课程设计报告-数字式电缆对线器

第一章技术指标

1.1系统功能要求 1.2系统结构要求 1.3电器指标 1.4扩展指标 1.5设计条件

第二章整体方案设计

2.1算法设计 2.2整体方案 2.3框图及原理

2.4数字电路的设计原则

第三章单元电路设计

3.1修正电路设计 3.2控制电路原理 3.3远端编号电路 3.4告警电路 3.5CLOCK电路 3.6显示电路 3.7A/D转换电路 3.8整体电路图 3.9整体元件清单

第四章测试与调整 第5章设计小结 5.1设计任务完成情况 5.2心得体会

摘要、关键词

摘要

数字式电缆对线器的设计思想是利用约定好的不同阻值的芯线后的分呀后所谓的值作为模拟输入信号，经A/D转换为二进制数后在经修正电路得到正确的BCD码后经译码器并送入显示模块，由显示管显示出对应的数字。

关键词

芯线，A/D转换器，修正电路，BCD码，译码器，七段显示数码管

参考资料：

电子电路课程设计

数字电路与系统设计 电子工程专辑

第一章 技术指标

技术指标：是用户或上级工程师对电子系统提出的具体要求，是电子系统设计的依据，也是最后用于检验所设计和试制出的电子系统的标准。

1．1系统功能要求

数字式电缆对线器的主要功能有：

1）可在远端预设芯线编号，近端测量出对应的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的短路或开路故障。 3）可由人工单线接入测试，亦可自动测试。 1．2 系统结构要求

数字式电缆对线器的系统结构框图如图1所示。其中远端编号器用于给被测电缆处于远端的芯线编号，电缆对线器在电缆近端测出各芯线与远端的对应关系并以数字显示出近端各芯线的编号数码。

∫∫ 远端编号∫∫ 器 器

远端近端 被测电缆 图1

1．3电气指标

1．3．1 对线器一次可接入的芯线数量：30根。因实验器件，

选取其中8路显示。分别为：0，3，5，10，15，20，25，31。其中0为短路，31为开路。

1．3．2 芯线编号显示方法：2位数码，编号为0～31。

1．3．3 显示及刷新时间：2s刷新1次，显示数码时间不少于1s。 1．3．4 测试方法：远端编号器并接好芯线后不在操作，近端用人

工方式逐一选择被测芯线。

1．3．5 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。

1．4扩展指标

芯线测试为8路自动测试。

电缆对线数字显1．5设计条件

1．5．1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148Ω/km

绝缘电阻2000MΩ/km。测试前有一根芯线远.近端均已明确，用其作为测试地线。

1．5．3可供选择的元器件范围如下表所示： 型号名称与功能数量 ADC08098位8通道A/D转换器1片 74854位比较器2片 742834位二进制全加器2片 F555定时器2片 7427三3输入或非门1片 74308输入与非门1片 7400四2二输入与非门1片 7404六反相器1片 7448七段显示译码器2片 C－562x2位静态数码管1片 电阻：51k排阻6.8k24k91k1k68k10k47k200k39k8.2k20k5.1k 电容：200μF电容1个0.1μF电容3个 发光二极管：2个 导线：若干 剪刀：1把 镊子：1只面包板：1块 第二章 整体方案设计

2．1 算法设计 2.1.1

算法原指解决数学问题的方法，电子领域则将这一词汇用来表示解决电子系统或者某局部电路技术要求的方法。

确定电子系统技术方案的途径有很多种，可以是仿制，可以是在已有电子系统的基础上进行修改，也可以是综合各种相关系统的优点，进行心得整合，还可以是自行研究新的算法，研制具有创新意义的电子系统。 2.1.2

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，及扩展后的自动搜索电路。

端编号器中输出的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，成为一组数量化的数字值，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位量化值的二进制码转换成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。扩展后的电路可以给近端接收的一组数字值加上自动搜索电路。 2．2 整体方案

2.2.1

直接依据算法设计电路是很不方便的，而可行的方法是分析算法中所含的处理信号方法的类别（如放大、整形、技术、显示等），将系统划分为若干个功能模块，各个模块功能单一，便于进行电路级设计，各个模块合理分工，可以共同完成整个系统的设计要求。 2.2.2

手动逐一选择被测芯线电路。

远端编号器：用以算好阻值的电阻分8路接入，包括断路与短路两

种告警情况。接在排阻R0上共同模拟电缆接入时的电阻及各支路的电压情况。

A/D转换器：用ADC0809实现,将8路模拟电压信号接入ADC0809的

模拟接入端,选取输出数据中的2125五个通路接入译码器。

译码器：用2片74283和2片7485实现由二进制码到8421BCD码的

转换。译码电路的输出分别接入2片7448七段显示器，即分别显示个位与十位数值。

显示器：7448的译码结果接入C—562X2位静态数码管，通电源后显

示所选择电路编号的个位与十位。

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转换器的转换结束信号EOC+START提供。

告警电路：用1片7430，1片7427，1片7400，1片7404及2个发

光二极管实现，通过逻辑门电路实现短路时1个二极管发光，断路时另一个二极管发光。

2.2.3

8路自动测试电路。

其余电路组成同上，加入自动搜索电路。

自动搜索电路：由一片74161计数器实现。将74161和7404反相器

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。

2.3框图及原理 图2

电缆对线器的原理框图如图2。

在图2中，先在远端把被测电缆芯线分别与远端编号器中的

R1Rm连接，并约定与R1连接的为1号线。依次类推。

若定义远端编号器中某一电阻为Rx，在忽略电缆导线电阻的情况下，在近端可测得Vx，为：

由于R1Rm均为事先选定的，所以，当近端的开关k位于不同位置时，都可事先算出m个Vx值，这项Vx值经A/D转换成为一组数量化的数字值。可事先将这m个数字值建立一张译码表，表中m个量化后的数字值对应着m个导线号码。当近断开关位于其中某个通道，即得一个Vx值经A/D转换后的量化值，将这一量化值译码为数字，该数字显示成为芯线编号。

关于A/D转换器输出位数及转换阶梯的确定。

ADC0809A/D转换器得分解度为8位，参考电压VrefVs5V,转换阶梯可达

Vref280.0195（V）。为提高器可靠性和抗干扰性能力，可只

使用高n位输出，因本实验只需32个输出状态，则

2nm230232（n＝5）

变换阶梯为：VSVS50.156（V） n232输入模拟量Vx与输出数码的关系 输入模拟量（V） xVxVx<（x+1）Vs A/D输出量化值 00000 00011 00101 01010 01111 10100 11001 11111 2.4数字电路的设计原则 2.4.1

电路设计的第一步是选择符合电气参数要求的数字器件，即选择最高工作频率、工作电压、接口电平、驱动能力、延迟时间等参数。

初学者往往只重视逻辑要求的设计而忽略电气参数的选择，这种做法极易造成设计工作的重大返工。 2.4.2

合理选择器件类型。目前有标准数字器件（如74系列、4000系列等）、可编程器件（如GAL、CPLD、FPGA等）和半定制的ASIC，选择时应该考虑器件性能、系统可靠性要求、开发时间和成本等因素。目前可编程器件已基本替代了标准数字器件，在选择可编程器件时应根据逻辑电路类型和对器件时延的可接性要求选择CPLD或FPGA。 2.4.3

选择使用的电子设计自动化(EDA)开发软件。在选择可编程器件的同时还必须考虑与其配套的开发软件。选择EDA软件时应考虑其逻辑描述方式是否完备，硬件描述语言是否为国际标准语言，还要考虑该软件是否是当前市场的主流产品。 2.4.4

必须充分考虑可测性问题。目前大规模的数字集成器件都支持边界扫描等可测试技术，选用器件和设计软件时应尽量选用这类器件和软件。 2.4.5

设计完成后必须整理好设计文档，以便以后的生产、维修和再次利用。数字电路的原理图描述法的可读性较差，电路复杂时其逻辑关系仅从图上是难以读懂的。 码制转换

将5位量化值二进制码转换成8421BCD码，以便用显示译码器和输吗管完成数字显示。码制转换的示意图如图所示。

D20 D10 D8 D4 D2 D1 码制转换电路 2-1 2-2 2-3 2-4 2-5

第三章单元电路设计

3．1 修正电路设计 码制转换

将5位量化值二进制码转换成8421BCD码，以便用显示译码器和输吗管完成数字显示。码制转换的示意图如图所示。

D20 D10 D8 D4 D2 D1 码制转换电路 2-1 2-2 2-3 2-4 2-5 3．2

3．1．1 修正原理

将5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。 十进 制数 0 1 2 ┆ 9 10 11 ┆ 16 00000 00001 00010 ┆┆┆┆┆ 01001 01010 01011 ┆┆┆┆┆ 10000 二进制码 8421BCD码 十位个位 000000 000001 000010 ┆┆┆┆┆┆ 001001 010000 010001 ┆┆┆┆┆┆ 010110 需修正 需修正 ┆ 需修正 修正 情况

17 18 19 20 ┆ 10001 10010 10011 10100 ┆┆┆┆┆ 010111 011000 011001 100001 ┆┆┆┆┆┆ 需修正 需修正 需修正 需修正 ┆ 二进制码与8421BCD码转换表

修正电路包括大于4的判别电路和加3电路，判别电路由4位二进制比较器7485实现，加3可由74283全加器实现。

1010103．1．2修正电路图如下：

3．2 控制电路原理

3．2．1 控制原理

控制电路的作用是对测量结果刷新。用F555时基电路构成的单稳态触发器，触发信号直接由A/D转换器的转换结束信号EDC提供，或者由START+EOC提供

3.2.2控制电路图 2=RTCT㏑

50=1.1RTCT 25*533.3远端编号电路

3.3.1远端编号原理

由A/D转换关系可知，第X级的取样电压Vx≤x△Vs，即 这里Vx=x△Vs取了Vx的下限值。为了提高转换的抗干扰能力，在转换误差允许的条件下，可将Vx的下限值提高1/2x△Vs，即

将VS∴RxVS带入上式可解的Rx.即 2n2x1R0KxR0

2(2nx)1R0取51K。

R32*31*516.26k取6.8KΩ 52(23)12*51*5110.58k取10KΩ

2(255)12*101*5124k取24KΩ 52(210)12*151*5147.91k取47KΩ

2(2515)12*201*51.13k取91KΩ 52(220)12*251*51200k取200KΩ

2(2525)1R5R10R15R20R25R0接地，R31接高即可。详见整体图。

3.4告警电路 3.4.1告警电路原理 ABCDE=ABCDE

用7430和7404即可实现。 用7427.7400和7404即可实现。 3.4.2告警电路图

3.5CLOCK电路 3.5.1CLOCK的原理

用F555构成自激多谐振荡器

3.5.2CP发生电路 3.6显示电路

3.6.1显示电路原理

用两片7448译码器译码后连接数码管，分别显示个位与十位。

3.6.3显示电路 3.7 A/D转换电路

详见整体电路图。 3.8整体电路图

附图在报告后。 3.9整体元件清单

型号名称与功能数量 ADC08098位8通道A/D转换器1片 74854位比较器2片 742834位二进制全加器2片 F555定时器2片 7427三3输入或非门1片 74308输入与非门1片 7400四2二输入与非门1片 7404六反相器1片 7448七段显示译码器2片 C－562x2位静态数码管1片 电阻：51k排阻6.8k24k91k1k68k10k47k200k39k8.2k20k5.1k 电容：200μF电容1个0.1μF电容3个 发光二极管：2个 导线：若干 剪刀：1把 镊子：1只面包板：1块 第四章测试与调整

检测结果

显示电缆号 0 3 5 10 15 20 25 31 合格

Rx（KΩ） 显示数字 0 6.26 10.58 24 47.91 .13 200 ∞ 00 03 05 10 15 20 25 31 Vx（理论值） 0 0.588 0.820 1.5 2.450 3.191 3.984 5.000 Vx（测试值） 0 0.60 0.80 1.65 2.40 3.20 4.0 5.0 第5章设计小结

5.1设计任务完成情况

成功完成自动选择被测芯线电路和8路自动测试电路。 5.2心得体会

一周的电子电路课程设计已经结束，通过了这两周的学习和动手实践，我觉得受益匪浅，不仅是在专业技术上有所提高更培养了我的各方面能力，尤其是思考.实践和研究能力。最终我成功完成了设计要求和扩展要求，甚为欣慰。

从头开始讲，当老师把作业布置下来的时候，我看了老师给的题目当时就觉得很难做，因为似乎什么都不会还要画图。我自己想应该怎么做呢，幸好老师给了我们参考的实例，这给我减少了很多不必要的麻烦，这样我知道了设计的一些基本的方法和流程，再加上自己借

来的参考书，基本上就足够了，在开始设计之前我把参考书仔细的看了看。从中知道了大概要设计的内容。

从设计实验刚开始，我就碰到一系列的难题，因为这是第一次做如此大型的电路设计，开始就很不习惯并且有畏难情绪。设计时要考虑每个单元电路并且也要顾及整体的效果，在克服了畏难情绪和查阅了多本资料后终于完成了电路图的设计。在搭板时也遇到很多难以预料的麻烦，这次使用真实电线和面包板搭电路和以往在实验室用实验箱有很大不同，是全新尝试。剪电线时往往由于没有经验剪得过长或过短，剥电线时也时常因用力过猛而不小心将铜丝剪断，一天忙下来往往是手指刺痛。最让人头疼的是考虑不周以致芯片的安排不够合理，越往后搭越困难，致使无法布线只能拆掉重新安排。但通过不断努力终于克服了这些困难，当看到数码管上跳动的正确显示，我的心情难以言表.喜悦.成就感油然而生。

期间我发现了很多问题，经过反复思考与分析，发现原来许多理论的功率放大器原理图都与实践有很大的区别，我耐心的一个个对原理图进行分析，最后我们确定了自己的合理的原理图，进行了分析和元件参数的一定程度的修改。通过这短暂几天的学习，让我体会到想要创造一个实用的电子设备要经过很长时间的设计与改造，因为实际与理论又很大的区别。另外仿真软件的方针效果也很重要，对实物的焊接又很大的影响。有了较好的仿真将使焊接工作变得方便、简捷。在画完电路图后，出了很在我们学习的过程中不仅考验了我们对知识的吸收和掌握，而且也考验了我们的细心和耐心。特别是在仿真过程

中对参数的改进和电路图的查找过程中，我深有体会。我认为这次实习不仅仅学习了软件知识，还提高了我们专业素质。更多的是让我看清了自己，明白了凡事需要耐心，实践是检验真理的唯一标准。理论知识的不足在这次实习中表现的很明显。这将有助于我今后的学习，端正自己的学习态度，从而更加努力的学习。只有这样我们才能真正的去掌握它，而不是只懂得一点皮毛。同时我认为我们的工作是一个团队的工作，团队需要个人，个人也离不开团队，必须发扬团结协作的精神。只有一个人知道原理是远远不够的，必须让每个人都知道，否则一个人的错误，就有可能导致整个工作失败。团结协作是我们实习成功的一项非常重要的保证。而这次实习也正好锻炼我们这一点，这也是非常宝贵的。

我沉得做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，由于课本上的知识太多，平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能，而且考试内容有限，所以在这次课程设计过程中，我们了解了很多元件的功能，并且对于其在电路中的使用有了更多的认识。

平时看课本时，有时问题老是弄不懂，做完课程设计，那些问题就迎刃而解了。而且还可以记住很多东西。比如一些芯片的功能，平时看课本，这次看了，下次就忘了，通过动手实践让我们对各个元件映象深刻。认识来源于实践，实践是认识的动力和最终目的，实践是检验真理的唯一标准。所以这个期末测试之后的课程设计对我们的作用是非常大的。

经过一周的实验，我总结了很多的经验，例如做事要有条理，每做完一部分电路要及时检查，在做完显示电路和校验电路后我就发现十位显示总是闪动，经检查是7400的6脚和2脚没有接地，排除问题后对后面的电路实验也带来方便。经过两个星期的实习，过程曲折可谓一语难尽。在此期间我们也失落过，也曾一度热情高涨。从开始时满富盛激情到最后汗水背后的复杂心情，点点滴滴无不令我回味无长。

生活就是这样，汗水预示着结果也见证着收获。劳动是人类生存生活永恒不变的话题。通过实习，我才真正领略到“艰苦奋斗”这一词的真正含义，我才意识到老一辈电子设计为我们的社会付出。我想说，设计确实有些辛苦，但苦中也有乐，在如今单一的理论学习中，很少有机会能有实践的机会，但我们可以。

此次设计实验对我实验能力的提高有很大帮助，为为今后的毕业设计也打下了良好的基础。