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談接地電阻測試儀的設(shè)計(jì)

摘要:現(xiàn)實(shí)生活中，很多時(shí)候都是沒有儀表的情況下要測量電容容量。這里提供一種使用單獨(dú)的談接地電阻測試儀的設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)的目的是應(yīng)用數(shù)字電路課程的理論知識獨(dú)立完成一個(gè)設(shè)計(jì)課題，通過對實(shí)際電路方案的分析比較、設(shè)計(jì)計(jì)算、元件選取、安裝調(diào)試環(huán)節(jié)，初步掌握簡單實(shí)用電路的分析方法和工程設(shè)計(jì)方法。
在設(shè)計(jì)過程中，我們對這次的設(shè)計(jì)任務(wù)和要**：1．實(shí)現(xiàn)談接地電阻測試儀的設(shè)計(jì)的基本測量功能；2．實(shí)現(xiàn)電容容量的數(shù)字顯示；3．實(shí)現(xiàn)分檔測量功能，能測量較大范圍內(nèi)的電容容量；4．精度要求。這樣一來，我們的電容計(jì)不僅能實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量的功能而且可以非常方便的讀取測量結(jié)果。
一、方案選擇
對于一個(gè)容量不變的電容只要外部的充電電路參數(shù)被確定下來，則充放電的時(shí)間就被**確定下來，在這里我們可以應(yīng)用電容的充電時(shí)間來控制計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)。既將電容的充電時(shí)間作為門控信號，將基準(zhǔn)脈沖發(fā)生器提供的基準(zhǔn)脈沖的寬度作為測量的模，在本電路中用脈寬TS=10Os（100KH）代表電容lpF的電容量。在被測電容充電時(shí)間內(nèi)，被測電容開始充電時(shí)將閘門打開，充電結(jié)束時(shí)將閘門關(guān)閉。在閘門開放時(shí)間內(nèi)，計(jì)數(shù)器所計(jì)得的基本脈沖數(shù)乘以模，即為談接地電阻測試儀的設(shè)計(jì)。如果改變充放電時(shí)間的數(shù)量級就可以改變測量電容的量程。
閘門控制器可以用電容，電阻構(gòu)成充放電路，將充電波形用555構(gòu)成的整形電路進(jìn)行整形，將整形后的信號用于控制基準(zhǔn)脈沖為計(jì)數(shù)器提供計(jì)數(shù)脈沖的時(shí)間。基準(zhǔn)信號可由555集成電路構(gòu)成，計(jì)數(shù)器可用十進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器構(gòu)成，然后將計(jì)數(shù)器的輸出通過譯碼電路顯示出來。從上面分析可見用該方法測量電容是合理的，而且在精度的要求上也是能滿足一般的業(yè)余測量的，所以我們選擇該方案作為設(shè)計(jì)方案。
二、設(shè)計(jì)步驟
1．初步設(shè)計(jì)的提出
　　從前面的分析可以總結(jié)出我們設(shè)計(jì)原理應(yīng)該由基準(zhǔn)脈沖發(fā)生器、閘門控制電路、計(jì)數(shù)器、譯碼器、充放電電路、顯示器等六部分組成。
（1）充放電電路
　　對于該設(shè)計(jì)來說電容測量結(jié)果是否準(zhǔn)確，充放點(diǎn)電路起著很大的作用，所以我們先對電容的充電電路進(jìn)行設(shè)計(jì)，選用*簡單的電路。但是對于該電路的輸出沒有良好的邊緣，不能將電容的充電時(shí)間準(zhǔn)確地表達(dá)出來，不能準(zhǔn)確地控制閘門電路，所以考慮用整形電路，在這里我們選用555集成電路構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)電路進(jìn)行整形。整形后，信號從555集成電路的out腳輸出，在EWB上我們進(jìn)行了仿真，觀察到波形有了明顯的改善。
（2）基準(zhǔn)脈沖發(fā)生電路
　　基準(zhǔn)脈沖是用來做為計(jì)數(shù)器的CP用，所以一般的多諧振蕩器和整形電路就可以完成，由于我們選用比較高的頻率（1o0KHz）做計(jì)數(shù)頻率，為了使頻率比較穩(wěn)定我們選用石英晶體來構(gòu)成振蕩器。
　　從仿真的波形來看，該基準(zhǔn)脈沖發(fā)生電路產(chǎn)生的脈沖波并不怎么接近理想的方波，但是在這里用于計(jì)數(shù)器的CP是完全可以的。
（3）計(jì)數(shù)器電路
　　為了滿足量程和精度要求，我們需要四位輸出，我們選擇用4片十進(jìn)制計(jì)數(shù)器74LS160做成計(jì)數(shù)器，在設(shè)計(jì)過程中為保證計(jì)數(shù)的準(zhǔn)確，160計(jì)數(shù)器就不能從一開始就計(jì)數(shù)，應(yīng)該在剛開始時(shí)給一個(gè)異步置0，所以在CD端要加啟動(dòng)控制信號。
　　在設(shè)計(jì)過程中一開始我們沒有加入電路中的3個(gè)非門，但是發(fā)現(xiàn)在低位片是9時(shí)就發(fā)生了進(jìn)位，為了消除這個(gè)誤差我們將3個(gè)非門加到進(jìn)位信號上產(chǎn)生延遲，這樣就不會(huì)發(fā)生顯示錯(cuò)誤了。
（4）閘門控制電路
　　根據(jù)理論，整形后的波形是一個(gè)有一次正跳變的信號，我們將這個(gè)信號取反，這時(shí)電容充電時(shí)，輸出保持為l，充電完畢后保持為0，將該信號與基本脈沖相與，得到的信號再去控制計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)。
（5）譯碼器和顯示器
　　為了制作方便和可操作，我們選用4片CH283L寄存——譯碼——數(shù)字顯示器，這樣譯碼和顯示都由同一器件完成。
2．設(shè)計(jì)與計(jì)算
　　從上面的分析可見電路的組成還要變?yōu)榛鶞?zhǔn)脈沖發(fā)生108器、啟動(dòng)控制、閘門控制電路、計(jì)數(shù)器、譯碼器、整形電路、顯示器、充放電電路等七部分組成。
（1）啟動(dòng)控制電路
　　為了將計(jì)數(shù)和閘門控制信號同步設(shè)計(jì)該啟動(dòng)控制電路，既在啟動(dòng)電路要給出一個(gè)負(fù)脈沖控制計(jì)數(shù)器異步置零，同時(shí)開啟啟動(dòng)單穩(wěn)，所以啟動(dòng)控制電路用低頻振蕩器形成，頻率為：f=1．443／（R2+2R。）C．≈O．15KH。接通電源后電路起振，**個(gè)脈沖使計(jì)數(shù)器清零，同時(shí)經(jīng)過C，將單穩(wěn)觸發(fā)器啟動(dòng)。
（2）門控電路
　　這里我們把電容充放電電路和整形電路合為門控電路。門控電路～和它的充電電路電阻作為主要元件與555時(shí)基電路共同組成脈沖啟動(dòng)型單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的單穩(wěn)時(shí)間td=1．1RC，被測電容c與充電電阻R決定著門控電路的控制時(shí)間，決定脈沖計(jì)數(shù)器對基準(zhǔn)脈沖計(jì)數(shù)的多少。由于每個(gè)脈沖代表1PF的電容量，所以測得脈沖數(shù)越多，被測電容的容量就越大。為了使被測電容的時(shí)間常數(shù)RC在C=1PF時(shí)與測量的模（1Oos）相等，需要對電阻進(jìn)行計(jì)算：R==9．1MtQ式中c為lPF。
（3）其它電路
　　除了上面兩個(gè)功能電路外，談接地電阻測試儀的設(shè)計(jì)，其他的功能電路在前面已經(jīng)完成，主要有：控制閘門電路，基準(zhǔn)脈沖產(chǎn)生電路，脈沖計(jì)數(shù)電路，顯示電路。
（4）數(shù)字電容計(jì)電路
　　通過上面對數(shù)字電容計(jì)的各功能電路進(jìn)行設(shè)計(jì)后，現(xiàn)在將各功能電路組合起來就可得到總的電原理圖。本次設(shè)計(jì)在理論上，肯定存在不足與錯(cuò)漏，懇請各位踴躍批評指正。

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