缆通断的检测电路

一、概述对于电缆生产厂家及电缆安装人员，常常需要检测电缆芯线是否存在断路故障。电缆的通断对销售及安装都有一定的影响，因此电缆的通断的检测成为一个十分必要的过程。本题目要求设计一个电缆通断的检测电路，可对电缆芯线进行快速检测并指示其通断。电路主要由时钟信号产生电路，计数电路，译码电路以及状态指示电路组成，指示灯亮则表明电缆导通，指示灯灭，蜂鸣器鸣响则表示电缆断路。该电路采用计数器与译码器相结合的方式工作通过1个24进制计数器连接译码器与数码管，数码管用来显示当前被检测的电缆序号，译码器连接状态指示电路，对连接到电路中的被检测电缆进行循环检测，检测速度快，检测效率高。检测结果准确。经实验证明，该电路可检测24根以下数量电缆，设计方法合理，简单易行，成本低廉，安全实用，方便可靠。本报告由概述部分，方案论证部分，整体电路设计部分与电路整体性能检测部分构成，首先论述了该电路的整体设计思想和基本设计方案，整体电路设计部分包括总电路的设计和子电路的设计，详细介绍了各部分的设计原理，最后对整个电路进行整体测试。二、方案设计本文设计了一个电缆通断的检测电路，可对电缆芯线进行快速检测并指示其通断，电路主要由时钟信号产生电路，计数电路，译码电路以及状态指示电路组成，时钟信号产生电路由555定时器和电容电阻等外部元件构成，555定时器性能优良，搭配参数合适的外接电阻和电阻容，适合用来产生频率可以自由调节的稳定的时钟信号，另外555芯片以及外接电阻和电容等原件成本低廉，容易购买。使得整个电路的成本不会过高，而且方便易用，因为技术指标需要达到同时检测24根电缆，所以需要设计一个从0-23可以进行循环计数的24进制计数器。故选择两片74LS160十进制计数器来分别控制十位和个位的计数功能，计数电路的输出端连接两个数码管，用来指示当前被检测的电缆，同时将计数电路的输出端与后面的译码电路的信号输入端相连接，因为需要有24路输出，故选择三片3线-8线译码器74LS138组成24路输出的译码电路，搭配相应的逻辑门电路，用于同时检测24根电缆的通断。状态指示电路由插座，电阻，发光二极管和直流稳压电源组成，电阻用来保护发光二极管，防止发光二极管因电流过大而烧坏，因为译码器电路74LS138芯片的输出是低电平有效，所以二极管的阳极与直流稳

压电源相连，阴极与74LS138芯片的输出端相连，当电路工作时，若电缆不存在断路现象时，则该电缆连接的二极管会被点亮，因为该电路可以循环检测，原理简单，操作简便，检测效率高，由于电路中所涉及到的芯片以及门电路都是当前市场的主流元件，容易购买，而且成本低廉，所以选则此套设计方案来完成电缆通断检测电路的设计。可对电缆芯线进行快速检测并指示其通断。设计方法合理，简单易行，成本低廉，安全实用，方便可靠。原理框图如图1所示。图1图1电缆通断检测电路的原理框图三、电路设计时钟信号产生电路555定时器成本低廉，性能可靠，实现多谐振荡器来产生时钟信号，用于计时。由555定时器和外接元件Rl,R2以及C1构成多谐振荡器，Rl,R2以及C1是外接定时元件，将高电平触发端(6脚)和低电平触发端(2脚)并接后接到R2和C2的连接处，将放电端(7脚)接到R1和R2的连接处，电路不需要外界触发信号，利用电源通过R1和R2向C1充电，以及C2通过R2向放电端放电,使电路产生振荡。时钟信号产生电路如图2所示。输出信号的时间参数是：T=tl+t2=(Rl+2R2)XCXln2=(4.8+4.8)X10A3X100X10人(-6)X0.69~ls(l)..,vcc...mt..,vcc...mt.,OTT.DIS「TKB「Tai「COff；计数与译码电路计数电路部分实现由555定时器组成的多谐振荡电路输入至两片74LS160芯片的CLK端口，ENT及ENP端口接通高电平，使74LS160芯片实现计数功能，CLR和LOAD端口接通高电平，两片74LS160芯片组合设计成24进制计数器，可以对电缆实现循环检测。计数电路的输出端连接译码电路，译码电路由三片74LS138组成，将计数电路输出的二进制代码译成对应的高低点电平信号。计数与译码电路如图3所示。图3计数与译码电路图

状态指示及报警电路状态指示及报警电路由LED灯，电阻组成，由直流稳压电源提供5V电压。LED灯来显示被检测电缆的通断，灯亮则表示电缆导通，蜂鸣器鸣响则表示电缆存在断路，电阻用来保护指示灯，防止因电压过高而烧坏指示灯和蜂鸣器。四、性能测试•1匸FM TH图：4^状■状态指示及报警电路1j—'VV'v一-Wv1.时钟信号产生电翳试四、性能测试•1匸FM TH图：4^状■状态指示及报警电路1j—'VV'v一-Wv1.时钟信号产生电翳试时钟产生测试电路如图5所示，电路输出的时钟信号结果及波形图如图6和图7所示。»>L2ss123甲::XFC1:Wv图6时钟信号结果图500ms/t)ivl/J|_AjBExtX轴位移骼）：0丫轴位移（格）：0[W|图6时钟信号结果图500ms/t)ivl/J|_AjBExtX轴位移骼）：0丫轴位移（格）：0[W|涛协B/A~||I交猛0[g逮单次正常自动无图7时钟信号波形图5.000V5.000V0.000V17.109317.109s0.000s边沿:水:平：时基标度:通道A刻度：II555定时器和外接元件Rl,R2和C1构成多谐振荡器，Rl,R2以及C1是外接定时元件，电路不需要外界触发信号，利用电源通过R1和R2向C1充电，以及C2通过R2向放电端放电，使电路产生振荡。555电路要求R1与R2均应不小于1KQ，但两者之和应不大于3.3MQ，电容C1在1/3Vcc和2/3Vcc之间充电和放电，从而在输出端得到一系列的矩形波。输出信号的时间参数是：T=tl+t2=（Rl+2R2）XCXln2=ls ⑴

表1555定时器的参数及技术要求R1R2CTf4.8k4.8k100uf约约QQ为为1s1hz2.电路整体性能测试对电路的整体性能进行测试，2位数码管可显示当前被检测的电缆序号，显示00时为第一根电缆，以此类推，下面的三种情况分别为检测第1根，第14根和第23根电缆的通断，检测结果如图8，图9和图10所示。<inFPH—-评:轴taiTlLSflOO?JiWii『图8电路整体测试图U2JJ^.D.2.1'=...fKD_KX_OnEI：H"J!I.'-|util:iH5-F孔™<inFPH—-评:轴taiTlLSflOO?JiWii『图8电路整体测试图U2JJ^.D.2.1'=...fKD_KX_OnEI：H"J!I.'-|util:iH5-F孔™□....VF7....=r>^u-rU7JL5HDLED'LEDS?4i_uMn..H悴…Hi图9电路整体测试图二□a卩：； —三ni-53ati-^1TIL&MDP4瓯却anMl?Ih二□a卩：； —三ni-53ati-^1TIL&MDP4瓯却anMl?Ih；U»5.'ILS'3IHrjL5'31Hl-ICli屮LWIMCMJ-LIMP图10电路整体测试图五、结论经过测试，我们能够看到电路可以正常工作，该电路完成了课程设计的基本要求，满足相应的技术指标，实现了如下的设计目的：1．电路主要有时钟信号产生电路，计数与译码电路和状态指示电路以及直流稳压稳流电源构成。2．用555芯片搭配电阻和电容等外接原件组成多谐振荡器，产生的时钟信号的频率为1Hz，符合题目中的技术指标。3．可快速准确的循环检测24根及以下数目的电缆的通断情况，检测速度快，检测效率高。4．状态指示采用发光二极管进行指示，通过电量发光二极管确定电缆不存在断路现象。5．两位数码管可以显示当前被检测电缆的序号，使使用者一目了然，方便快捷。6．该电路连接简单，芯片价格低廉实用，临时组装方便，安全实用，方便可靠。参考文献⑴阎石主编.数字电子技术.[M]北京：高等教育出版社，2006年⑵陈振官等编著.新颖高效声光报警器.[M]北京：国防工业出版社，2005年⑶赵淑范、王宪伟主编.电子技术实验与课程设计.[M]北京：清华大学出版社,2006年[4]孙肖子、邓建国等主编•电子设计指南.[M]北京：高等教育出版社，2006年⑸华成英•电子技术.[M]北京：中央广播电视大学出版社，2006年⑹贾更新•电子技术基础实验设计与仿真.[M]郑州：郑州大学出版社，2006[7]杨旭东等.实用电子电路精选.[M]北京：化学工业出版社，2007⑻陈大钦•电子技术基础实验——电子电路实验•设计•仿真.[M]高等教育出版社，2000年彭介华.电子技术课程设计指导.[M]北京：高等教育出版社，2006年徐学彬.电子技术实验指导书.[M]成都：西华大学出版社，2011年附录I总电路图昱Lswl1 -|昱Lswl1 -|附录II元器件清单序号编号名称型号数量1R1,R2,R3,R4.R5电阻4.8KQ,510052C1,C2电容100uF,10mF23U3,U8十进制计数器74LS16024U4,U5数据选择器74LS8525U2,