数字电阻测试仪

数字电阻测试仪

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。本实验电阻值由四位段七位数码管显示，要求设计量程为100Ω~100KΩ，红绿灯显示单位。设计共有三大组成部分：一是系统概述，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的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：555 74160 计数锁存数码显示

设计要求： 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。

第一章系统概述

一、设计思路

数字式电阻测试仪的基本工作原理是将待测的数字信号转化为模拟信号，在通过计数、译码，由数码管直接将阻值显示出来。本设计根据要求设计一个能用四位七段数码管

显示的电阻测试仪。我们有这样的思路，可把测试系统划分为三个部分，一是测试电路，二是计数电路，三是显示电路。

二、设计方案的分析与选择：

2.1、测试电路方案的分析与选择

目前，电阻R的测量的方法很多，方法各不相同，这些方法都有其优缺点。电阻的测量，最基本的就是根据R的定义来测量，即R=U/I。还有限流法和分压以及电桥法等。在保证精度的前提下，还可以用RC振荡电路来实现电阻大小的测量。

方案一、伏安法测电阻

1．原理：根据部分电路欧姆定律。

2．控制电路的选择

一种是限流电路（如图1.1）；另一种是分压电路（如图1.2）。

图1.1 图1.2

（1）限流电路是将电源和可变电阻串联，通过改变电阻的阻值，以达到改变电路的电流，但电流的改变是有一定范围的。

（2）分压电路是将电源和可变电阻的总值串联起来，再从可变电阻的两个接线柱引出导线。如图2，其输出电压由ap之间的电阻决定，这样其输出电压的范围可以从零开始变化到接近于电源的电动势。

3．测量电路

由于伏特表、安培表存在电阻，所以测量电路有两种：即电流表内接和电流表外接。（1）电流表内接和电流表外接的电路图分别见图1.3、图1.4

图1.3 电流表内接图1.4 电流表外接图1.5 （2）电流表内、外接法的选择，

①、已知R

V 、R

A

及待测电阻R

X

的大致阻值时

若Rx/Rv＞Rv/Rx，选用内接法，Rx/Rv

②不知R

V 、R

A

及待测电阻R

X

，采用尝试法，见图5，当电压表的一端分别接在a、b两点时，

如电流表示数有明显变化，用内接法；电压表示数有明显变化，用外接法。（3）误差分析：

内接时误差是由于电流表分压引起的，其测量值偏大，即R

测＞R

真

；

外接时误差是由于电压表分流引起的，其测量值偏小，即R

测＜R

真

。

4．伏安法测电阻的电路的改进如图1.6、图1.7

图1.6 图1.7

方案二、数字多用表中的电阻测量方法

数字多用表中测量电阻的原理电路图如下图1.8，利用直流电源，输入电阻和运算放大器组成一个多值恒流源，实现多电阻测量。

图1.8 数字万用表中测量电阻的原理电路

方案三、桥式电路测电阻(电桥法)

电桥法又称示零法。它利用指零电路作为测量的指示器，工作频率很宽，能在很大程度上消除或削弱系统误差的影响，精度很高，可达到10-4。

原理：如图1.9的电路称为桥式电路，一般情况下，

图1.9 图1.10

电流计（检流计）中有电流通过，但满足一定的条件时，电流计中会没有电流通过，此时，称为电桥平衡。

处于电桥平衡时，图中A、B两点电势相等，因此电路结构可以看成：R

1R

2

和R

3

R

4

分别串

联，然后并联；或R

1R

3

和R

2

R

4

分别并联，然后再串联。

2 电桥平衡的条件： R

1×R

4

=R

2

×R

3

3．测量方法

如图1.10，连接电路，取R

1、R

2

为定值电阻，R

3

为可变电阻箱（能够直接读出数值），

Rx为待测电阻。调节R

，使电流计中的读数为零，应用平衡条件，求出Rx。

3

电桥法的测量误差，主要取决于各桥臂阻抗的误差以及各部分之间的屏蔽效果。另外，为保证电桥的平衡，要求信号源的电压和频率，特别是波形失真要小。

应当指出，在实际应用中，测量电阻采用直流双臂电桥（也称凯尔文电桥）。信号源是直流电源，通常采用大电容蓄电池。

方案四、RC振荡电路法（时间常数法）

基本原理是由555集成定时器构成单稳态触发器、多谐振荡器等电路，当稳态触发器输出电压的脉宽为：。这种电路产生的脉宽可以从几个微秒到数分钟，由以上公式可以看出，通过固定电容C，当改变电阻值RX时，输出脉宽tW跟着改变，由tW 的宽度就可求出电阻的大小。

以上介绍的是电阻测量的方法，可见各种方法都有其优缺点。

第一种为伏安法，原理简单易于理解，但需要同时测出两个模拟量，不易实现自动化。第二种万用表测量，把被测电阻和标准电阻及电池串联，用电流表测出电流，由于被测电阻与电流一一对应，由此就可读出电阻阻值。这种测量方法的精度变化大，若要较高的精度，必须较多的量程，电路较复杂。第三种电桥法，用这种方法测量，参数的值还要通过联立方程求解，电桥平衡的判别也难以用简单的实现，调节和平衡很难实现智能化。很多仪表都是把较难测量的物理量转变成精度较高且较容易测量的物理量。第四种RC振荡电路法，用这种方法测量，可把电阻值转换成频率信号F，这种转换就是把模拟量近似地转换为数字量，易于实现数字化，另一方面也避免了由指针计数引起的误差。因此，选择第四种。

2.2、计数电路方案及选择、

计数器在数字系统中主要是对脉冲的个数进行计数，以实现测量、计数和控制的功能，同时兼有分频功能，计数器是由基本的计数单元和一些控制门所组成，计数单元则由一系列具有存储信息功能的各类触发器构成。针对本实验我们决定使用我们学过的非常熟悉的74LS160芯片。

本设计中的74LS160芯片是用于计数的，因最终结果要显示四位，故要用四个74LS160芯片来实现。由于74LS160为十进制计数器，为使它能够对四位十进制数进行计数，