为200千欧标准电阻的一路串联一个绿色发光二极管。当选定某一路标准电阻即量程时，该路相应的二极管发光，由此二极管可显示选定的量程大小和相应单位。当测量电阻较小时，选用红色放光的那一路，则可以精确到一位小数；若测量较大电阻，则选择绿色发光的那一路。第二节A／D转换器一MCl4433（一）芯片功能简介和内部结构MC14433是