任务4计数译码显示应用电路的装接与调试

任务任务 4 计数译码显示应用电路的装接与调试计数译码显示应用电路的装接与调试 任务引入任务引入 生产或生活中的计数译码显示电路应用非常广泛 其电路实现方法也有多种 最常见 的方法是采用通用的数字集成逻辑电路来实现 本任务介绍一种采用三块 CMOS 数字集成 电路构成的一位可编程控制定时报警电路 它具有定时 计数 译码显示和报警等功能 是数字电子技术的综合应用电路 只要适当扩展就具有实用价值了 电路简单直观 易于 操作 便于装接制作 相关知识相关知识 一 电路组成 可编程控制定时报警电路由计数器 4029 BCD 七段译码器 4543 数码显示器 时基脉冲发生器 4011 报警电路 4011 和预置编码等六个单元电路构成 电路如图 6 4 1 所示 该电路中使用的四位可预置二进制 十进制可逆计数器 4029 BCD 锁存七段译码驱动 器 4543 与非门 4011 的引脚功能请参阅相关手册或通过互联网查询 二 电路工作原理 1 定时与计时译码显示电路 由 U3C U3D 可变电阻 RP1 R12 C2 构成的可控多谐振荡器 产生一个频率为 1 3HZ 频率大小根据需要可调整 RP1 的阻值 的脉冲信号 加到 U1 的时钟脉冲端 达到 定时触发的目的 U1 构成 BCD 码加 减计数器 开关 SA 合上为加计数 断开为减计数 当加计数到 9 或减计数到 0 时 CO 输出为低电平 使可控振荡器停振 可见 多谐振荡 器又受控于 U1 的 7 脚进位 借位输出端 当溢出使得 CO 输出为 0 时 使振荡器停振 U1 停止计数 另外 计数输出的 BCD 码送给七段译码器 U2 得出相应的七段码 再加到共阳 极数码管进行显示 知识目标 知识目标 1 了解计数译码显示应用电路的组成和工作原理 2 熟悉计数译码显示应用电路的调试与检测方法 能力目标 能力目标 1 通过装接与调试计数译码显示应用电路 提高学生装接调试数字电路和观察 分 析实验现象的能力 2 通过训练使学生具备运用所学知识解决实际问题的能力 并培养良好的职业道德 和职业习惯 2 报警电路 U3A U3B 和 R2 C1 构成 1KHZ左右的可控多谐振荡器 产生音频振荡信号 通过 限流电阻 R1 至晶体管 VT1 放大并驱动蜂鸣器发出报警声 另外 此振荡器也受控于 U1 的 7 脚进位 借位输出 当计数溢出使 CO 输出为低电平时 经电阻 R4 反相器 VT2 倒相 输出为高电平 使振荡器起振 工作并发出报警声 报警后可由 S1 预置新的初值并按 S2 使电路再次开始定时工作 3 编码预置电路 SA 设定计数器 4029 的加减计数方式 SA 打开时 计数器为减 1 计数 否则 计数 器为加 1 计数 S1 是四位 BCD 码编码开关 S2 是预置 计数控制开关 决定是否预置 由 S1 开关根据需要控制输入预置的计数初值到 U1 的 D3 D0 端 当按钮开关 S2 按下时 则计数初值被预置并由 U1 的 Q3 Q0 输出给七段译码器 U2 经译码后驱动数码管显示相 应的数字 U3A U3B U3C U3D Q0 6 Q1 11 Q2 14 Q3 2 CO 7 D0 4 D1 12 D2 13 D3 3 CI 5 LD 1 B D 9 U D 10 CLK 15 GND 8 Vcc 16 U1 a 9 b 10 c 11 e 13 d 12 f 15 g 14 A 5 B 3 C 2 D 4 BI 7 GND 8 Vcc 16 ph 6 LE 1 U2 a bf c g d e a 7 b 6 c 4 d 2 e 1 f 9 g 10 dp 5 dp 8 3 LED 1 2 3 45 6 7 8 S1 VT2 VT1 R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7R8R9R10 R11 R12 B C1 5V 5V 5V S2 SA RP1 C2 5V A B C 图 6 4 1 可编程控制定时报警电路原理图 三 可编程控制定时报警器的主要技术参数调试 1 主要技术参数调试流程图 图 6 4 2 静态 检测 调试 接线 检查电源 5V 接线并测量 静态电压 装配质 量检验 预置编码 定时 计时功能调测 报警功 能调测 测相关 点波形 图 6 4 2 技术参数调试流程图 2 主要技术参数调试接线图 图 6 4 3 图 6 4 3 技术参数调试接线图 操作技能操作技能 一 电路装接与检验 1 电路装接 根据图 6 4 1 的可编程控制定时报警器电路原理图和图 6 4 4 的印制板图进行装配 焊 接 要求成形 插装符合无线电装接工艺且应装接正确无误 也可采用面包板或万用实验 板进行操作实验 所使用的元件型号见元件器材表 6 4 1 2 电路与工艺检验 对照图纸和元件器材表认真检查元件规格 型号有无装配错误 对印制板要求按图作 线路检查 重点检查有无短路 搭焊 漏焊与虚焊现象 要求不漏装 错装 不损坏元器 件 无虚焊 漏焊和搭锡 IC 集成电路与其插座均不应装反 元器件排列整齐并符合工艺 要求 用万用表 R 1 挡逐一检测同一铜箔 网络 上焊点的通断情况 二 静态工作电压的测试 1 未插 IC 通电检查 将直流稳压电源输出调至 5V 线路板先不插集成电路 按原理图与 PCB 图进行接线 用数字万用表分别测量集成电路 4011 的 14 脚 4029 的 16 脚 4543 的 1 脚 6 脚和 16 脚 电压 它们的对地电压都应是 5V 4029 的 5 脚和 9 脚 4543 的 7 脚电压都应是 0V 无 误后方可断电插上集成电路 现象 图 6 4 4 可编程控制定时报警电路印制板图 表 6 4 1 元件器材表 序序 号号 名称名称型号规格型号规格 配件配件 图号图号 作用作用 万用表万用表 挡位挡位 实测实测 值值 1 金属膜电阻器 RJ 0 25 4 7k R1 基极隔离 限流电阻 2 金属膜电阻器 RJ 0 25 240K R2 报警振荡器定时电阻 3 金属膜电阻器 RJ 0 25 3k R3 集电极电阻 4 金属膜电阻器 RJ 0 25 4 7K R4 基极偏置电阻 5 金属膜电阻器 RJ 0 25 100 R5 数码管限流电阻 6 金属膜电阻器 RJ 0 25 10K R6 编码电阻 7 金属膜电阻器 RJ 0 25 5 1K R7 编码电阻 8 金属膜电阻器 RJ 0 25 5 1K R8 编码电阻 9 金属膜电阻器 RJ 0 25 5 1K R9 编码电阻 10 金属膜电阻器 RJ 0 25 5 1K R10 编码电阻 11 金属膜电阻器 RJ 0 25 10K R11 编码电阻 12 金属膜电阻器 RJ 0 25 1M R12 时钟振荡器定时电阻 13 微调电阻 WS 500k RP1 时钟振荡器定时电阻 14 涤纶电容 2000PFC1 报警振荡器定时电容 15 电解电容 CD 16V 22 FC2 时钟振荡器定时电容 16 晶体管 9013VT1 驱动 17 晶体管 9013VT2 反相器 18 数码管LED 共阳极 LED 数字显示 19 双列直插开关KSZ 4 挡 S1 编程控制开关 20 轻触开关无锁型双掷 S2 复位开关 21 轻触开关自锁型双掷 SA 加减计数控制 22 集成电路 4543U2 七段译码器 23 集成电路 4029U1 可预置 可逆计数器 24 集成电路 4011U3 与非门 25 双列 IC 插座 DIP14 14 脚 IC 插座 26 双列 IC 插座DIP16 2 只 16 脚 IC 插座 27 峰鸣器 16 0 5WB 报警鸣音 28 印制板 PCB 2 已插 IC 通电检查 插上集成电路 4011 4029 4543 然后再通电 用数字万用表分别测量集成电路 4011 的 14 脚 4029 的 16 脚 4543 的 1 脚 6 脚和 16 脚电压 它们的对地电压都应是 5V 4029 的 5 脚和 9 脚 4543 的 7 脚电压都应是 0V 然后置 RP1 滑动端于中间位置 现象 三 初值预置 计时 定时功能的测试 1 测试初值预置和计时功能 1 置开关 SA 断开位置 S1 预置为 1001 然后 按下 S2 观察并记录数码管的翻 转显示状态和报警器响时数码管数字停止在最后一个计数值是什么 现象 2 置开关 SA 闭合位置 S1 预置为 0000 然后 按下 S2 观察并记录数码管的翻 转显示状态和报警器响时数码管数字停止在最后一个计数值是什么 现象 3 置开关 SA 闭合 或断开 位置 S1 预置为任意 BCD 码 然后 按下 S2 观察 数码管的翻转显示状态 进一步验证初值预置功能和计时功能是否正常 2 测试定时功能 1 置开关 SA 闭合 或断开 位置 S1 预置为 5 0101 然后 按下 S2 这时数 码管显示应从 5 6 9 或从 5 4 0 加减翻转显示 2 缓慢调节 RP1 使数码管显示从 5 翻转至 9 或从 5 翻转至 0 共用时 15S 3 用频率计探头接至 U3C 4011 的输出端 10 脚 测读频率数 记录到表 6 4 2 中 四 报警电路测试 1 把示波器和频率计探头接至 C 点 读出示波器显示器上的报警器振荡波形周期 或频率计上的频率数 并记录在表 6 4 2 中 2 用示波器测 A 点 B 点 C 点的波形 记入表 6 4 2 中 分析各波形的幅度的大 小和它们的相位关系 3 把电流表串接在负载回路中 测量负载的电流 根据 P UIR计算报警功率 其 中负载两端电压为 5V 记入表 6 4 2 中 另外 也可根据声音响度调整 R1 的大小 从而 调整负载的报警功率 五 故障检修 由指导教师或同组同学设置某元件开路性损坏 然后通电运行观察其故障现象 试分 析故障原因并排除故障 故障现象 故障原因 表 6 4 2 可编程控制定时报警器调试记录表 报警振荡频率 时基振荡频率 周期 报警振荡波形图 注明幅度和周期 A 点B 点 C 点 报警功率 PIR P UIR 六 任务评价 评价标准与要求见表 6 4 3 表 6 4 3 可编程控制定时报警器装接与调试评价表 序 号 考核内容及要求配分评分标准扣分 1 元器件清点检查 能用万用表对所 有元器件进行检测 将检测结果填 入表内 并将不合格元器件筛选出 来进行更换 缺少的要求补发 10 超时更换或要求补发按损坏 元器件扣分 每个扣 3 分 2 安装电路 按装配图进行装接 要 求不漏装 错装 不损坏元器件 无虚焊 漏焊和搭锡 元器件排列 整齐并符合工艺要求 IC 要使用插 座 30 元器件有漏装 错装或虚焊 漏焊 搭锡 每个扣 3 分 元件安装不整齐和不符合工 艺要求的每处扣 3 分 损坏 元件每个扣 10 分 3 通电试验 检查各元器件装配无误 后 通电试验 如有故障应进行排 除 10 不会排除故障不得分 正常不扣分 4 会测试电路的静态工作电压 10 测试方法不正确扣 5 分 不 会测试扣 10 分 5 测试初值预置 计时 定时功能 10 测试与操作方法不正确扣 5 分 不会测试频率扣 5 分 有一个功能不正常扣 4 分 6 测试报警电路振荡周期与 A B C 点波形 10 测量方法不正确或不会测试 扣 5 分 测量值有误差每个 扣 2 分 有一个波形绘测不 正确扣 2 分 7 测试报警电路的报警功率 10 不会测试报警电路的负载电 流扣 5 分 不会计算报警电 路的报警功率扣 5 分 8 安全文明操作 10 带电操作 不包括调试 每 次扣 5 分 损坏仪器设备将 该项扣完 桌面不整洁扣 10 分 仪器 工具摆放凌乱扣 10 分 发生重大安全事故 总分计 0 分 电烙铁烫坏仪 器 操作台等将该项扣完 考评人得分 知识拓展知识拓展 由上文可知 可编程控制定时报警电路主要由振荡电路和计数器构成 下面介绍的七 彩循环装饰灯电路也包括振荡电路和计数器等电路 如图 6 4 5 在图 6 4 5 所示电路中 接通电源 220V 交流电经 VD1 VD4 桥式整流后 一方面供 彩灯回路用电 另一方面经 R1降压限流 VD6 稳压 VD5 隔离和 C1 滤波 为控制电路提 供约 10V 的直流电压 U1 与外围组件构成一个时钟脉冲信号发生器 其中与非门 U1C U1D 以及 RP1 R3和 C2组成多谐振荡器 由与非门 U1A U1B 构成 R S 触发器对 振荡产生的脉冲进行整形 然后由与非门 U1B 输出送到 U2 的时钟脉冲 CP 输入端 U2 是 一块 BCD 双同步加法计数功能的 CMOS 集成电路 CD4518 由与非门 U1B 送来的正脉冲 在其内部进行二进制触发计数 并使 Q1 Q4输出端的状态发生循环组合变化 由逻辑功能 可知 当 U2 的 CP 端输入第一个时钟脉冲时 其 Q1输出高电平 VS1 受触发导通 H1通 电发出红光 当第二个时钟脉冲到来时 U2 的 Q2端输出高电平 VS2 随之导通 H2通电 发出绿光 当第三个时钟脉冲到来时 U2 的 Q1 Q2端同时输出高电平 VS1 VS2 均导 通 H1 H2 同时通电点亮 根据混色原理 灯箱对外变成黄色 依此类推 U2 的 Q1 Q2 Q3端有 8 种逻辑状态 可使 三基色 灯顺序产生 7 种色光 红 绿 红 绿 黄 蓝 红 蓝