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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课 程 设 计 报 告设计题目：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，近端测量出对应的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的短路或开路故
2、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 numbers. Cable core can be detected a short circuit or open circuit failur
3、e. By artificial single access testing of theAutomatic testing. The entire circuit can be divided into seven parts, namely: remote number control, proximal to receive voltage, A / D converter, display, decoding circuit, control circuit and automatically search circuit, the alarm circuit.关键字：A/D转换器 对
4、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。12 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 电缆对线器数字显示 远端 近端 数字式电缆对线器的系统结构框图1 13 电气指标131 对线器一次可接入的芯线数量：30根。因实验器件限制，选取其
5、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。 152 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
6、可供选择的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F555 定时器 1片 电阻： 51k排阻 6.8k, 10k, 24k, 47k, 91k, 200k, 5.6k, 100k 电容：0.01F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
7、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，及扩展后的自动搜索电路及报警电路。 远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。b) 整体方案221 方
8、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。 显示器：4511的译码结果接入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转换器的转换结束信号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
9、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。 显示器： 4511的译码结果接入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转换器的转换结束信号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
10、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。选取输出数据中的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电缆对线器的原理框图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的R1Rm连接，并约定与连接的为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，在忽略电缆导线电阻的情况下，在近端可测得，为：由于R1Rm均为事先选定的，所以，当近端的开关k
11、位于不同位置时，都可事先算出m个值，这项值经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。当近端开关K位于其中某个通道，即得一个值经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V,转换阶梯可达（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和相应的变换阶梯Vc可由下试求得： 2n=
12、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的关系如表所示 输入模拟量与输出数码的关系 输入模拟量（V）A/D输出量化值（x+1） 0 0 0 10 0 1 00 0 1 10 1 0 00 1 0 10 1 1 00 1 1 11 0 0 02.3.2 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，先以4位二进制码转换为例十进制数 二进制码 8421BCD码B3B2B1B0
13、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 10009 1001 0 100110 1010 1 000011 1011 1 000012 1100 1 001013 1101 1 001114 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，触发信号由STA
14、RT+EOC提供。A/D转换器波形图如图所示 3.1.2 控制电路图 2=1.1 3.2 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级的取样电压Vx必须是Vx大于等于XVs，即 这里Vx取其下限值，为提高转换的抗干扰能力，在转换误差允许的条件下，可将其下限值提高，即 将 带入上式，即 当R0确定后，令X=1m,即可算出R1Rm的阻值，这里m=30，因x=0,x=31是留下作故障判断用的。 R1=23+1225-3-151=6.3R2=251+1225-5-151=10.6R3=210+1225-10-151=24.9R4=215+1225-15-151=47.9R5=22
15、0+1225-20-151=90.9R6=225+1225-25-151=200 接地，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= 用7430和7404即可实现。 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的原理用F555构成自激多谐振荡器 3.4.2 CP发生电路 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实现自动控制功能四，整体电路图详见整体电路图。 五，测试与调整 检测结果显示电缆号Rx（K） 显
16、示数字 Vx（理论值） Vx（测试值）035101520253106.810244791200X03510152025 3100.4680.781.562.343123.94.8800.480.831.642.533.244.024.93ADC0809EOC波形如图所示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的学习，增强了我的动手能力，也加强了对数字式对线器的理论
17、有了进一步的了解。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的道理，在大家的不断的实践和讨论中，我们一步步接近最后的结果。在老师的指导下，了解了一些逻辑电路的基本规律，这些知识不仅在课堂上有效，对以后的各科的学习有很大的指导意义，在日常生活中更是有着现实意义；也对自己的动手能力是个很大的锻炼。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的知识。十 附录：A/D转换器芯片ADC0809简介 8路模拟信号的分时采集，片内有8路模拟选通开关，以及相应的通道抵制锁存用译码电路，其转换时间为1
18、00s左右。1. ADC0809的内部结构ADC0809的内部逻辑结构图如图所示。图中多路开关可选通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，这是一种经济的多路数据采集方法。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主要信号引脚的功能说明如下：IN7IN0模拟量输入通道ALE地址锁存允许信号。对应ALE上跳沿，A、B、C地址状态送入
19、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的内部没有时钟电路，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的时钟信号EOC转换结束信号。EOC=0,正在进行转换；EOC=1,转换结束。使用中该状态信号即可作为查询的状态标志，又可作为中断请求信号使用。D7D0
20、数据输出线。为三态缓冲输出形式，可以和单片机的数据线直接相连。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的数据。OE=0，输出数据线呈高阻；OE=1，输出转换得到的数据。Vcc +5V电源。 Vref参考电源参考电压用来与输入的模拟信号进行比较，作为逐次逼近的基准。其典型值为+5V(Vref(+)=+5V, Vref(-)=-5V).CD4511引脚图及功能CD4511是一个用于驱动共阴极 LED （数码管）显示器的 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的CMOS电路能提供较大的拉电流。可直接驱动LED
21、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时的数值。 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的内部有上拉电阻，在输入端与数码管笔段端接上限流电阻就可工作
22、。1. CD4511的引脚 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。 各引脚的名称：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、e、f、g。左边的引脚表示输入，右边表示输出，还有两个引脚8、16分别表示的是VDD、VSS。 2. CD4511的工作原理1. CD4511的工作真值表如表3-2 2. 锁存功能 译码器的锁存电路由传输门和反相器组成,传输门的导通或截止由控制端LE的电平状态。 当LE为“0”电平导通，TG2截止；当LE为“1
23、”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对输入数 据B、C进行组合，得出、四项，然后将输入的数据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的电平为 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，从而使显示器中的字形消隐。输 入输 出LEBILIDCBAabcdefg显示XX0XXXX11111118X01X
24、XXX0000000消隐01100001111110001100010110000101100101101101201100111111001301101000110011401101011011011501101100011111601101111110000701110001111111801110011110011901110100000000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的真值表7485概述：是一个能产生稳定而精确
25、的时间延迟和频率的控制器。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的能力，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，其主要电特性的典型值如下： 型 号 tPLH tPHL PD5400/7400 11ns 7ns 40mW 54H00/74H00 5.9ns 6.2ns 9
26、0mW 54S00/74S00 3ns 3ns 75mW 54LS00/74LS00 9ns 10ns 9mW 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 54/74LS007V AB间电压 除54/74LS00 外5.5V 7416174307430 8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，其主要电特性的典型值如下： 型 号 tPLH tPHL PD5430/7430 13ns 8
27、ns 10mW 54H30/74H30 6.8ns 8.9ns 23mW 54S30/74S30 4ns 4.5ns 21mW 54LS30/74LS30 8ns 13ns 2.4mW 引出端符号 AH 输入端 Y 输出端 极限值 电源电压.7V 输入电压 54/7430、54/74H30、54/74S30.5.5V 54/74LS307V AH间电压 除54/74LS30 外5.5V 工作环境温度 54XXX . -55125 74XXX . 070 存储温度 -6515074283283为具有超前进位的4 位全加器共有54/74283，54/74S28 和54/74LS283三种线路结构型
28、式其主要电器特性的典型值如下(不同厂家具体值有差别):型号 进位时间 加法时间 PD54283/74283 10ns 16ns 305mW54S283/74S283 7ns 12ns 437mW54LS283/74LS283 11ns 15ns 100mW283 可进行两个4 位二进制数的加法运算，每位有和输出14，进位由第四位得到C4.引出端符号:A1A4 运算输入端B1B4 运算输入端C0 进位输入端14 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54/74283，5
29、4/74S283 的A 和B 之间 5.5V工作环境温度54XXX . -5512574XXX . 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 0.7ViL 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 8mA32