畢業(yè)設計（論文）電子計分器設計

1、畢畢 業(yè)業(yè) 設設 計計 任任 務務 書書 專業(yè)專業(yè)電子信息工程技術電子信息工程技術 年級年級 2005 班級班級電信（五） 姓名姓名 學號學號 一、畢業(yè)設計的任務和具體要求： （1）本次畢業(yè)設計的具體任務是： 確定畢業(yè)設計的課題，并且利用圖書和網(wǎng)絡資源查出與該設計有關的資料從中 挑選出最佳的設計資料，作為該畢業(yè)設計的參考資料。制定出最佳的畢業(yè)設計方案， 并且根據(jù)預先制定的方案選用合適的元器件。利用proteldxp軟件根據(jù)選定的參考資 料進行繪制電路圖和生成pcb電路板。根據(jù)做好的電路圖把元件插到電路板上并且對 電路板進行連接和焊接，然后在組裝成揚聲器成品。 （2）本次畢業(yè)設計的要求是： 選定

2、的方案要適合電子專業(yè)大專畢業(yè)生的制作，使用的必須是曾經(jīng)學過或是見 過的元器件。生成的pcb電路板，布線要合理不能交叉，而且還要考慮元件之間相互 干擾的因素，在容易受干擾和產生干擾的元件之間距離不能太近，而且導線間距要 稍大。焊接好的電路板，焊點上的焊錫應程錐形，且表面要光華，不能有虛焊現(xiàn)象。 制成的電子計分器應該有預先設定的效果能從000開始計數(shù)，按下s1后能自動加一， 按下s2后能自動減一，按s3即顯示000。 二、畢業(yè)設計應完成的圖紙： 表 2-1 lm7809 引腳功能及數(shù)據(jù)，見 6 頁 表 2-2 cd40192 功能表，見 9 頁 表 2-3 與非門真值表，見 10 頁 表 3-1

3、cd4027 功能表，見 13 頁 表 4-1 數(shù)碼管編碼方法，見 15 頁 圖 1-1 電路原理圖，見 2 頁 圖 2-1 單向橋式整流電路，見 3 頁 圖 2-2 單相橋式整流電路模擬圖，見 3 頁 圖 2-3 橋式整流電路工作波形，見 4 頁 圖 2-4 常用濾波電路，見 5 頁 圖 2-5 濾波電路及電流的變化，見 5 頁 圖 2-6 三端穩(wěn)壓（78，79 系列）管腳判斷技巧，見 6 頁 圖 2-7 cd4055 管腳圖，見 7 頁 圖 2-8 cd40192 管腳圖，見 8 頁 圖 2-9 cd40192 邏輯圖，見 9 頁 圖 2-10 cd4011 管腳圖,見 10 頁 圖 2-

4、11 cd4011 引出端排列，見 11 頁 圖 3-1 cd4027 邏輯符號，見 12 頁 圖 3-2 cd4027 引出端排列，見 13 頁 圖 3-3 cd4027 邏輯圖，見 13 頁 圖 4-1 bcd 七段譯碼器驅動器，見 14 頁 圖 4-2 七段數(shù)碼管引腳圖，見 14 頁 圖 4-3 數(shù)碼管各字段引腳，見 15 頁 圖 5-1 輕觸開關實物圖，見 16 頁 圖 5-2 穩(wěn)壓二極管原理圖，見 17 頁 圖 5-3 穩(wěn)壓二極管實物圖，見 18 頁 圖 5-4 電解電容實物圖，見 24 頁 圖 6-1 pcb 3d 圖，見 26 頁 電子計分器 摘要 21世紀是電子技術飛速發(fā)展的時

5、代，如今我們的生活越來越離不開電子技術近從我 們生活中離不開的電腦、電視機、電風扇、洗衣機電冰箱空調等，遠到人們的生產、醫(yī) 療保險、國防教育等，都離不開電子技術。下面就以電子計分器電路為例來具體說明電 子產品的特點。 該電路原理簡單，采用普通的 cmos 集成電路，很容易自制。第一個數(shù)碼管僅有兩種 狀態(tài)，即“0”或顯示“l(fā)” ，后兩個數(shù)碼管可顯示“0”“9”十種狀態(tài)，故該計分器的 最高計分可達 199 分。電路主要由計數(shù)器、譯碼電路、觸發(fā)電路、顯示電路及防抖動開 關電路等組成。 本裝置可用于工礦、學?；@球場在控制臺累計比賽得分并用顯示屏顯示 分數(shù)。本實驗電路經(jīng)安裝后能正常工作，起到計分作用，只

6、是安裝時由于全采用 cmos 電 路，應斷開電源進行焊接，以防損壞 cmos 電路。 關鍵詞關鍵詞：譯碼電路、加法器、jk觸發(fā)器、與非門 目 錄 0 前言. 1 設計方案. 1.1 工作原理. 1.2 電路原理圖. 2 電路的五大模塊功能. 2.1 直流穩(wěn)壓電路. 2.1.1 整流電路 . 2.1.2 濾波電路 . 2.1.3 穩(wěn)壓電路 lm7809. 2.2 譯碼及加法電路 . 2.2.1 譯碼器電路（cd4055） . 2.2.2 加法器電路 . 2.2.3 與非門電路 cd4011. 3 jk 電路基本功能. 4 顯示電路7 段數(shù)碼管. 5 啟動電路功能模塊. 5.1 按鈕開關 . 5.

7、2 二極管 . 5.3 電阻 . 5.4 電容元件 . 5.4.1 瓷片電容 . 5.4.2 電解電容 . 6 電子計分器電路模塊連接、系統(tǒng)調試和完善. 7 結束語. 7.1 論文總結 . 7.2 工作展望 . 參考文獻、資料索引. 致謝. 0 前言 從 18 世紀法拉第發(fā)現(xiàn)了電磁現(xiàn)象以來，人類社會便進入了電子時代。經(jīng)過不斷發(fā)展， 電子產品越來越多的呈現(xiàn)在我們面前。由于電能的清潔高效、易于轉變成其它形式的能源的 特點，電子技術越來越被人們重視。 邁進 21 世紀，網(wǎng)絡與通信技術、多媒體技術以及新型體系結構的計算機設計隨時都在 向系統(tǒng)級芯片的設計與制造提出新的挑戰(zhàn)?，F(xiàn)代電子產品的性能越來越高、復

8、雜度越來越大。 更新步伐越來越快。實現(xiàn)這種進步的主要原因就是微電子技術和電子設計技術的發(fā)展。于是 人們的生產生活越來越離不開電子技術。人們由開始僅利用電子產品來進行發(fā)展生產到現(xiàn)階 段運用電子產品作為裝飾品，走在街上四處可望：商店門前的閃光燈、過年過節(jié)人們家門上 的七彩燈等等。相信以后還會有更多的電子產品出現(xiàn)服務于人類，也會有更多的人喜歡電子 技術。下面，就以電子計分器電路為例來簡單的介紹一下電子產品的特點。 由于原電路圖用強電啟動，我們設計小組考慮了兩套方案。一套是起用原來的電路圖紙、 另一套是將 220v 強電壓利用穩(wěn)壓電源轉換成 9v 電壓輸出。由于大多數(shù)電路僅用強電部分整 流出的 9v

9、電壓啟動，出于安全考慮我們決定將強電部分改為穩(wěn)壓電路，輸出為 9v。因此電 路中必須加入變壓器、整流橋等，以實現(xiàn)交流變直流。第一模塊是降壓和橋式整流；第二模 塊式濾波和穩(wěn)壓。 1 設計方案 1.1 工作原理 本裝置可用于工礦、學校藍球場在控制臺累計比賽得分并用顯示屏顯示分數(shù)。該電路采 用普通 cmos 集成電路，很容易自制。ic1 和 ic2 為十進制加/減計數(shù)器，分別組成分數(shù)的個 位和十位。ic3 和 ic4 為 7 段譯碼電路，它把 ic1 和 ic2 的十進制數(shù)字信號譯成可顯示 09 數(shù)字的 7 段碼。ic5 為分數(shù)的百位，它為 jk 觸發(fā)器只有二種狀態(tài)，所以本電路的最高 得分為 199

10、 分。s1 為加分開關，每按一次產生一個脈沖信號使 ic1 做加法計數(shù)一次。s2 為 減分開關，每按一次作減法計數(shù)一次。ic1 的進位或借位信號會自動傳遞給 ic2 使其計數(shù)。 s3 為清零開關，按 s3 即顯示“000”。r1、c1、r2、c2 為防止開關抖動所設置。這是因為 開關在開或關的瞬間會產生多次抖動從而使電路誤計數(shù)，所以增設阻容元件來消除開關的抖 動。7 段數(shù)碼 ag 顯示部分每段由多個發(fā)光二極管并聯(lián)構成。 實驗點評：本實驗電路經(jīng)安裝后能正常工作，起到計分作用。原理簡單容易成功，只是 安裝時由于全采用 cmos 電路，應斷開電源進行焊接，以防損壞 cmos 電路。 1.2 電路原理

11、圖 圖 1-1 電路原理圖 2 電路的五大模塊功能 2.1 直流穩(wěn)壓電路 實驗是用 lm78xx 系列三端穩(wěn)壓集成電路制作的穩(wěn)壓電源，把 7805 換成 78xx、7808、7809、7812 等不同輸出電壓的三端穩(wěn)壓集成電路，就能得到相應的輸出電壓。 該模塊由變壓器，橋式整流電路，三端集成穩(wěn)壓塊及濾波電容。其中單相橋式整流電路是工 程上最常用的單相整流電路，如圖 2-1 所示。 直流穩(wěn)壓電源一般由整流電路、濾波電路和穩(wěn)壓電路三大部分組成。 圖 2-1 單相橋式整流電路 2.1.1 整流電路 整流電路的任務是將經(jīng)過變壓器降壓以后的交流電壓變換為直流電壓。變壓器的選擇， 除了應滿足功率要求外，它

12、的次級輸出電壓的有效值2 應略高于要求穩(wěn)壓電路輸出的直 流電壓值。對于高質量的穩(wěn)壓都選用橋式整流電路。 單相橋式整流電路如圖 2-2 所示，圖中 tr 為電源變壓器，它的作用是將交流電網(wǎng)電壓 vi 變成整流電路要求的交流電壓 ，rl 是要求直流供電的負載電阻，四只整流二極管 d1d4 接成電橋的形式，故有橋式整流電路之稱。 圖 2-2 單相橋式整流電路模擬圖 單相橋式整流電路的工作原理可分析如下。為簡單起見，二極管用理想模型來處理，即 正向導通電阻為零，反向電阻為無窮大。 在 v2 的正半周，電流從變壓器副邊線圈的上端流出，只能經(jīng)過二極管 d1 流向 rl，再 由二極管 d3 流回變壓器，所以

13、 d1、d3 正向導通，d2、d4 反偏截止。在負載上產生一個極 性為上正下負的輸出電壓。其電流通路可用圖 2-2 中實線箭頭表示。 在 v2 的負半周，其極性與圖示相反，電流從變壓器副邊線圈的下端流出，只能經(jīng)過二 極管 d2 流向 rl，再由二極管 d4 流回變壓器，所以 d1、d3 反偏截止，d2、d4 正向導通。電 流流過 rl 時產生的電壓極性仍是上正下負，與正半周時相同。其電流通路如圖 2-2 中虛線 箭頭所示。 綜上所述，橋式整流電路巧妙地利用了二極管的單向導電性，將四個二極管分為兩組， 根據(jù)變壓器副邊電壓的極性分別導通，將變壓器副邊電壓的正極性端與負載電阻的上端相連， 負極性端與

14、負載電阻的下端相連，使負載上始終可以得到一個單方向的脈動電壓 根據(jù)上述分析，可得橋式整流電路的工作波形如圖 2-3。由圖可見，通過負載 rl 的電 流 il 以及電壓 vl 的波形都是單方向的全波脈動波形。 圖 2-3 橋式整流電路工作波形 2.1.2 濾波電路 對于一般要求的穩(wěn)壓電源，多采用電容濾波或 型濾波。橋式整流電路經(jīng)電容濾波后， 濾波電路用于濾去整流輸出電壓中的紋波，一般由電抗元件組成，如在負載電阻兩端并聯(lián)電 容器 c，或與負載串聯(lián)電感器 l，以及由電容、電感組合而成的各種復式濾波電路。常用的 結構如圖 2-4 所示。 圖 2-4 常用濾波電路 由于電抗元件在電路中有儲能作用，并聯(lián)的

15、電容器 c 在電源供給的電壓升高時，能把部 分能量存儲起來，而當電源電壓降你時，就把能量釋放出來，使負載電壓比較平滑，電容 c 具有平波的作用；與負載串聯(lián)的電感 l，當電源供給的電流增加（由電源電壓增加引起）時， 它把能量存儲起來，而當電流減小時，又把能量釋放出來，使負載電流比較平滑，即電感 l 也有平波作用。 濾波電路的形式很多，為了掌握它的分析規(guī)律，把它分為電容輸入式（電容器 c 接在最 前面，如圖 2-4 中的（a）、（c）和電感輸入式（電感器 l 接在最前面，如圖 2-4 中的 （b）。前一種濾波電路多用于小功率電源中，而后一種濾波電路多用于較大功率電源中 （而且當電流很大時僅用一電感

16、器與負載串聯(lián)）。 濾波電路及其經(jīng)過整流橋后電流的變化如圖 2-5 所示 v2 是經(jīng)過變壓器后的輸出電壓值，vc 是輸出的直流電壓。 圖 2-5 濾波電路及電流的變化 2.1.3 穩(wěn)壓電路 lm7809 集成電路的引腳功能及數(shù)據(jù)見表所列 表 2-1 lm7809 引腳功能及數(shù)據(jù) 在路電阻（k）開路電阻（k） 引腳功能 電壓 （v） 紅筆測量黑筆測量紅筆測量黑筆測量 輸入 12 充電充電 225.5 輸出 9 充電充電 36 地 00000 78* 、 79 * 系列三端穩(wěn)壓器中最常應用的是 to-220 和 to-202 兩種封裝。這兩種 封裝的圖形以及引腳序號、引腳功能如圖 2-7 所示。圖中

17、的引腳號標注方法是按照引腳電位 從高到底的順序標注的。這樣標注便于記憶。引腳 為最高電位，腳為最低電位，腳 居中。從圖中可以看出，不論正壓還是負壓，腳均為輸出端。對于 78*正壓系列，輸入 是最高電位，自然是腳，地端為最低電位，即腳，如附圖所示。對與 79*負壓系列， 輸入為最低電位，自然是腳，而地端為最高電位，即腳，如附圖所示。此外，還應注意， 散熱片總是和最低電位的第腳相連。這樣在 78*系列中，散熱片和地相連接，而在 79* 系列中，散熱片卻和輸入端相連接。 lm7809 是三端穩(wěn)壓集成塊。要求輸入為直流電壓，電 加濾波電容。由于壓差較大，需要加散熱片 圖 2-6 三端穩(wěn)壓（78，79

18、系列）管腳判斷技巧 2.2 譯碼及加法電路 譯碼及 jk 電路包括譯碼器、加法器、與非門等部分。 2.2.1 譯碼器電路（cd4055） bcd-七段譯碼器/液晶顯示驅動器 cd4055 為單位數(shù)字 bcd-七段譯碼器/驅動器電路， 在單片上具有電平移動功能。此特性允許 bcd 輸入信號變化范圍（vddvss）與七段輸出 信號（vddvee）相同或不同。七段輸出由 fdi 輸入端控制，可使所選擇的段輸出為低、 高或方波（對于液晶顯示）。當 fdi 輸入為低電平時，由 bcd 輸入所選擇的段輸出為高電 平；反之，為低電平。當 fdi 輸入為一方波時，所選擇的段輸出也為一方波，且其相位與 fdi

19、輸入相差 180，那些沒被選擇的段輸出為與輸入同相的方波。用于液晶顯示的 fdi 方 波重復頻率通常在 30hz（正好高于閃爍率）至 200hz（正好低于液晶顯示頻率響應的上限） 的范圍內。提供了電平位移高幅值 fdo 輸出。可用來驅動液晶顯示的公共電極。所以輸入 組合的譯碼提供了 09 及 l、p、h、a 及空白顯示。cd4055 提供了 16 引線多層陶瓷雙列 直插（d）、熔封陶瓷雙列直插（j）、塑料雙列直插（p）和陶瓷片狀載體（c）4 種封裝形 式。 圖 2-7 cd4055 管腳圖 2.2.2 加法器電路 加法器 40192( 為可預置 bcd 可逆計數(shù)器，其內部主要由四位 d 型觸發(fā)

20、器組成，與一 般計數(shù)器不同之處在于加計數(shù)器和減計數(shù)器分別由兩個時鐘輸入端。40192 具有復位 cr、 置數(shù)控制/ld、并行數(shù)據(jù) d0d3、加計數(shù)時鐘 cpu、減計數(shù)時鐘 cpd 等輸入，當 cr 為高電 平時，計數(shù)器置零。當/ld 為低電平時，進行預置數(shù)操作，d0d3 上的 數(shù)據(jù)置入計數(shù)器中， 計數(shù)操作由兩個時鐘輸入控制。當 cpd“1”時，在 cpu 上跳變時計數(shù)器加 1 計數(shù)；當 cpu“1”時，在 cpd 上跳變計數(shù)器減 1 計數(shù)。 除四個 q 輸出外，40192 還有一個進位輸出/co 和一個借位輸出/bo，/co 和/bo 一般 為高電平，只有在加計數(shù)模式，當計數(shù)器達到最大狀態(tài)時，

21、/co 輸出一個寬度為半個時鐘周 期的負脈沖，在減計數(shù)模式，當計數(shù)器全為零時，/bo 輸出一個寬度為半個時鐘周期的負脈 沖。 引出端符號： cr 清除端 cpd 減計數(shù)時鐘輸入端 cpu 加計數(shù)時鐘輸入端 d0d3 并行數(shù)據(jù)輸入端 q0q3 計數(shù)器輸出端 /bo 借位輸出端 /co 進位輸出端 vdd 正電源 vss 地 推薦工作條件：電源電壓范圍3v15v 輸入電壓范圍0vvdd 工作溫度范圍：m類55125 e 類.4085 極限值： 電源電壓.0.5v18v 輸入電壓0.5vvdd+0.5v 輸入電流.10ma 引出端排列： 圖 2-8 cd40192 管腳圖 圖 2-9 邏輯圖 表 2

22、-2 cd40192 功能表 clk-clk+r 工作方式 hhl 加計數(shù) hhl 不計數(shù) hhl 減計數(shù) hhl 不計數(shù) ll 預置數(shù) h 清除 2.2.3 與非門電路 cd4011 cd4011 內部結構和工作特性：4011 內部有四個與非門電路組成，具有功耗低、抗擾度 強、電源電壓范圍寬等特點，而且附加輸出緩沖器，因此輸入輸出傳輸特性得到改善；當負 荷增加而引起的傳輸時間變化被控制在最小限度。 單一的與非門如下圖 2-12。a、b 輸入端，y 輸出端。當 a、b 都是高電位時，y 是低電 位。當 a、b 至少有一個為低電位時，y 總是高電位。 真值表如下： y=a*b/ 表 2-3 與非

23、門真值表 a ab by y 110 101 011 001 可用算式表示為 圖 2-10 cd4011 管腳圖 cd4011 提供了 14 引線多層陶瓷雙列直插（d）、熔封陶瓷雙列直插（j）、塑料雙列直 插（p）和陶瓷片狀載體（c）四種封裝形式。 引出端符號 1a-4a, 1b-4b 輸入端 1y-4y, 輸出端 vdd 正電源 vss 地 推薦工作條件：電源電壓范圍3v15v 輸入電壓范圍0vvdd 工作溫度范圍 m 類55125 輸入電壓范圍0vvdd 工作溫度范圍：m 類55125 e 類.4085 極限值： 電源電壓.0.5v18v 輸入電壓0.5vvdd+0.5v 輸入電流.10m

24、a 儲存穩(wěn)定65150 引出端排列（俯視） 圖 2-11 cd4011 引出端排列 3 jk 電路基本功能 cd4027 包含了兩個相互獨立、互補對稱的 jk 主從觸發(fā)器的單片集成電路。每個觸 發(fā)器分別提供了 j、k、置位、復位、時鐘輸入和經(jīng)過緩沖的 q 及 q 輸出信號。此器件可用 作移位寄存器，且通過將 q 輸出連接到數(shù)據(jù)輸入，可用作計數(shù)器和觸發(fā)器。在時鐘上升沿觸 發(fā)時，加在 d 輸入端的邏輯電平傳送到 q 輸出端。置位和復位與時鐘無關，而分別由置位 或復位線上的高電平完成。cd4027 提供了 14 引線多層陶瓷雙列直插（d）、熔封陶瓷雙列 直插（j）、塑料雙列直插（p）和陶瓷片狀載體（

25、c）4 種封裝形式。 引出端符號： 1j2j j 端 1k2k k 端 1cp2cp 時鐘輸入端 1sd2sd 直接置 1 端 1rd2rd 直接置 0 端 1q2q 原碼輸出端 1q2q 反碼輸出端 vdd 正電源 vss 地 推薦工作條件：電源電壓范圍3v15v 輸入電壓范圍0vvdd 工作溫度范圍：m 類55125 e 類.4085 極限值： 電源電壓.0.5v18v 輸入電壓0.5vvdd+0.5v 輸入電流.10ma 儲存穩(wěn)定65150 邏輯符號： 圖 3-1 cd4027 邏輯符號 引出端排列（俯視）： 圖 3-2 cd4027 引出端排列 圖 3-3 cd4027 邏輯圖 功能表

26、：表 3-1 cd4027 功能表 輸入輸出功能 cpjksdrd o o h h l l l h h l l l l l l h l h l l l l l l h h h l 翻 轉 l h 保 持 保 持 h l l h h h 4 顯示電路7 段數(shù)碼管 段數(shù)碼管又分共陰和共陽兩種顯示方式。如果把 7 段數(shù)碼管的每一段都等效成發(fā)光二極 管的正負兩個極，那共陰就是把 abcdefg 這 7 個發(fā)光二極管的負極連接在一起并接地；它們 的 7 個正極接到 7 段譯碼驅動電路 74ls48 的相對應的驅動端上（也是 abcdefg）！此時若 顯示數(shù)字 1，那么譯碼驅動電路輸出段 bc 為高電平，

27、其他段掃描輸出端為低電平，以此類 推。如果 7 段數(shù)碼管是共陽顯示電路，那就需要選用 74ls47 譯碼驅動集成電路。共陽就是 把 abcdefg 的 7 個發(fā)光二極管的正極連接在一起并接到 5v 電源上，其余的 7 個負極接到 74ls47 相應的 abcdefg 輸出端上。無論共陰共陽 7 段顯示電路，都需要加限流電阻，否則 通電后就把 7 段譯碼管燒壞了！限流電阻的選取是：5v 電源電壓減去發(fā)光二極管的工作電 壓除上 10ma 到 15ma 得數(shù)即為限流電阻的值。發(fā)光二極管的工作電壓一般在 1.8v-2.2v， 為計算方便，通常選 2v 即可！發(fā)光二極管的工作電流選取在 10-20ma，

28、電流選小了，7 段數(shù) 碼管不太亮，選大了工作時間長了發(fā)光管易燒壞！對于大功率 7 段數(shù)碼管可根據(jù)實際情況來 選取限流電阻及電阻的瓦數(shù)！ 74ls48 芯片是一種常用的七段數(shù)碼管譯碼器驅動器，常用在 各種數(shù)字電路和單片機系統(tǒng)的顯示系統(tǒng)中。 圖 4-1 bcd 七段譯碼器驅動器 圖4-2 七段數(shù)碼管引腳圖 共陽極的 led 數(shù)碼管，共陽就是 7 段的顯示字碼共用一個電源的正。原理示意圖： 圖 4-3 數(shù)碼管各字段引腳 從上圖可以看出，要是數(shù)碼管顯示數(shù)字，有兩個條件：1.是要在 vt 端（3/8 腳）加正 電源；2.要使（a,b,c,d,e,f,g,dp)端接低電平或“0”電平。這樣才能顯示的。一般

29、剛接觸 數(shù)碼顯示的朋友搞不清字段和編碼的關系，其實要看硬件的電路的組成的，本站的實驗板上 的數(shù)碼顯示是用 p0 口驅動的，原理圖可以參閱實驗板的網(wǎng)頁，其計算的方法如下，例：如 要顯示“0”，則要 a,b,c,d,e,f 六個字段亮就顯示“0”了，而 g 和 dp 字段不亮；這樣 只要向 p0 口送出相應的代碼即可，編碼方法如下表： 表 4-1 數(shù)碼管編碼方法 dpgfedcba p0.7p0.6p0.5p0.4p0.3p0.2p0.1p0.0 顯示的 字符 編碼 110000000c0h 111100111f3h 101001002a4h 101100003b0h 10011001499h 1

30、0010010592h 10000010682h 111110007f8h 10000000880h 10010000990h 10001000a88h 10001110f8eh 5 啟動電路功能模塊 5.1 按鈕開關 1.輕觸開關用途和知識： 輕觸開關（如圖 5-1）現(xiàn)已成為中國需求量最大的一個開關類別。便攜式消費數(shù)碼電子 產品與儀器儀表是應用輕觸開關最多的領域。比如一臺彩電要用 6 只、一套組合音響要用 20 只左右。如今輕觸開關應用范圍還在不斷擴大，主要領域在視頻類電子產品、家電類、 醫(yī)療電子產品、車載音響、便攜式電子產品、自動化控制系統(tǒng)、檢測測量儀器等。市場配套 需求繼續(xù)看好，而商家之

31、間競爭越來越激烈，主要表現(xiàn)在生產專業(yè)化、自動化越來越強，產 量已經(jīng)越來越集中在少數(shù)幾家有實力的、有規(guī)模的企業(yè)之中。 2.輕觸開關外形及分類 輕觸開關是近十多年市場需求增長最快、應用面最廣的一個產品。具有外型小、超薄、 按力極?。ㄗ钚?n 可達 0.98）又輕的特點。類型有標準型、密封型、smd 型、防水型、擺桿 型、長型、立式型、半圓陣列薄型等。接點鍍銀、鍍金。安裝形式主要有插入焊接式、嵌入 插腳式、表面貼裝等。尺寸有 4.54.5mm、63.5mm、66mm、6.66.6mm、88mm、1010mm、1212mm 等。 優(yōu)點是適合高密度表面貼裝，有的焊接后可清洗，密封型可防塵，最適合惡劣環(huán)境

32、選用， 電路設計簡單。產品壽命 10 萬1000 萬次不等。產品已成系列。 圖 5-1 輕觸開關實物圖 5.2 二極管 半導體二極管、三極管、場效應管是電路中最常用的半導體器件，pn 結是構成各種半 導體器件的重要基礎。導電能力介于導體和絕緣體之間的物質稱為半導體。具有熱敏、光敏、 摻雜特性；根據(jù)摻入的雜質不同，可分為：n 型半導體、p 型半導體。pn 結是采用特定的制 造工藝，使一塊半導體的兩邊分別形成 p 型半導體和 n 型半導體，它們交界面就形成 pn 結。 pn 結具有單向導電性，即在 p 端加正電壓，n 端接負時 pn 結電阻很低，pn 結處于導通狀態(tài)， 加反向電壓時，pn 結呈高阻

33、狀態(tài)，為截止,漏電流很小。 1、二極管簡介 將 pn 結加上相應的電極引線和管殼就成為半導體二極管。p 結引出的電極稱為陽極 （正極），n 結引出的電極稱為陰極（負極），原理圖中一般常用 d1、d2、d？等表示。 圖 5-2 穩(wěn)壓二極管原理圖 二極管正向導通特性（死區(qū)電壓）：硅管的死區(qū)電壓大于 0。5v，諸管大于 0。1v。用 數(shù)字式萬用表的二極管檔可直接測量出正極和負極。利用二極管的單向導電性可以組成整流 電路。將交流電壓變?yōu)閱蜗蛎}動電壓。 使用注意事項： 1.在整流電路中流過二極管的平均電流不能超過其最大整流電流； 2.在震蕩電路或有電感的回路中注意其最高反向擊穿電壓的使用問題； 3.整流

34、二極管不應直接串聯(lián)（大電流時）或并聯(lián)使用，串聯(lián)使用時，每個二極管應并 聯(lián)一個均壓電阻，其大小按 100v（峰值）70k 左右計算，并聯(lián)使用時，每個二極管應串聯(lián) 10 歐的電阻均流，以免個別元件過載。 4.二極管在容性負載線路中使用時，額定整流電流值應降低 20%使用。分類：穩(wěn)壓二 極管、光敏二極管、發(fā)光二極管、變容二極管、肖特基二極管、快恢復二極管等。光敏二極 管，又稱光電二極管，其 pn 結也是工作在反偏狀態(tài)（和穩(wěn)壓二極管一樣），是一種光接受 器件；其反向電流隨光照強度的增加而上升，反向電流與照度成正比。其可用于光的測量， 當制成大面積的光電二極管時，能將光能直接轉換成電能，就是光電池。 2

35、.二極管的基本應用 （1）整流 利用二極管正偏時導通、反偏時截止的不對稱非線性特性實現(xiàn)整流變換， 這是二極管最基本的應用。 （2）續(xù)流 用做續(xù)流二極管。當開關 s 切斷電感電路時，為防止電感產生很高的反電 動勢 e=ldi/dt，而損壞設備，接入一個二極管 d，使電感電流有一個繼續(xù)流動的回路，使 開關管 s 在關斷時其兩端電壓不超過電源電壓 us，避免了因電感斷流而在開關器件兩端出 現(xiàn)高壓。 （3）限幅 當輸入信號電壓 us 變化范圍很大時，為了使信號電壓的幅值能夠限制在某 個范圍之內，可采用二極管限幅電路。設二極管閾值電壓為 uth，當 usuth 時，二極管導通，二極管電壓被限制為正向導

36、通電壓。一個硅管約為 0.7v，一個鍺管約為 0.3v。幾個二極管串聯(lián)可得到不同的限幅值。 （4）鉗位 中負載電阻 rl 改變時，只要二極管 d 處于正偏導通狀態(tài)；則輸出端電壓 uo 將等于電源電壓 ug 加二極管正向電壓降 uf，uo=ug+uf 而與負載無關。即 uo 被鉗位到 ug+uf。當然要保持二極管總是處于正偏導通狀態(tài)，rl 不能過小，rl 太小時流過 r 上的電流 過大、r 上的電壓降太大以致（e-ri）ug 時，二極管反偏截止，uo 將隨 rl 的改變而改 變，鉗位電路失去作用。 （5）穩(wěn)壓 穩(wěn)壓管也是一種半導體二極管。這種二極管的正常工作區(qū)是在反向擊穿區(qū)， 第三象限區(qū)。二極管

37、反向擊穿后反向電流改變時，其反向端電壓基本不變。因此當電源電壓 us 改變時，通過穩(wěn)壓管的反向電流改變，使串聯(lián)電阻 r 上的壓降改變，而使負載電壓 uo 基本不變。這種簡單的穩(wěn)壓電路應用也很廣泛。 圖 5-3 穩(wěn)壓二極管實物圖 5.3 電阻 1.概念 電阻器(resistor) ：用導體制成具有一定阻值的元件。電阻是導體的一種基本性質， 與導體的尺寸、材料、溫度有關。 作用：主要職能就是阻礙電流流過 ，應用于限流、分流、降壓、分壓、負載與電容配 合作濾波器及阻匹配等。 2.電阻的分類 a.按阻值特性：固定電阻、可調電阻、特種電阻(敏感 電阻) 。不能調節(jié)的,我們稱之 為固定電阻，而可以調節(jié)的，

38、我們稱之為可調電阻。常見的例如收音機音量調節(jié)的，主要應 用于電壓分配的，我們稱之為電位器。 b.按制造材料：碳膜電阻、金屬膜電阻、線繞電阻等。 c.按安裝方式：插件電阻、貼片電阻。 3.電阻的主要參數(shù) a. 標稱阻值：標稱在電阻器上的電阻值稱為標稱值.單位：、k、 m。標稱值是 根據(jù)國家制定的標準系列標注的，不是生產者任意標定的。 不是所有阻值的電阻器都存在。 b.允許誤差：電阻器的實際阻值對于標稱值的最大允許偏差范圍稱為允許誤差.誤差代 碼:f 、 g 、 j、 k c.額定功率：指在規(guī)定的環(huán)境溫度下，假設周圍空氣不流通,在長期連續(xù)工作而不損壞 或基本不改變電阻器性能的情況下，電阻器上允許的

39、消耗功率。常見的有 1/16w 、 1/8w 、 1/4w 、 1/2w 、 1w 、 2w 、 5w 、10w。 4.阻值和誤差的標注方法 a.直標法將電阻器的主要參數(shù)和技術性能用數(shù)字或字母直接標注在電阻體上。例如: 5.1k 5% 5.1k j b.文字符號法將文字、數(shù)字兩者有規(guī)律組合起來表示電阻器的主要參數(shù)。例如: 0.1=1=0r1，3.3=33=3r3，3k3=3.3k c.色標法用不同顏色的色環(huán)來表示電阻器的阻值及誤差等級，普通電阻一般有 4 環(huán)表 示，精密電阻用 5 環(huán)。 5.色環(huán)電阻第一環(huán)如何確定請參照色標法圖片 a.四環(huán)電阻： 因表示誤差的色環(huán)只有金色或銀色，色環(huán)中的金色或銀

40、色環(huán)一定是第四環(huán)。 b.五環(huán)電阻： (1)從阻值范圍判斷：因為一般電阻范圍是 0-10m，如果我們讀出的阻值超過這個范圍， 可能是第一環(huán)選錯了。 (2)從誤差環(huán)的顏色判斷：表示誤差的色環(huán)顏色有銀、金、紫、藍、綠、紅、棕.如里靠 近電阻器端頭的色環(huán)不是誤差顏色，則可確定為第一環(huán)。 表 5-1 電阻符號的意義 6.普通電阻的選用常識 a.正確選有電阻器的阻值和誤差: 阻值選用：原則是所用電阻器的標稱阻值與所需電阻器阻值差值越小越好。 誤差選用：時間常數(shù) rc 電路所需電阻器的誤差盡量小。一般可選 5%以內.對退耦電路， 反饋電路濾波電路負載電路對誤差要求不太高?？蛇x 10%-20%的電阻器。 b.

41、根據(jù)電路特點選用： 高頻電路：分布參數(shù)越小越好，應選用金屬膜電阻、金屬氧化膜電阻等高頻電阻。 低頻電路：繞線電阻、碳膜電阻都適用。 功率放大電路、偏置電路、取樣電路：電路對穩(wěn)定性要求比較高，應選溫度系數(shù)小的電 阻器。 第一部分：主 稱 第二部分：材 料 第三部分：特征分類第四部分 意義 符號意義符號意義符號 電阻器電位器 r 電阻器 t 碳膜 1 普通普通 h 合成 膜 2 s 有機 實心 3 超高頻 n 無機 4 高阻 j 金屬 膜 5 高溫 y 氧化 膜 6 c 沉積 膜 7 精密 i 玻璃 8 高壓 p 硼碳 9 特殊 u 硅碳 g 高功率 x 線繞 t 可調 m 壓敏 w 微調 g 光

42、敏 d 多圈 b 溫度 c p 旁熱 w 穩(wěn)壓 w 電位器 r 熱敏 z 正溫度 退耦電路、濾波電路： 對阻值變化沒有嚴格要求,任何類電阻器都適用。 電阻是：起限流、降壓作用。 7.電阻的分類與命名方法： 如：rj7，就表示精密金屬膜電阻器；wxd-表示多圈線繞電位器。 電阻的阻值及精度等級一般用文字或數(shù)字印于電阻器上，現(xiàn)常用色環(huán)表示；現(xiàn)在電阻有 四色環(huán)的也有精度高達 1%的五色環(huán)電阻。顏色和數(shù)字對應如下： 表 5-2 電阻色環(huán)數(shù)值對照表 棕紅橙黃綠藍紫灰白黑金銀 12345678900.10.01 5.4 電容元件 5.4.1 瓷片電容 1電容基本描述： 電容是表征電容器容納電荷的本領的物理

43、量。我們把電容器的兩極板間的電勢差增加 1 伏所需的電量，叫做電容器的電容。電容在電路中一般用“c”加數(shù)字表示（如 c13 表示編 號為 13 的電容）。電容是由兩片金屬膜緊靠，中間用絕緣材料隔開組成的元件。電容的特 性主要是隔直流通交流。電容容量的大小就是表示能貯存電能的大小，電容對交流信號的阻 礙作用稱為容抗，它與交流信號的頻率和電容量有關。容抗 xc=1/2f c (f 表示交流信號 的頻率，c 表示電容容量)。電話機中常用電容的種類有電解電容、瓷片電容、貼片電容、 獨石電容、鉭電容和滌綸電容等。 電容的標示： 電容的符號是 c。電容的單位是法拉，簡稱法，符號是 f。一個電容器，如果帶

44、1 庫的 電量時兩級間的電勢差是 1 伏，這個電容器的電容就是 1 法。 2識別方法： 電容的識別方法與電阻的識別方法基本相同，分直標法、色標法和數(shù)標法 3 種。電容的 基本單位用法拉（f）表示，其它單位還有：毫法（mf）、微法（uf）、納法（nf）、皮法 （pf）。 其中：1 法拉=103 毫法=1xx 微法=109 納法=1012 皮法容量大的電容其容量值在電容上 直接標明，如 10 uf/16v 容量小的電容其容量值在電容上用字母表示或數(shù)字表示。 字母表示法：1m=1000 uf 1p2=1.2pf 1n=1000pf 數(shù)字表示法：一般用三位數(shù)字表示容量大小，前兩位表示有效數(shù)字，第三位數(shù)

45、字是倍率。 如：102 表示 10102pf=1000pf 224 表示 22104pf=0.22 uf 3.電容容量誤差表 符 號 fgjklm 允許誤差 1% 2% 5% 10% 15% 20% 如：一瓷片電容為 104j 表示容量為 0. 1 uf、誤差為5%。 電容的公式是：c=q/u, 但電容的大小不是由 q 或 u 決定的，即：c=s/4kd 。 是一個常數(shù)，與電介質的性質有關。k 則是靜電力常量 很多電子產品中，電容器都是必不可少的電子元器件，它在電子設備中充當整流器的平 滑濾波、電源和退耦、交流信號的旁路、交直流電路的交流耦合等。 4.電容相關參數(shù)： 標稱電容量(cr)：電容器

46、產品標出的電容量值。 云母和陶瓷介質電容器的電容量較低(大約在 5000pf 以下)；紙、塑料和一些陶瓷介質 形式的電容量居中(大約在 0005f10f)；通常電解電容器的容量較大。這是一個粗略的 分類法。 b.類別溫度范圍：電容器設計所確定的能連續(xù)工作的環(huán)境溫度范圍，該范圍取決于它相 應類別的溫度極限值，如上限類別溫度、下限類別溫度、額定溫度(可以連續(xù)施加額定電壓 的最高環(huán)境溫度)等。 c.額定電壓(ur)：在下限類別溫度和額定溫度之間的任一溫度下，可以連續(xù)施加在電容 器上的最大直流電壓或最大交流電壓的有效值或脈沖電壓的峰值。 電容器應用在高壓場合時，必須注意電暈的影響。電暈是由于在介質/電

47、極層之間存在 空隙而產生的，它除了可以產生損壞設備的寄生信號外，還會導致電容器介質擊穿。在交流 或脈動條件下，電暈特別容易發(fā)生。對于所有的電容器，在使用中應保證直流電壓與交流峰 值電壓之和不的超過直流電壓額定值。 d.損耗角正切(tg)：在規(guī)定頻率的正弦電壓下，電容器的損耗功率除以電容器的無功 功率。 這里需要解釋一下，在實際應用中，電容器并不是一個純電容，其內部還有等效電阻， 它的簡化等效電路如下圖所示。圖中 c 為電容器的實際電容量，rs 是電容器的串聯(lián)等效電 阻，rp 是介質的絕緣電阻，ro 是介質的吸收等效電阻。對于電子設備來說，要求 rs 愈小愈 好，也就是說要求損耗功率小，其與電容

48、的功率的夾角 要小。 這個關系用下式來表達： tg=rs/xc=2fcrs 因此，在應用當中應注意選擇這 個參數(shù)，避免自身發(fā)熱過大，以減少設備的失效性。 e.電容器的溫度特性：通常是以 20基準溫度的電容量與有關溫度的電容量的百分比 表示。 補充： 電容在電路中一般用“c”加數(shù)字表示（如 c13 表示編號為 13 的電容）。電容是由兩 片金屬膜緊靠，中間用絕緣材料隔開而組成的元件。電容的特性主要是隔直流通交流。 電容容量的大小就是表示能貯存電能的大小，電容對交流信號的阻礙作用稱為容抗，它 與交流信號的頻率和電容量有關。 容抗 xc=1/2f c (f 表示交流信號的頻率，c 表示電容容量)電話

49、機中常用電容的種類 有電解電容、瓷片電容、貼片電容、獨石電容、鉭電容和滌綸電容等。 識別方法：電容的識別方法與電阻的識別方法基本相同，分直標法、色標法和數(shù)標法 3 種。電容的基本單位用法拉（f）表示，其它單位還有：毫法（mf）、微法（f） /mju:/、納法（nf）、皮法（pf）。其中：1 法拉=1000 毫法（mf），1 毫法=1000 微法 （f），1 微法=1000 納法(nf)，1 納法=1000 皮法(pf)。容量大的電容其容量值在電容上 直接標明，如 10 f/16v。容量小的電容其容量值在電容上用字母表示或數(shù)字表示，字母 表示法：1m=1000 f 1p2=1.2pf 1n=10

50、00pf。數(shù)字表示法：一般用三位數(shù)字表示容量大小， 前兩位表示有效數(shù)字，第三位數(shù)字是倍率。如：102 表示 10102pf=1000pf 224 表示 22104pf=0.22f。 5使用壽命：電容器的使用壽命隨溫度的增加而減小。主要原因是溫度加速化學反應 而使介質隨時間退化。 6絕緣電阻：由于溫升引起電子活動增加，因此溫度升高將使絕緣電阻降低。 電容器包括固定電容器和可變電容器兩大類，其中固定電容器又可根據(jù)所使用的介質材 料分為云母電容器、陶瓷電容器、紙/塑料薄膜電容器、電解電容器和玻璃釉電容器等；可 變電容器也可以是玻璃、空氣或陶瓷介質結構。以下附表列出了常見電容器的字母符號。 5.4.2

51、 電解電容 電解電容的作用： 濾波作用： 在電源電路中，整流電路將交流變成脈動的直流，而在整流電路之后接入一個較大容量 的電解電容，利用其充放電特性，使整流后的脈動直流電壓變成相對比較穩(wěn)定的直流電壓。 在實際中，為了防止電路各部分供電電壓因負載變化而產生變化，所以在電源的輸出端及負 載的電源輸入端一般接有數(shù)十至數(shù)百微法的電解電容。由于大容量的電解電容一般具有一定 的電感，對高頻及脈沖干擾信號不能有效地濾除，故在其兩端并聯(lián)了一只容量為 0.001- 0.lpf 的電容，以濾除高頻及脈沖干擾。 耦合作用： 在低頻信號的傳遞與放大過程中，為防止前后兩級電路的靜態(tài)工作點相互影響，常采用 電容藕合。為了

52、防止信號中韻低頻分量損失過大，一般總采用容量較大的電解電容。 圖5-4電解電容實物圖 電解電容的使用注意事項： 1電解電容由于有正負極性，因此在電路中使用時不能顛倒聯(lián)接。在電源電路中，輸 出正電壓時電解電容的正極接電源輸出端，負極接地，輸出負電壓時則負極接輸出端，正極 接地當電源電路中的濾波電容極性接反時，因電容的濾波作用大大降低，一方面引起電源 輸出電壓波動，另一方面又因反向通電使此時相當于一個電阻的電解電容發(fā)熱。當反向電壓 超過某值時，電容的反向漏電電阻將變得很小，這樣通電工作不久，即可使電容因過熱而炸 裂損壞。 2加在電解電容兩端的電壓不能超過其允許工作電壓，在設計實際電路時應根據(jù)具體

53、情況留有一定的余量，在設計穩(wěn)壓電源的濾波電容時，如果交流電源電壓為 220時變壓器 次級的整流電壓可達 22v，此時選擇耐壓為 25v 的電解電容一般可以滿足要求。但是，假如 交流電源電壓波動很大且有可能上升到 250v 以上時，最好選擇耐壓 30v 以上的電解電容。 3電解電容在電路中不應靠近大功率發(fā)熱元件，以防因受熱而使電解液加速干涸。 4對于有正負極性的信號的濾波，可采取兩個電解電容同極性串聯(lián)的方法，當作一個 無極性的電容。 6 電子計分器電路模塊連接、系統(tǒng)調試和完善 對于本單元的模塊連接就是依照電路圖將所選元件連接到電路板上，連接模塊時注意元 器件要按照電路圖所要求的進行連接，按照試驗

54、的要求分類進行連接。連接電阻時要分清電 阻的阻值和類別。集成塊的安裝要對應好了方可安裝，如果在焊接時避免集成塊管腳焊壞， 可在電路板上先焊好芯片座，然后再把集成塊插在芯片座上。雙向可控硅的連接時也注意三 個管腳的連接位置，另外還有二極管及電容的安裝要分清它的正極、負極。開關的安裝也按 照電路圖所標的位置。 1.裝配時注意：不要扭動固定爪、拆卸。 2.焊接注意： (1)烙鐵一股選用內熱式(2035 w）或調溫式(烙鐵的溫度不超過 300)，烙鐵頭選用 小圓錐形。 (2)加熱時應盡量使烙鐵頭接觸印制板上銅箔和元器件引線。對于較大的焊盤(直徑大于 5 mm)，焊接時刻移動烙鐵，即烙鐵繞焊盤轉動。 (

55、3)對于金屬化孔的焊接，焊接時不僅要讓焊料潤濕焊盤，而且孔內也要潤濕填充。因 此，金屬化孔加熱時間應比單面板長。 (4)焊接時不要用烙鐵頭摩擦焊盤，要靠表面清理和預焊來增強焊料潤濕性能。耐熱性 差的元器件應使用工具輔助散熱，如鑷子。 焊接晶體管時，注意每個管子的焊接時問不要超過 10 秒鐘，并使用尖嘴鉗或鑷子夾持 引腳散熱，防止燙壞晶體管。焊接 cmos 電路時，如果事先已將各引線短路，焊接前不要拿 掉短路線。對使用高壓的烙鐵，最好在焊接時拔下插頭，利用余熱焊接。焊接集成電路時， 在能夠保證浸潤的前提下，盡量縮短焊接時問，一股每腳不要超過 2 秒鐘。 3.模塊的使用與保養(yǎng)：嚴格按模塊通斷電時序接電，即，必須在正電源接入后再輸入信 號電平，只有斷開信號電平后才能斷開電源，否則模塊將損壞； 4.模塊連接： 把已經(jīng)測試好的電阻、電容、硅穩(wěn)壓管、硅整流二極管、譯碼器、加法器、jk 觸發(fā)器、 七段數(shù)碼管、開關、若干導線、面包板放在實驗臺上，按照電路圖把元器件連接在面包板上。 模塊連接完畢后,根據(jù)電路圖檢查所連接的實物是否正確后，把電源線和保險管連接好。 5.系統(tǒng)調試： 按照原理圖在面包板上插好元器件，連接好線路。當接通 220 伏電壓時，按下開關 s1 后觀察七段數(shù)碼管是否從 000 開始計數(shù)并到 199 結束。若數(shù)