数字式电阻测试仪

目录摘要 (2)1 数字式电阻测试仪系统的概述 (3)1.1设计思路 (3)1.2设计方案的分析与选择 (3)1.2.1 利用555单稳态触发器和A/D转换实现 (3)1.2.2 利用555单稳态触发器和74CD192实现 (4)1.3系统框图及工作原理 (4)1.3.1 系统框图 (4)1.3.2 工作原理 (5)2单元电路设计与分析 (5)2.1 555单脉冲的产生 (5)2.2 晶振多频震荡的产生 (7)2.3 单频和多频相与 (8)2.4 74CD192计数器计数 (9)2.5 数码管显示 (12)3 系统综述、总体电路图 (13)3.1整体电路图 (13)3.2 系统综述 (14)4 结束语 (16)4.1 收获和体会 (16)4.2 缺点和改进 (16)致谢 (15)参考文献 (18)元器件明细表 (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。

本次课程设计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555单稳态触发器74CD192 数码显示。

1数字式电阻测试仪系统概述1.1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，由晶振经过分频产生多频脉冲。

再利用74CD192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。

1.2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。

我们利用的是555单稳态触发器来实现这点。

知道555单稳态触发器能实现数模转换后，最关键的就是将待测电阻阻值的模拟信号以何种方式输入到555单稳态触发器中。

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。

下面列出两种方案进行分析：1.2.1 利用555单稳态触发器和A/D转换器实现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（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。

其电路基本原理如图所示图11.2.2利用555单稳态触发器和74CD192实现原理同方案一基本相同，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（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。

其电路基本原理如图所示：图2两种方案原理基本相同，但是由于无法找到A/D 转换器的相应元件，所以最终选择了方案二。

1.3系统框图及工作原理 1.3.1系统总体框图555单稳态电路74CD192计数器译码、驱动、显示图31.3.2工作原理555单脉冲产生电路产生的脉冲和晶振多频振荡器产生的脉冲相与后74CD192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。

2单元电路设计与分析2.1 555单脉冲的产生基本原理：利用电阻和电容的谐振来产生单频信号，电路如图所示555 单脉冲产生电路晶振多频振荡器74CD192 计数器译码、驱动、显示VCC OUTU1555_TIMER_RATEDGNDDIS RST THRCONTRI VCC5VR12kΩJ1Key = A1C110nF3C21mFC3100uFC41uFC510uF J2Key = B67R21M¦¸Key=A 50%8VCC29X1 2.5 V X22.5 V45图4其中，VCC 为5V 电源，J2为单刀双掷开关，J1为按钮C1、 C2、C3、C4、C5为电容，R1为电阻，R2为待测电阻，X1、X2是两个发光二极管（X1是绿灯，X2是红灯）。

待测电阻通过单刀双掷开关可分别与两组电容串联，与不同组电容串联可测不同大小的电阻，与1mF 、0.1mF 的这组电容串联的时候可测阻值相对小的电阻，与1μF 、10μF 这组电容串联的时候可测阻值相对大的电阻，开关打向不同组电容相当于选择不同档位。

X1，X2两个指示灯可显示出单刀双掷开关连接的是哪组电容，即显示选择的测量档，当绿灯（X1）亮时，表明J2打向左边，测小电阻，当红灯（X2）亮时，表明开关打向右边，测大电阻。

设计电路时，已经通过相关公式设置好了各元件参数，使得绿灯亮时，数码管显示的数字单位为Ω，红灯亮时，单位为K Ω。

波形图如图所示图5 2.2 晶振多频震荡的产生基本原理：通过晶振与电阻、电容的连接产生多频震荡再通过分频产生适合的多频震荡。

电路如图所示U8A 40106BD_5VU9A 40106BD_5V U1774HC192N_6VA 15B 1C 10D 9UP 5QA 3QB 2QC 6QD 7DOWN4~LOAD 11~BO 13~CO12CLR 14VCC5VR4160kΩU374HC192N_6VA 15B 1C 10D 9UP 5QA 3QB 2QC 6QD 7DOWN4~LOAD 11~BO 13~CO12CLR 1453J5Key = D5455C8100pF 50%57C610pF 50%R5160kΩ14VCC X4HC-49/U_100kHz1078图6如图，R4、R5、C6、C8、U8、U9、及晶振构成一个基本的多谐产生器。

产生的信号通过两个74CD192进行分频，U17的输出为十分频，U3的输出为百分频。

J15单刀双掷开关用来进行分频的选择。

波形图如图所示图72.3 单频和多频相与基本原理：用7400来实现与的功能，让单脉冲和多频震荡的脉冲相与后再输入到74CD192中。

如图所示相与后波形图如图图82.4 74CD192计数器计数74CD192管脚图及功能说明74CD192是同步十进制可逆计数器，它具有双时输入，并具有清除和置数等功能，其引脚排列及逻辑符号如下所示：图9（a）引脚排列 (b) 逻辑符号图中：为置数端，为加计数端，为减计数端，为非同步进位输出端，为非同步借位输出端，P0、P1、P2、P3为计数器输入端，为清除端，Q0、Q1、Q2、Q3为数据输出端。

其功能表如下：表一八脚数码管有八个接线脚，将192输出经4511译码地计数接收，然后显示。

译码器的种类很多，但它们的工作原理和分析设计方法大同小异，其中二进制译码器、二-十进制译码器和显示译码器是三种最典型，使用十分广泛的译码电路。

译码器是典型的组合数字电路，译码器是将一种编码转换为另一种编码的逻辑电路，学习译码器必须与各种编码打交道。

从广义的角度看，译码器有四类：二进制码译码器，也称最小项译码器，N 中取一译码器，最小项译码器一般是将二进制码译为十进制码；代码转换译码器，是从一种编码转换为另一种编码；显示译码器，一般是将一种编码译成十进制码或特定的编码，并通过显示器件将译码器的状态显示出来。

编码器，一般是将十进制码转换为相应的其它编码，其实质与代码转换译码器一样，编码是译码的反过程。

在数字系统中常见的数码显示器通常有：发光二极管数码管(LED 数码管)和液晶显示数码管(LCD 数码管)两种。

发光二极管数码管是用发光二极管构成显示数码的笔划来显示数字，由于发二极管会发光，故LED 数码管适用于各种场合。

液晶显示数码管是利用液晶材料在交变电压的作用下晶体材料会吸收光线，而没有交变电场作用下有笔划不会听吸光，这样就可以来显示数码，但由于液晶材料须有光时才能使用，故不能用于无外界光的场合（现在便携式电脑的输入输出MRP3 P2 P1 P0 Q3 Q2 Q1 Q0 1 ××× × × × × 0 0 0 00 0 ××d c b a d c b a0 11× × × × 加计数1 1 × × × × 减计数液晶显示器是用背光灯的作用下可以在夜间使用），但液晶显示器有一个最大的优点就是耗电相当节省，所以广泛使用于小型计算器等小型设备的数码显示。

基本原理：单脉冲产生电路产生的脉冲与多频信号相与后，产生如上图所示信号，输入到74CD192计数器对其脉冲个数进行计数。

由于设计要求三位显示，因而需要3个74CD192，电路如图所示U 1074H C 192N _6VA 15B 1C 10D9UP5QA 3QB 2QC 6QD 7DOWN4~LOAD11~BO 13~CO12CLR 14U1174HC192N_6VA 15B 1C 10D 9UP 5QA 3QB 2QC 6QD 7DOWN4~LOAD 11~BO 13~CO12CLR 14U1274HC192N_6VA 15B 1C 10D9UP 5QA 3QB 2QC 6QD 7DOWN4~LOAD 11~BO 13~CO12CLR 14J4Key = Space VCC5V5051VCCR3300Ω12VCC5VVCC图102.5 数码显示管显示基本原理：用74CD192计数器计数后的信号输入到译码器CD4511先译码，然后通过与译码器相连的发光二极管，显示出数字，从而就实现了数字显示功能。

设计要求给出三个显示管，而每一个74CD192只能接一个数码显示管，所以我们前面选择了三个74CD192计数器。

三位显示最大能显示到999，因此对于大于此量程的数据就不能记录了。

电路连接如图所示U134511BD_5VDA7DB 1DC 2DD 6OA 13OD 10OE 9OF 15OC 11OB 12OG14~EL 5~BI 4~LT3U144511BD_5VDA 7DB 1DC 2DD 6OA 13OD 10OE 9OF 15OC 11OB 12OG14~EL 5~BI 4~LT3U154511BD_5VDA 7DB 1DC 2DD 6OA 13OD 10OE 9OF 15OC 11OB 12OG14~EL 5~BI 4~LT328303132VCC5V1115161718232425U18AB C D E F G C KU19AB C D E F G C KU20AB C D E F G C KR6300ΩR7300ΩR8300ΩR9300ΩR10300ΩR11300ΩR12300ΩR13300ΩR14300ΩR15300ΩR16300ΩR17300ΩR18300ΩR19300ΩR20300ΩR21300ΩR22300ΩR23300ΩR24300ΩR25300ΩR26300Ω1921202226273335363740424344454647484956585960616263646566676869707172737475763938410VCC图113系统综述、总体电路图3.1整体电路图整体电路图如图所示VCC OUTU1555_TIMER_RATEDGNDDIS RST THRCONTRIVCC5VR12kΩJ1Key = A1C110nF3C21mFC3100uFC41uFC510uF J2Key = B67R21M¦¸Key=A 50%8U8A 40106BD_5V U9A40106BD_5V U1074HC192N_6V A 15B 1C 10D9UP 5QA 3QB 2QC 6QD7DOWN4~LOAD11~BO 13~CO 12CLR 14U1174HC192N_6VA 15B 1C 10D9UP 5QA 3QB 2QC 6QD7DOWN4~LOAD 11~BO 13~CO 12CLR 14U1274HC192N_6V A 15B 1C 10D9UP 5QA 3QB 2QC 6QD7DOWN4~LOAD 11~BO 13~CO 12CLR 14XSC1Tektronix1234TGP XSC2Tektronix1234TGP XSC3Tektronix1234TGP J4Key = Space VCC5V U134511BD_5VDA 7DB 1DC 2DD6OA 13OD 10OE 9OF 15OC 11OB 12OG14~EL 5~BI 4~LT3U144511BD_5V DA 7DB 1DC 2DD6OA 13OD 10OE 9OF 15OC 11OB 12OG14~EL 5~BI 4~LT3U154511BD_5VDA 7DB 1DC 2DD6OA 13OD 10OE 9OF 15OC 11OB 12OG14~EL 5~BI 4~LT328303132VCC5VU1774HC192N_6VA 15B 1C 10D9UP5QA 3QB 2QC 6QD7DOWN4~LOAD 11~BO 13~CO 12CLR 14VCC5V R416kΩ1115161718232425U18AB C D EF G C KU19AB CD EF G C KU20AB C D EF G C K51U374HC192N_6VA 15B 1C 10D9UP 5QA 3QB 2QC 6QD7DOWN4~LOAD 11~BO 13~CO 12CLR 1453J5Key = D5455C810nF 50%57C6100pF 50%R516kΩ14VCC 0R6300ΩR7300ΩR8300ΩR9300ΩR10300ΩR11300ΩR12300ΩR13300ΩR14300ΩR15300ΩR16300ΩR17300ΩR18300ΩR19300ΩR20300ΩR21300ΩR22300ΩR23300ΩR24300ΩR25300ΩR26300Ω192120222627333536374042434445464748495658596061626364656667686970717273747576393841X4HC-49/U_100kHz10U2A 7400N 7813VCCR3300Ω120VCC 290X1 2.5 V X22.5 VVCC5VVCC VCC 453429图123.2 系统综述这次设计，我们使用了一个555，用来产生单脉冲，一个晶振用来产生多频震荡，一个555和一个晶振把信号输入到7400N相与后，再输入到74CD192计数器，74CD192计数后，再通过数码显示管显示出来，数码管显示的数字即为电阻阻值。