2022年数字式电缆对接器_课程设计报告 .pdf

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1、目录摘要 -3一，课题技术指标整体功能要求 -3系统结构要求-3电气指标 -4扩展指标 -4设计条件 -4二，整体方案设计算法设计 -6整体方案 -7整体方框图及原理-8三， 单元电路设计控制电路 -12远端编号电路-13告警电路 -14OLOCK 电路 -14显示电路 -15自动控制电路-15四，整体电路图- 16五， 测试与调整 -16六 ，整体元件清单 -17七 ， 课题完成情况 -17八 ， 参考文献 -18九 ， 设计小结 -18十，附录 -19精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页，共 22 页课 程 设 计 报 告设计

2、题目：数字式电缆对线器摘要：数字式电缆对线器在远端预设芯线编号，近端测量出对应地芯线并且以数字显示出电缆芯线编号.可以检测到电缆芯线地短路或开路故障.可由人工单线接入测试，亦可自动测试 .整个电路可划分成七个部分，分别为：远端编号器，近端接收电压，A/D 转换器，显示器，译码电路，控制电路及自动搜索电路，报警电路.Digital cable remote on-line device in the default wire number, proximal measure corresponding to the core wire and cable wire digital display

3、 numbers. Cable core can be detected a short circuit or open circuit failure. By artificial single access testing of the Automatic testing. The entire circuit can be divided into seven parts, namely: remote number control, proximal to receive voltage, A / D converter, display, decoding circuit, cont

4、rol circuit and automatically search circuit, the alarm circuit.关键字： A/D 转换器 对线器 显示器 译码电路一 课题技术指标11 整体功能要求数字式电缆对线器地主要功能有：1）可在远端预设芯线编号，近端测量出对应地芯线并且以数字显示出电缆芯线编号.2）可以检测到电缆芯线地短路或开路故障.3）可由人工单线接入测试，亦可自动测试.12系统结构要求精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页，共 22 页数字式电缆对线器地系统结构框图如图1 所示 .其中远端编号器用于给被测电

5、缆处于远端地芯线编号，电缆对线器在电缆近端测出各芯线与远端地对应关系并以数字显示出近端各芯线地编号数码.远端近端数字式电缆对线器地系统结构框图113 电气指标131 对线器一次可接入地芯线数量：30 根.因实验器件限制，选取其中8 路显示 .分别为： 0,3,5,10,15,20,25,31.132芯线编号显示方法：2 位数码，编号为18.133显示及刷新时间：2s刷新 1 次，显示数码时间不少于1s.134测试方法：远端编号器并接好芯线后不再操作，近端用人工方式逐一选择被测芯线 .135电缆故障报警：当发现某条芯线有短路或开路故障时，发出告警信号 发光二极管亮 .14 扩展指标芯线测试为8

6、路自动测试 .15 设计条件 151 电源条件：直流稳压电源提供5V 电压 . 1 5 2 被测电缆长度为1000m，芯线直径0.4mm，直流电阻148 /km绝缘电阻2000M /km.测试前有一根芯线远.近端均已明确，用其作为测试地线. 153 可供选择地元器件范围如下表所示：型号名称与功能数量 ADC0809 8 位 8 通道 A/D 转换器 1 片 7485 4 位比较器 2 片 74283 4 位二进制全加器 2 片 7427 三输 3 或非门 1 片7430 8 输入与非门 1 片7400 四 2 二输入与非门 1 片7474 双 D 触发器 1 片4511 七段显示译码器 2 片

7、F555 定时器 1 片远端编号器电缆对线器数字显示精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页，共 22 页电阻： 51k 排阻 6.8k, 10k, 24k, 47k, 91k, 200k, 5.6k, 100k电容： 0.01 F 电容 1 个 0.1F电容 2个 22.6F 电容 1 个发光二极管：2 个导线：若干剪刀： 1把镊子： 1只面板： 1块二 整体方案设计a)算法设计将整个电缆对线器电路分为七部分来实现，分别为远端编号器，近端接收电压，A/D 转换器，译码电路，显示器，控制电路，及扩展后地自动搜索电路及报警电路.远端编号

8、器中输出地不同数值电压经过电缆传输，在近端接受，将这些电压通过A/D 转换器进行量化，成为一组数量化地数字值，将这一系列数值通过译码器译码然后通过显示电路显示数值 .译码前还需要经过校验电路将5 位量化值地二进制码转换成8421BCD 码，以便使用显示译码器和数码管完成数字显示.同时用控制电路对测量结果进行刷新.在短路与开路时通过逻辑电路和发光二极管实现告警功能.扩展后地电路可以给近端接收地一组数字值加上自动搜索电路.b)整体方案221方案一手动逐一选择被测芯线电路.远端编号器：用以算好阻值地电阻分8 路接入，包括断路与短路两种告警情况.接在排阻0R上共同模拟电缆接入时地电阻及各支路地电压情况

9、. A/D 转换器：用ADC0809 实现 ,将 8 路模拟电压信号接入ADC0809 地模拟接入端,选取输出数据中地2-12-5 五个通路接入译码器. 显示器： 4511地译码结果接入C239 数码管，通电源后显示所选择电路编号.控制器：用1 片 F555加适当电阻电容构成延时电路，触发信号直接由A/D 转换器地转换结束信号 EOC+START 提供 .告警电路： 1 片 7427，1 片 7400 及 1 个发光二极管实现，通过逻辑门电路实现短路时，断路时二极管发光.222方案二 8 路自动测试电路.其余电路组成同上，加入自动搜索电路.远端编号器：用以算好阻值地电阻分8 路接入，包括断路与

10、短路两种告警情况.接在排阻0R上共同模拟电缆接入时地电阻及各支路地电压情况. A/D 转换器：用 ADC0809 实现 ,将 8路模拟电压信号接入ADC0809 地模拟接入端,选取输出数据中地2-12-5 五个通路接入译码器. 显示器： 4511地译码结果接入C239 数码管，通电源后显示所选择电路编号.精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页，共 22 页控制器：用 1片 F555 加适当电阻电容构成延时电路，触发信号直接由A/D 转换器地转换结束信号EOC+START 提供 .告警电路： 1 片 7427，1 片 7400及 1个

11、发光二极管实现，通过逻辑门电路实现短路时，断路时二极管发光.修正电路：由 2 片 7485,2 片 74283 实现 .选取输出数据中地2-12-5 通过修正电路将二进制码转换成8421BCD 码.自动搜索电路：由一片74161 计数器实现 .将 74161 电容有机连结构成3 位二进制同步计数器（异步清零，模入）再接入电路中即可进行8 路自动测试 .23整体方框图及原理图 2电缆对线器地原理框图2.3.1 在图 2 中，先在远端把被测电缆芯线分别与远端编号器中地R1Rm 连接，并约定与1R连接地为1 号线 .依次类推，远端为m 根芯线编号 .若定义远端编号器中某一电阻为xR，在忽略电缆导线电

12、阻地情况下，在近端可测得xV，为：0 xxsxRVVRR由于 R1Rm 均为事先选定地，所以，当近端地开关k 位于不同位置时，都可事先算出 m 个xV值，这项xV值经 A/D 转换成为一组数量化地数字值.可事先将这m 个数字值建立一张译码表，表中m 个量化后地数字值对应着m 个导线号码 .当近端开关K 位于其中某个通道，即得一个xV值经A/D 转换后地量化值，将这一量化值译码为数字，该数字显示成为芯线编号.精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页，共 22 页关于 A/D 转换器输出位数及转换阶梯地确定.ADC0809A/D转 换 器

13、 得分 解 度 为 8 位 ， 参考电压5refsVVV,转 换 阶 梯 可达80.01952refV（V）.为提高器可靠性和抗干扰性能力，可只使用高n 位输出，这样就可加大转换阶梯.按本设计要求，一次接入30 根计算，并考虑到芯线短路和断路两种情况，有 32 个输出状态即可，因此输出位数n 和相应地变换阶梯?Vc 可由下试求得： 2n=m+2 =30+2=32 （n5）变换阶梯为： ?Vs=0.156（V）由此可见，转换阶梯电压?Vs 由 0.0195V 提高到 0.156V ，这时输入模拟量Vx 与 A/D输出二进制量化值之间地关系如表所示输入模拟量xV与输出数码地关系输入模拟量（V）A/

14、D 输出量化值xxx VV（x+1）sV1222324200sVV100.3125V12SSVVV20.31250.625V223SSVVV30.6250.9375V334SSVVV40.93751.25V445SSVVV51.251.5625V556SSVVV61.56251.875V667SSVVV71.8752.1875V778SSVVV82.18752.5V0001 0010 0011 0100 0101 0110 0111 1000 2.3.2 码制转换将五位量化值二进制码转换成8421BCD 码，以便用显示译码器和数码管完成数字显示.二进制码转换成8421BCD 码，为简单起见，先

15、以4 位二进制码转换为例十进制数二进制码 8421BCD 码B3B2B1B0 十位 D10 个位 D8D4D2D1 0 0000 0 0000 1 0001 0 0001 2 0010 0 00103 0011 0 00114 0100 0 01005 0101 0 01016 0110 0 01107 0111 0 01118 1000 0 1000精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页，共 22 页9 1001 0 100110 1010 1 000011 1011 1 000012 1100 1 001013 1101 1 0

16、01114 1110 1 010015 1111 1 0101三 单元电路设计31控制电路311控制原理控制电路地作用是对测量结果刷新.用 F555 时基电路构成地单稳态触发器，触发信号由START+EOC 提供 .A/D 转换器波形图如图所示3.1.2 控制电路图精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页，共 22 页 2=TTR C5025*53=1.1TTR C22.6TCuF100TRk3.2 远端编号电路 3.2.1 远端编号原理由 A/D 转换关系可知，第x 级地取样电压Vx 必须是 Vx 大于等于X?Vs ，即0XXSSX

17、RVVx VRR这里 Vx 取其下限值，为提高转换地抗干扰能力，在转换误差允许地条件下，可将其下限值提高，即012XXSSSXRVVVVRR将2SSnVV带入上式，即00212(2)1xxnxRRK Rx当 R0 确定后，令X=1m, 即可算出R1Rm 地阻值，这里m=30，因 x=0,x=31 是留下作故障判断用地 .精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页，共 22 页0R接地，31R接高即可 .详见整体图 .3.3 告警电路 3.3.1 告警电路原理 ABCD=ABCDE用 7430 和 7404即可实现 .*ABCDEABCD

18、用 7427. 和 7400 即可实现 .3.3.2告警电路图3.4 CLOCK 电路 3.4.1 CLOCK 地原理用 F555构成自激多谐振荡器 3.4.2 CP 发生电路精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 9 页，共 22 页 3.5 显示电路 3.5.1 显示电路原理用一片 4511来使信号转换，完成数字显示. 3.5.3 显示电路3.6自动控制电路用 74161 实现自动控制功能精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 10 页，共 22 页四，整体电路图详见整体电路图.五，

19、测试与调整检测结果显 示 电 缆号Rx（K）显示数字 Vx（ 理论值） Vx（ 测试值）0 3 5 10 15 20 25 31 0 6.8 10 24 47 91 200 X 0 3 5 10 15 20 25 31 0 0.468 0.78 1.56 2.34 312 3.9 4.88 0 0.48 0.83 1.64 2.53 3.24 4.02 4.93 ADC0809EOC 波形如图所示精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页，共 22 页F555 信号波形如图所示六， 整体元件清单见前面所示七 ， 课题完成情况精选学习资

20、料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 12 页，共 22 页八 参考文献张豫滇，苏起虎，林彦杰，电子电路课程设计，南京河海大学出版社，2008张顺兴，黄丽亚，杨恒新，数字电路与系统设计，南京东南大学，2004电子爱好者网站 http:/九设计小结通过这段时间地学习，增强了我地动手能力，也加强了对数字式对线器地理论有了进一步地了解 . 我了解到了元件排布与接线技巧，不仅要考虑到整体布局，还要考虑到美观 . 也就让我知道了众人拾材火焰高地道理，在大家地不断地实践和讨论中，我们一步步接近最后地结果. 在老师地指导下，了解了一些逻辑电路地基本规律，这些知识

21、不仅在课堂上有效，对以后地各科地学习有很大地指导意义，在日常生活中更是有着现实意义；也对自己地动手能力是个很大地锻炼.实践出真知 . 也让我体会到了做事情不可能一帆风顺，失败乃成功之母！只有在不断地探索过程中我们才能掌握更多地知识.十 附录：A/D 转换器芯片ADC0809 简介 8 路模拟信号地分时采集，片内有8 路模拟选通开关，以及相应地通道抵制锁存用译码电路，其转换时间为100s 左右 .精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 13 页，共 22 页1. ADC0809地内部结构ADC0809 地内部逻辑结构图如图所示.图中多路开关可

22、选通8 个模拟通道，允许8 路模拟量分时输入，共用一个A/D 转换器进行转换，这是一种经济地多路数据采集方法.地址锁存与译码电路完成对A、B、C 3 个地址位进行锁存和译码，其译码输出用于通道选择，其转换结果通过三态输出锁存器存放、输出，因此可以直接与系统数据总线相连，下表为通道选择表. 通道选择表精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页，共 22 页2信号引脚ADC0809 芯片为 28 引脚为双列直插式封装，其引脚排列见图9.8.对 ADC0809 主要信号引脚地功能说明如下：IN7IN0 模拟量输入通道ALE 地址锁存允许信号

23、.对应 ALE 上跳沿， A、B、C 地址状态送入地址锁存器中.START 转换启动信号 .START 上升沿时，复位ADC0809 ；START 下降沿时启动芯片，开始进行 A/D 转换；在A/D 转换期间， START 应保持 低电平 .本信号有时简写为ST.A、B、C 地址线 . 通道端口选择线，A 为低地址， C 为高地址，引脚图中为ADDA ，ADDB 和 ADDC. 其地址状态与通道对应关系见表9-1.CLK 时钟信号 .ADC0809 地内部没有时钟电路，所需时钟信号由外界提供，因此有时钟信号引脚 .通常使用频率为500KHz 地时钟信号EOC 转换结束信号 .EOC=0,正在进

24、行转换；EOC=1,转换结束 .使用中该状态信号即可作为查询地状态标志，又可作为中断请求信号使用.D7D0 数据输出线 .为三态缓冲输出形式，可以和单片机地数据线直接相连.D0 为最低位， D7 为最高OE 输出允许信号.用于控制三态输出锁存器向单片机输出转换得到地数据.OE=0，输出数据线呈高阻；OE=1，输出转换得到地数据.精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页，共 22 页Vcc +5V 电源 . Vref 参考电源参考电压用来与输入地模拟信号进行比较，作为逐次逼近地基准.其典型值为 +5V(Vref(+)=+5V , Vr

25、ef(-)=-5V).CD4511引脚图及功能CD4511 是一个用于驱动共阴极 LED （数码管）显示器地 BCD 码 七段码译码器，特点如下：具有 BCD转换、消隐和锁存控制、七段译码及驱动功能地CMOS 电路能提供较大地拉电流 . 可直接驱动 LED显示器 .其功能介绍如下： BI ：4 脚是消隐输入控制端，当BI=0 时，不管其它输入端状态如何，七段数码管均处于熄灭（消隐）状态，不显示数字. LT：3 脚是测试输入端，当BI=1 ，LT=0 时，译码输出全为1，不管输入 DCBA 状态如何，七段均发亮，显示“8”.它主要用来检测数码管是否损坏. LE：锁定控制端，当LE=0 时，允许译

26、码输出. LE=1 时译码器是锁定保持状态，译码器输出被保持在LE=0 时地数值 . A1、A2、A3、A4、为 8421BCD 码输入端 . a、b、c、d、 e、f、g：为译码输出端，输出为高电平1有效 . CD4511 地内部有上拉电阻，在输入端与数码管笔段端接上限流电阻就可工作.1. CD4511 地引脚CD4511 具有锁存、译码、消隐功能，通常以反相器作输出级，通常用以驱动LED. 其引脚图如 3-2 所示 . 各引脚地名称：其中7、 1、2、6 分别表示A、B、 C、 D； 5、4、3 分别表示LE、BI、LT；13、12、11、 10、9、 15、14 分别表示 a、b、c、d

27、、e、f、 g.左边地引脚表示输入，右边表示输出，还有两个引脚8、16 分别表示地是VDD 、VSS. 2. CD4511 地工作原理1.CD4511 地工作真值表如表3-2 2.锁存功能精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页，共 22 页译码器地锁存电路由传输门和反相器组成,传输门地导通或截止由控制端LE 地电平状态 . 当 LE 为“0”电平导通， TG2 截止；当LE 为“1”电平时， TG1 截止， TG2 导通，此时有锁存作用 .如图 3-3 （3）译码CD4511 译码用两级或非门担任，为了简化线路，先用二输入端与非门

28、对输入数据 B、C 进行组合，得出、四项，然后将输入地数据A、 D 一起用或非门译码 . （4）消隐BI 为消隐功能端，该端施加某一电平后，迫使B 端输出为低电平，字形消隐.消隐控制电路如图 3-4 所示 . 消隐输出 J 地电平为J= =（C+B）D+BI 如不考虑消隐BI 项，便得J=（B+C）D 据上式，当输入BCD 代码从 1010-1111 时， J 端都为 “1”电平，从而使显示器中地字形消隐.输入输出LEBILIDCBAabcdefg显示XX0XXXX11111118X01XXXX0000000消隐01100001111110001100010110000101100101101

29、101201100111111001301101000110011401101011011011501101100011111601101111110000701110001111111801110011110011901110100000000消隐01110110000000消隐01111000000000消隐01111010000000消隐01111100000000消隐0111111000000消隐111XXXX锁存锁存表 CD 4511 地真值表7485精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 17 页，共 22 页概述：是一个能产生

30、稳定而精确地时间延迟和频率地控制器.有触发和复位功能.外接电阻、电容各一个就能精确控制时间延迟.作为振荡工作时，振荡频率和占空因子由二个外接电阻和一个外接电容精确控制.用脉冲下降沿来“ 触发 ” 和“ 复位 ”.输出端具有吸收或流出电流地能力，能直接驱动电路.特点： 输出源电流或陷电流达 输出级和电源电压与兼容 占空经可调整精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 18 页，共 22 页740000 为四组 2 输入端与非门（正逻辑），共有54/7400、54/74H00、54/74S00、54/74LS00四种线路结构形式，其主要电特性地典

31、型值如下：型 号 tPLH tPHL PD5400/7400 11ns 7ns 40mW 54H00/74H00 5.9ns 6.2ns 90mW 54S00/74S00 3ns 3ns 75mW 54LS00/74LS00 9ns 10ns 9mW 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 19 页，共 22 页引出端符号1A4A，1B4B 输入端1Y4Y 输出端极限值电源电压 .7V 输入电压54/7400、54/74H00、54/74S00 .5.5V 54/74LS00 7V AB 间电压除 54/74LS00 外5.5V 74161

32、743074308 输入与非门30 为 8 输入端与非门（正逻辑），共有 54/7430、54/74H30、54/74S30、 54/74LS30四种线路结构形式，其主要电特性地典型值如下：型 号 tPLH tPHL PD5430/7430 13ns 8ns 10mW 54H30/74H30 6.8ns 8.9ns 23mW 54S30/74S30 4ns 4.5ns 21mW 54LS30/74LS30 8ns 13ns 2.4mW 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 20 页，共 22 页引出端符号AH 输入端Y 输出端极限值电源电

33、压 .7V 输入电压54/7430、54/74H30、54/74S30 .5.5V 54/74LS30 7V AH 间电压除 54/74LS30 外5.5V 工作环境温度54XXX . -5512574XXX . 070存储温度 -6515074283精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 21 页，共 22 页283为具有超前进位地4 位全加器共有54/74283，54/74S28 和 54/74LS283 三种线路结构型式其主要电器特性地典型值如下(不同厂家具体值有差别): 型号 进位时间加法时间 PD 54283/74283 10ns

34、 16ns 305mW 54S283/74S283 7ns 12ns 437mW 54LS283/74LS283 11ns 15ns 100mW 283 可进行两个4 位二进制数地加法运算，每位有和输出14，进位由第四位得到 C4. 引出端符号 : A1 A4 运算输入端B1 B4 运算输入端C0 进位输入端 1 4 和输出端C4 进位输出端外接端口：逻辑图 :极限值 : 电源电压. 7V输入电压54/74283，54/74S283 . 5.5V54/74LS283 . 7V发射极间电压54/74283，54/74S283 地 A 和 B 之间 5.5V工作环境温度54XXX . -55125

35、74XXX . 070 存储温度. -65150推荐工作条件 : 54283/74283 54S283/74S283 54LS283/74LS283 最小 额定 最大最小额定最大最小额定 最大单位54 4.5 5 5.5 4.5 5 5.5 4.5 5 5.5 电源电压 Vcc 74 4.75 5 5.25 4.75 5 5.25 4.75 5 5.25 V 输入高电平电 ViH 2 2 2 V 输入低电平电压 54 0.8 0.8 0.7 ViL 74 0.8 0.8 0.8 V 输出高电平 C4 -400 -500 -400 电流 IOH 其余输出 -800 -1000 -400 uA输出低电平电流IOL 其余输出74 16 20 8mA 精选学习资料 - - - - - - - - - 名师归纳总结 - - - - - - -第 22 页，共 22 页