2417.手動(dòng)式公共汽車報(bào)站顯示電路的設(shè)計(jì)

1、手動(dòng)式公共汽車報(bào)站顯示電路 2009屆學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)手動(dòng)式公共汽車報(bào)站顯示電路的設(shè)計(jì)摘要本文設(shè)計(jì)了手動(dòng)式公共汽車報(bào)站顯示電路。它的主體電路由周期秒脈沖電路、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路、十進(jìn)制分頻電路和譯碼驅(qū)動(dòng)電路組成。通過對秒脈沖產(chǎn)生電路的分析，采用施密特觸發(fā)器構(gòu)成的多諧震蕩器產(chǎn)生秒脈沖。單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路使用了兩片74ls00芯片、一個(gè)電阻和一個(gè)電容。譯碼驅(qū)動(dòng)顯示電路使用了cd4510、cd4511和七段共陰數(shù)碼管來實(shí)現(xiàn)。本電路具有公共汽車到站顯示功能。通過對所設(shè)計(jì)的手動(dòng)式公共汽車報(bào)站顯示電路進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測試，最終實(shí)現(xiàn)整體電路的所有功能。該電路具有成本低、性能穩(wěn)定等諸多優(yōu)點(diǎn)。關(guān)鍵字?jǐn)?shù)字集成電路 手動(dòng)式公共汽車報(bào)站

2、顯示 周期秒脈沖電路 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路 十進(jìn)制分頻電路 譯碼驅(qū)動(dòng)顯示電路 目 錄引 言3第一章系統(tǒng)概述41.1設(shè)計(jì)意義41.2設(shè)計(jì)指標(biāo)41.3總體設(shè)計(jì)方案41.3.1 設(shè)計(jì)思想41.3.2 總體電路結(jié)構(gòu)框圖51.3.3 方案的論證與比較5第二章 單元電路的設(shè)計(jì)62.1 秒脈沖電路的設(shè)計(jì)62.1.1 芯片介紹62.1.2 秒脈沖電路的工作原理及功能62.1.3 參數(shù)計(jì)算及器件的選擇72.2 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路的設(shè)計(jì)82.2.1 芯片介紹82.2.2 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路的原理及功能92.3 十進(jìn)制計(jì)數(shù)電路的設(shè)計(jì)92.3.1 芯片的介紹92.3.2 十進(jìn)制計(jì)數(shù)電路的工作原理及功能102.4 譯碼與顯示驅(qū)動(dòng)電路

3、的設(shè)計(jì)112.4.1 芯片的介紹112.4.2 數(shù)碼管結(jié)構(gòu)122.4.3譯碼與顯示驅(qū)動(dòng)電路的工作原理及功能142.5 手動(dòng)式公共汽車報(bào)站顯示電路的總工作原理14第三章 電路的安裝及調(diào)試163.1 設(shè)計(jì)方案驗(yàn)證163.2 電路板的制作173.3故障分析及解決19結(jié) 論20參考文獻(xiàn)21致 謝22附錄1 總的原理圖23附錄2 實(shí)物圖24附錄3 元器件清單25引 言當(dāng)今社會是數(shù)字化的社會，是數(shù)字集成電路廣泛應(yīng)用的社會。數(shù)字集成電路本身在不斷地進(jìn)行更新?lián)Q代。它由早期的電子管、晶體管、小中規(guī)模集成電路、發(fā)展到超大規(guī)模集成電路(vlsic，幾萬門以上)以及許多具有特定功能的專用集成電路。本次設(shè)計(jì)基本上采用的

4、都是“數(shù)字集成電路”。在現(xiàn)代社會中，汽車已成為不可缺少的交通工具，不單單是一種代步工具，更是一種社會生活水平的象征。但是，汽車在帶給我們快速、便捷的同時(shí)，也帶來了大量的帶來了大量的環(huán)境污染。據(jù)有關(guān)部門統(tǒng)計(jì)，大城市交通干道的no2和co嚴(yán)重超過國家標(biāo)準(zhǔn)，汽車污染已成為主要的空氣污染物，一些城市臭氧濃度嚴(yán)重超標(biāo)，已具有發(fā)生光化學(xué)煙霧污染的潛在危險(xiǎn)，所以選擇公共汽車出行的重要性就體現(xiàn)出來了。通過本次設(shè)計(jì)，目的是理解以往所學(xué)的知識，掌握數(shù)字集成電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)和調(diào)試的方法，增加集成電路應(yīng)用知識，培養(yǎng)自己的實(shí)際動(dòng)手能力以及分析解決問題的能力。手動(dòng)式公共汽車報(bào)站顯示電路為乘客正確上下車占據(jù)重要地位，因?yàn)樗鼈儼l(fā)

5、出的信號顯示汽車到站情況，對乘客正確到站上下車提供幫助。 第一章 系統(tǒng)概述1.1 設(shè)計(jì)意義 如今的時(shí)代，萬物日新月異，在汽車領(lǐng)域中，這種變化也同樣存在。現(xiàn)在，汽車不僅僅是主要的交通工具之一，同時(shí)也是時(shí)尚和潮流的最好的體現(xiàn)。據(jù)有關(guān)部門統(tǒng)計(jì)，大城市交通干道的nox和co嚴(yán)重超過國家標(biāo)準(zhǔn)，汽車污染已成為主要的空氣污染物，一些城市臭氧濃度嚴(yán)重超標(biāo)，已具有發(fā)生光化學(xué)煙霧污染的潛在危險(xiǎn)，所以選擇公共汽車出行的重要性就體現(xiàn)出來了。再者公交車上大多人源比較多，可能看不到窗外，因而乘客錯(cuò)下公交車的可能性就大大增加了。因此為了方便乘客，便發(fā)明了報(bào)站電路。公共汽車為廣大乘客出行提供了很大的方便，它在現(xiàn)代高科技生活中

6、扮演著重要的角色。本次設(shè)計(jì)的是手動(dòng)式公共汽車報(bào)站顯示電路，它的主體電路是用cmos集成芯片來實(shí)現(xiàn)的。利用紅色發(fā)光二極管來模擬公交路線的站數(shù)，數(shù)碼管模擬語音信號。實(shí)現(xiàn)了較簡單的邏輯功能。重點(diǎn)是通過本次設(shè)計(jì)過程，了解和掌握邏輯電路的設(shè)計(jì)、分析。1.2 設(shè)計(jì)指標(biāo)本設(shè)計(jì)是手動(dòng)式公共汽車報(bào)站顯示電路，公交線路有10個(gè)站(用發(fā)光二極管模擬)，用七段數(shù)碼管模擬語音信號。當(dāng)公交車到達(dá)第一站時(shí)，第一個(gè)發(fā)光二極管亮；當(dāng)有乘客需要在這站上下車時(shí)，公交司機(jī)按下按鍵開關(guān)，數(shù)碼管顯示0，以此類推。1.3 總體設(shè)計(jì)方案cmos電子技術(shù)是當(dāng)前發(fā)展最快的學(xué)科之一。由于半導(dǎo)體技術(shù)的迅速發(fā)展，微型計(jì)算機(jī)的廣泛應(yīng)用，所以cmos電子

7、技術(shù)在現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域中占很重要的地位，應(yīng)用也更加廣泛。如自動(dòng)控制、計(jì)算機(jī)應(yīng)用等。cmos電路的設(shè)計(jì)過程和方法也在不斷的發(fā)展和完善。此次設(shè)計(jì)的手動(dòng)式公共汽車報(bào)站顯示電路很大程度上是依據(jù)所學(xué)的數(shù)字電子技術(shù)的專業(yè)知識，其原理簡單易懂。1.3.1 設(shè)計(jì)思想根據(jù)以定的設(shè)計(jì)指標(biāo)，用發(fā)光二極管來模擬公交路線的站數(shù)，用七段數(shù)碼管模擬語音信號。當(dāng)公交車到達(dá)第一站時(shí)，第一個(gè)發(fā)光二極管亮；當(dāng)有乘客需要在這站上下車時(shí)，公交司機(jī)按下按鍵開關(guān)，數(shù)碼管顯示0，以此類推。1.3.2 總體電路結(jié)構(gòu)框圖根據(jù)以上設(shè)計(jì)分析與功能描述，可得出公共汽車報(bào)站顯示電路的結(jié)構(gòu)框圖，如圖1-1所示。整個(gè)電路可由秒脈沖產(chǎn)生電路、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路、

8、十進(jìn)制分頻電路與顯示驅(qū)動(dòng)電路四個(gè)部分組成。秒脈沖產(chǎn)生電路單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路譯碼顯示驅(qū)動(dòng)電路十進(jìn)制計(jì)數(shù)電路 圖1-1手動(dòng)式公共汽車報(bào)站顯示電路的結(jié)構(gòu)框圖1.3.3 方案的論證與比較本設(shè)計(jì)采用模塊化的設(shè)計(jì)方式，從結(jié)構(gòu)框圖看電路有五個(gè)單元電路組成，每個(gè)單元實(shí)際上都是獨(dú)立的電路，有幾個(gè)單元電路有很多種設(shè)計(jì)方案，面對這些方案，要通過各方面比較選出最合適的方案。1. 秒脈沖電路的選擇方案一：由門電路構(gòu)成的多諧振蕩器。當(dāng)電源電壓波動(dòng)時(shí)，會使振蕩頻率不穩(wěn)定，容易受溫度、電源電壓及外界干擾的影響，因此頻率穩(wěn)定性較差。方案二：石英晶體多諧振蕩器雖然可以得到頻率穩(wěn)定性極高的脈沖波形，但本次設(shè)計(jì)對脈沖信號的要求是1hz左

9、右即可，學(xué)校實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的石英晶體基本為6mhz和12mhz，想要得到1hz的頻率還需通過大量的分頻電路，會使電路顯的十分復(fù)雜。方案三：由集成施密特觸發(fā)器組成多諧振蕩器。通過電容值和可調(diào)的電阻值來確定輸出矩形波的頻率值（通常為10hz），并且集成施密特觸發(fā)器具有較好的性能，其正向閾值電壓ut+和負(fù)向閾值電壓ut-也很穩(wěn)定，有很強(qiáng)的抗干擾能力，使用方便，電路簡單可調(diào)。根據(jù)學(xué)校條件等各方面因素的分析，最終本設(shè)計(jì)采用方案三。2. 三進(jìn)制計(jì)數(shù)器的選擇方案一：由j-k觸發(fā)器構(gòu)成的三進(jìn)制計(jì)數(shù)器。采用一片雙jk觸發(fā)器74ls76即可，此電路結(jié)構(gòu)簡單，成本低。方案二：由d觸發(fā)器構(gòu)成的三進(jìn)制計(jì)數(shù)器。采用一片雙d觸

10、發(fā)器74ls74以及74ls00、74ls04共同來實(shí)現(xiàn)，電路需要三個(gè)芯片（至少兩片）。通過對方案一和方案二的比較，選擇方案一進(jìn)行計(jì)數(shù)器的設(shè)計(jì)。第二章 單元電路的設(shè)計(jì)2.1 秒脈沖電路的設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)采用集成施密特觸發(fā)器cd4093組成多諧振蕩器。多諧振蕩器是一種脈沖產(chǎn)生電路，它的特點(diǎn)是不需要外加輸入信號，而使電路能夠周而復(fù)始地振蕩。因此，秒脈沖電路的設(shè)計(jì)大多采用多諧振蕩器。多諧振蕩器沒有穩(wěn)定狀態(tài)，只有兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)，暫穩(wěn)態(tài)時(shí)間的長短取決于定時(shí)元件的充放電時(shí)間，振蕩周期是多諧振蕩器的主要參數(shù)。多諧振蕩電路必須接成正反饋。2.1.1 芯片介紹cd4093芯片管腳功能如圖2-1所示，它具有4個(gè)雙輸入的施密

11、特觸發(fā)器電路，對于每個(gè)輸入端都具有施密特觸發(fā)器電路特性。當(dāng)vdd=5v時(shí)，vt+=3.3v，vt- =1.8v。應(yīng)當(dāng)指出：不同的電源電壓vdd，它的vt+和vt-的值是不一樣的。圖2-1cd4093內(nèi)部管腳圖2.1.2 秒脈沖電路的工作原理及功能由施密特觸發(fā)器組成多諧振蕩器時(shí)，僅需要外接一個(gè)電阻和一個(gè)電容。本電路主要用于對精度要求不高的低頻振蕩源，下頁圖2-2所示，就是cd4093構(gòu)成的自激多諧振蕩器的電路組成原理圖（a）、工作波形圖(b)和實(shí)際電路組成圖。 圖2-2 施密特觸發(fā)器組成的多諧振蕩器和工作波形示意圖(a)電路原理圖(b)工作波形圖 (c)實(shí)際電路組成示意圖從圖2-2（b）中看出，

12、接通電源后，因電容c兩端初始電壓為零，所以輸出u0為高電平，此時(shí)電流經(jīng)電阻r向電容c充電，使ui上升，當(dāng)ui上升到正向閾值電壓vt+時(shí)，電路迅速翻轉(zhuǎn)，輸出u0為低電平，這樣電容c經(jīng)電阻r再向輸出端放電，當(dāng)ui下降到負(fù)向閾值電壓vt-時(shí)，電路再次翻轉(zhuǎn)7。這樣，電容c如此周而復(fù)始地充電和放電，電路便產(chǎn)生了振蕩，輸出矩形波。其振蕩頻率可通過改變r(jià)和c的大小來調(diào)節(jié)。由于采用的是cmos施密特觸發(fā)器，而且uoh=vdd，uol=0，則根據(jù)圖2-2（b）的電壓波形得到計(jì)算振蕩周期的公式為： (2.1) 一般情況下，當(dāng)vdd=5v時(shí)，取vt+=3.3v, vt-=1.8v。2.1.3 參數(shù)計(jì)算及器件的選擇秒

13、脈沖產(chǎn)生電路如圖2-3所示，由cd4093施密特觸發(fā)器和rc定時(shí)電路構(gòu)成。這里r采用10k的可變電阻，可根據(jù)需要調(diào)節(jié)r的大小，從而改變彩燈移動(dòng)的時(shí)間間隔。根據(jù)式（2.1），已知vdd=5v, vt+=3.3v, vt-=1.8v。若取r=2.2k，c=220f，則=2.2×103×220×10-6×s 0.5s這個(gè)結(jié)果與實(shí)際設(shè)計(jì)要求存在一些偏差，但本次設(shè)計(jì)對秒脈沖電路的精確度并不是很高要求，對于發(fā)光二極管的閃爍足以用肉眼觀察到，因此此誤差不影響設(shè)計(jì)本身。由以上估算可知，秒脈沖產(chǎn)生電路的脈沖寬度為0.5s。2.2單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路的設(shè)計(jì)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路是常用的脈

14、沖整形電路。它有一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)和一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。在外加觸發(fā)脈沖的作用下經(jīng)一段時(shí)間后，又自動(dòng)返回到原來的穩(wěn)定狀態(tài)。2.2.1 芯片介紹74ls00是一個(gè)四-2輸入與非門電路即在一塊集成電路含有四個(gè)獨(dú)立的與非門。每個(gè)與非門有2個(gè)輸入端。74ls00芯片符號及引腳排列如圖2-4(a)、(b)所示。 （a）芯片符號 （b）引腳排列圖2-3 74ls00芯片符號及引腳排列示意圖其真值表如表2-1所示。表2-1 74ls00的真值表輸 入輸 出aby0010111011102.2.2 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路的工作原理及功能單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路由ct74h系列與非門和rc定時(shí)電路組成。g2輸出和g1輸入之間為直接耦合g1輸出和

15、g2輸入之間采用rc微分電路耦合。為使電路在輸入電壓u1為高電平時(shí)處于g1開通、g2關(guān)閉的穩(wěn)定狀態(tài)要求r小于r0ff。如圖2-4所示是74ls00構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路。（教師批閱：此處講述與圖2.4，與實(shí)際設(shè)計(jì)電路不符，改正之）圖2-4 單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)電路2.3十進(jìn)制計(jì)數(shù)器電路的設(shè)計(jì)根據(jù)總體電路的設(shè)計(jì)，需要一個(gè)十進(jìn)制計(jì)數(shù)器的狀態(tài)來控制譯碼器，此電路由一片cd4017和10個(gè)發(fā)光二極管構(gòu)成。10個(gè)發(fā)光二極管用來模擬公交路線的站站數(shù)。2.3.1 芯片介紹1. cd4017為十進(jìn)制計(jì)數(shù)電路，其管腳功能見圖2-5所示。 圖2-6 cd4017的引腳圖（注：q0-q9 計(jì)數(shù)脈沖輸出端；co：進(jìn)位脈沖輸淵；c

16、p：時(shí)鐘輸入端；cr：清除端；inh：禁止端。）芯片的真值表見表2-2所示。表2-2 十進(jìn)制計(jì)數(shù)電路cd4017管腳功能表 時(shí)鐘時(shí)鐘允許復(fù)位輸出狀態(tài)l×l不變×hl不變××h計(jì)數(shù)器復(fù)位(q0=h，q1- q9=l)ll進(jìn)到下一級×l不變×l不變×l進(jìn)到下一級 2.3.2 十進(jìn)制計(jì)數(shù)電路的工作原理及功能cd4017它是一片十進(jìn)制計(jì)數(shù)/分頻器，該器件具有關(guān)10個(gè)譯碼輸出端，每個(gè)譯碼輸出端通常處于低電平，具在時(shí)鐘脈沖由低到高的轉(zhuǎn)換過程中依次進(jìn)入高電平，每個(gè)輸出在高電平維持10個(gè)時(shí)鐘周期中的1個(gè)時(shí)鐘周期，輸出10進(jìn)入低電平后進(jìn)位輸出

17、由低電平轉(zhuǎn)到高，并能與時(shí)鐘允許端連成n級。當(dāng)cp輸入低電平時(shí)，用來模擬公交總站數(shù)的發(fā)光二極管以每隔1s的時(shí)間循環(huán)亮；當(dāng)cp輸入由低電平轉(zhuǎn)換到高電平時(shí)，發(fā)光二極管停止不往下循環(huán)，表示這一站有乘客上下車；當(dāng)cp由高電平轉(zhuǎn)換到低電平時(shí)，發(fā)光二極管又以每隔1s的時(shí)間循環(huán)亮。其電路如圖2-7所示。圖2-6十進(jìn)制計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)顯示原理示意圖2.4 譯碼與顯示驅(qū)動(dòng)電路的設(shè)計(jì) 譯碼與顯示驅(qū)動(dòng)是由cd4510、cd4511和七段共陰數(shù)碼管組成的電路，下面分別加以敘述。2.4.1 芯片的介紹cd4510十進(jìn)制同步加/減計(jì)數(shù)器為可預(yù)置bcd 加減可逆計(jì)數(shù)器，該器件主要由四位具有同步時(shí)鐘的d 型觸發(fā)器（具有選通結(jié)構(gòu)，提供

18、t 型觸發(fā)器功能）構(gòu)成。具有可預(yù)置數(shù)、加減計(jì)數(shù)器和多片級聯(lián)使用等功能。cd4510 具有復(fù)位cr，置數(shù)控制ld、并行數(shù)據(jù)d0d3、加減控制u/ d 、時(shí)鐘cp 和進(jìn)位ci 等輸入。cr 為高電平時(shí)，計(jì)數(shù)器清零。當(dāng)ld 為高電平時(shí)，d0d3 上的數(shù)據(jù)置入計(jì)數(shù)器中，ci 控制計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)操作，ci 0 時(shí)，允許計(jì)數(shù)。此時(shí)，若u/ d為高電平，在cp 時(shí)鐘上升沿計(jì)數(shù)器加1 計(jì)數(shù)；反之，在cp 時(shí)鐘上升沿減1 計(jì)數(shù)。除了四個(gè)q 輸出外，還有一個(gè)進(jìn)位/錯(cuò)位輸出co/ bo 。其中，芯片1腳為pe，2腳而q4，3腳為p4，4腳為p1，5腳為cin，6腳為q1，7腳為，8腳為vss,9腳為r,10腳為,11

19、腳為q2,12腳為p2,13腳為p3,14腳為q3,15腳為cp,16腳為vdd。其管腳排列如圖2-8所示。圖2-7 cd4510管腳排列芯片的真值表見表2-3所示。表2-3 集成電路cd4510邏輯功能表cinu/dper工作狀態(tài)1×00停止計(jì)數(shù)0100加法計(jì)數(shù)0000減法計(jì)數(shù)××10預(yù)置數(shù)×××1復(fù)位2.4.2 共陰和共陽的數(shù)碼管led的區(qū)別led數(shù)碼管的結(jié)構(gòu)led數(shù)碼管也稱為半導(dǎo)體數(shù)碼管，是目前數(shù)字電路中最常用的顯示器件。它是以發(fā)光二極管作筆段并按共陰極方式或共陽極方式連接后封裝而成的。圖所示是兩種led數(shù)碼管的外形與內(nèi)部結(jié)構(gòu)，

20、、分別表示公共陽極和公共陰極，ag是7個(gè)筆段電極，dp為小數(shù)點(diǎn)。led數(shù)碼管型號較多，規(guī)格尺寸也各異，顯示顏色有紅、綠、橙等。下圖2-8所示為數(shù)碼管led共陰共陽型的內(nèi)部結(jié)構(gòu)電路。 （a）外型結(jié)構(gòu) （b） 共陰極 （c） 共陽極圖2-8 led的共陰共陽結(jié)構(gòu)用萬用表的hfe檔檢測led數(shù)碼管的方法，如下圖2-9所示。圖2-9 萬用表的hfe檔檢測led數(shù)碼管一般可利用數(shù)字萬用表的hfe檔，檢查led數(shù)碼管的發(fā)光情況。若使用npn插孔，這是c孔帶正電，e孔帶負(fù)電。例如，在檢查lts547r型共陰極led數(shù)碼管時(shí)，從e孔插入一根單股細(xì)導(dǎo)線，導(dǎo)線引出端接（）級（第腳與第腳在內(nèi)部連通，可任選一個(gè)作為（

21、）；再從c孔引出一根導(dǎo)線依次接觸各筆段電極，可分別顯示所對應(yīng)的筆段。若按5-45所示電路，將第、腳短路后再與c孔引出線接通，則能顯示數(shù)字“2”。把a(bǔ)g段全部接c孔引線，就顯示全亮筆段，顯示數(shù)字“8”。（注：這里的12345678與protel中的封裝畫圖相反了一下）。檢測時(shí)，若某筆段發(fā)光黯淡，說明器件已經(jīng)老化，發(fā)光效率變低。如果顯示的筆段殘缺不全，說明數(shù)碼管已經(jīng)局部損壞。注意，檢查共陽極led數(shù)碼管時(shí)應(yīng)改變電源電壓的極性。如果被測led數(shù)碼管的型號不明，又無引腳排列圖，則可用數(shù)字萬用表的hfe檔進(jìn)行測試： 判定數(shù)碼管的結(jié)構(gòu)類型（共陰或共陽）。 識別引腳列。 檢查全筆段發(fā)光情況。 具體操作時(shí)，可

22、預(yù)先把npn插孔的c孔引出一根導(dǎo)線，并將導(dǎo)線接在假定的公共電極(任設(shè)一引腳)，再從e孔引出一根導(dǎo)線，用此導(dǎo)線依次去觸碰被測管的其他引腳。 根據(jù)筆段發(fā)光或不發(fā)光的情況進(jìn)行判別驗(yàn)證。測試時(shí)，若筆段引腳或公共引腳判斷正確，則相應(yīng)的筆段就能發(fā)光。當(dāng)筆段電極接反或公共電極判斷錯(cuò)誤時(shí)，該筆段就不能發(fā)光。數(shù)字萬用表hfe檔所提供的正向工作電流約20ma，做上述檢查絕對不會損壞被測器件。需注意的是，用hfe檔或二極管檔不適用于檢查大型led數(shù)碼管。由于大型led數(shù)碼管是將多只發(fā)光二極管的單個(gè)字形筆段按串、并聯(lián)方式構(gòu)成的，因此需要的驅(qū)動(dòng)電壓高（17v左右），驅(qū)動(dòng)電流大（50ma左右）。檢測這種管子時(shí)，可采用20

23、v直流穩(wěn)壓電源，配上滑線電阻器作為限流電阻兼調(diào)節(jié)亮度，來檢查其發(fā)光情況。另外要注意的是，led數(shù)碼管中各段發(fā)光二極管的伏安特性和普通二極管類似，只是正向壓降較大，正向電阻也較大。在一定范圍內(nèi)，其正向電流與發(fā)光亮度成正比。由于常規(guī)的數(shù)碼管起輝電流只有12 ma，最大極限電流也只有1030 ma，所以它的輸入端在5 v電源或高于ttl高電平(3.5v)的電路信號相接時(shí)，一定要串加限流電阻，以免損壞器件。2.4.3. 譯碼與顯示驅(qū)動(dòng)電路的工作原理及功能譯碼與顯示驅(qū)動(dòng)電路的功能是：在十進(jìn)制計(jì)數(shù)輸出的作用下，提供10個(gè)發(fā)光二極管控制信號，數(shù)碼管用來顯示對應(yīng)的發(fā)光二極管。其電路圖如圖2-10所示。圖2-1

24、0 譯碼與顯示驅(qū)動(dòng)電路示意圖圖2.5 公共汽車報(bào)站顯示電路的總工作原理通過以上單元電路的設(shè)計(jì)，確定公共汽車報(bào)站顯示電路的總工作原理圖。通過以下三點(diǎn)來闡述其具體工作原理： 首先，通過cd4093構(gòu)成的多諧振蕩器產(chǎn)生頻率為1hz的脈沖信號，該脈沖信號用于提十進(jìn)制計(jì)數(shù)器輸入信號。 其次，cd4017構(gòu)成的十進(jìn)制計(jì)數(shù)器用于產(chǎn)生發(fā)光二極管的循環(huán)信號，此信號提供公共汽車到站的原始信號。 最后，由cd4510、cd4511和數(shù)碼管構(gòu)成的譯碼驅(qū)動(dòng)電路，將得到的信號公共汽車到站的站點(diǎn)即輸出到數(shù)碼管上，實(shí)現(xiàn)所需功能。第三章 電路的安裝及調(diào)試到這里為止，手動(dòng)式公共汽車報(bào)站顯示電路的設(shè)計(jì)基本完成，但此只鑒于所學(xué)理論基

25、礎(chǔ)上完成，將設(shè)計(jì)的電路圖變成印刷板，再將電路的元件焊接在印刷板上，形成一個(gè)完整的電子產(chǎn)品，這一過程非常重要。實(shí)際過程中還有很多問題待解決。如設(shè)計(jì)方案的驗(yàn)證、調(diào)試過程中遇到的難題等，都需要進(jìn)一步研究。3.1 設(shè)計(jì)方案驗(yàn)證目前最常用的驗(yàn)證方法是仿真軟件驗(yàn)證和實(shí)驗(yàn)臺驗(yàn)證，在設(shè)計(jì)前期投入了大量的時(shí)間查找資料做準(zhǔn)備，這一驗(yàn)證環(huán)節(jié)也相關(guān)重要。為了更好的做到學(xué)以致用，更為便于后期制作，決定先在仿真軟件驗(yàn)證，電子仿真軟件multisim7.0功能十分強(qiáng)大，能勝任電路分析、模擬電路、數(shù)字電路、高頻電路、rf電路、電力電子及自控原理等各方面的虛擬仿真；并提供多達(dá)18種基本分析方法7。圖3-1是本次設(shè)計(jì)方案電路，在

26、multisim7.0環(huán)境下仿真示意圖，最終仿真顯示本設(shè)計(jì)方案可行。圖3-1 multisim7.0軟件下的設(shè)計(jì)電路仿真原理圖通過了仿真軟件驗(yàn)證，說明理論上的設(shè)計(jì)方案是成功的，但是實(shí)驗(yàn)器件不同于理想元件，它會因?yàn)樗幁h(huán)境不同，會受到這樣那樣的干擾，更不排除元器件自身的制造工藝有缺陷。使實(shí)際設(shè)計(jì)無法達(dá)到預(yù)期效果。所以實(shí)驗(yàn)臺驗(yàn)證必不可少。本設(shè)計(jì)用到的芯片較多，考慮到時(shí)間及學(xué)校實(shí)驗(yàn)室的開放情況等諸多因數(shù)，又基于仿真軟件的驗(yàn)證成功，對自己設(shè)計(jì)的電路有較大的信心，決定直接制板調(diào)試。3.2 電路板的制作有了以上的驗(yàn)證，汽車到站控制電路的設(shè)計(jì)算基本完成，接下要完成的是汽車到站控制電路的硬件制作。對于電子產(chǎn)品

27、來說，電路板的設(shè)計(jì)是從電路原理圖變成一個(gè)具體產(chǎn)品的必經(jīng)之路，電路板設(shè)計(jì)的合理性與產(chǎn)品的生產(chǎn)及產(chǎn)品的質(zhì)量密切相關(guān)。目前，我們所學(xué)過的是protel 99 se電子線路cad軟件，protel99se是protel公司近10年來致力于windows平臺開發(fā)的最新結(jié)晶，能實(shí)現(xiàn)從電學(xué)概念設(shè)計(jì)到輸出物理生產(chǎn)數(shù)據(jù)，以及這之間的所有分析、驗(yàn)證和設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)管理。protel 99 se共分5個(gè)模塊，分別是原理圖設(shè)計(jì)、pcb設(shè)計(jì)（包含信號完整性分析）、自動(dòng)布線器、原理圖混合信號仿真、pld設(shè)計(jì)。protel 99 se現(xiàn)有強(qiáng)大的功能，其完善的設(shè)計(jì)確立了在電路板設(shè)計(jì)領(lǐng)域出類拔萃的地位8。所以以下介紹的是通過prot

28、el 99 se軟件制作電路板的過程9。1. 原理圖在protel 99 se 軟件中畫出.sch原理圖，見圖3-2所示。圖3-2 protel 99se中畢業(yè)設(shè)計(jì)電路的原理圖2. protel 99 se軟件中，切換在document窗口下，然后單擊右鍵，打開new,雙擊“pcb document”即建立了“pcb.pcb”文件。3. “pcb.pcb”圖標(biāo)，即進(jìn)入其設(shè)計(jì)窗口，找出各元件的封裝代號，在.sch中對其所有元件進(jìn)行封裝，確定無誤后導(dǎo)成pcb板。4. 學(xué)校條件有限，畢業(yè)設(shè)計(jì)按要求只能作成單面印刷板，所以布局及走線的設(shè)計(jì)很重要，最后的印刷板如圖3-3所示。有幾根線實(shí)在布不過去，采用跳

29、線方式。圖3-3手動(dòng)式公共汽車報(bào)站顯示電路的pcb板5. 將pcb圖打印到熱轉(zhuǎn)印紙上，將打印好pcb的轉(zhuǎn)印紙平鋪在覆銅板上，通過轉(zhuǎn)印機(jī)就把圖印在覆銅板。6. 銅板用三氯化鐵溶液腐蝕，溶液的配比為：三氯化鐵占35%，水占65%左右。溶液的溫度以30-50較好，溫度太底，腐蝕速度慢，在腐蝕過程中最好用線吊住銅版邊緣來回晃動(dòng)，以加快腐蝕速度，整個(gè)腐蝕過程應(yīng)在瓷盤，塑料盤中進(jìn)行。7. 當(dāng)覆銅板上沒有保護(hù)部分的銅箔都以腐蝕掉時(shí)，應(yīng)立即取出覆銅板，馬上用清水沖洗，沖洗干凈擦干水跡，用清潔球擦去保護(hù)漆。8. 腐蝕好的印刷板要及時(shí)鉆孔，印刷電路板孔徑，對一般元器件選直徑1鉆頭，集成電路孔徑選直徑0.8鉆頭，因

30、鉆頭細(xì)小，鉆孔時(shí)不得用力過猛，否則會弄斷鉆頭。9. 再次處理，為了美觀起見，要盡量將多余的板去掉，四個(gè)角磨成原弧狀。10. 涂刷保護(hù)膜，其目的是保護(hù)印刷電路板的覆銅面不再被氧化和提高可焊性。保護(hù)膜選用松香液，松香液的配方是松香粉25%，純酒精75%，松香液蒸發(fā)很快，在涂刷過程中要快速刷好，不要來回刷，干燥后方可使用。11. 根據(jù)原理圖將相應(yīng)的元件安裝在印刷板上，并進(jìn)行焊接。焊接過程要注意虛焊和假焊問題。3.3 故障分析及解決在手動(dòng)式公共汽車報(bào)站顯示電路的調(diào)試過程中，故障的存在是正常的，關(guān)鍵在于我們是如何進(jìn)行故障的排除。因?yàn)橹暗碾娐肥墙?jīng)過驗(yàn)證的，所以本次調(diào)試過程中沒有出現(xiàn)很大的電路原理問題，調(diào)

31、試過程也較順利，只出現(xiàn)下面兩個(gè)小問題。1. 接上電源后，撥動(dòng)開關(guān)，發(fā)光二極管沒反應(yīng)這個(gè)故障的產(chǎn)生，原因有很多，但是最大的可能是脈沖電路有問題，在實(shí)驗(yàn)室用示波器對脈沖電路進(jìn)行檢測（即cd4093的3引腳），沒有預(yù)想中的方波出現(xiàn)，證明脈沖產(chǎn)生電路存在問題。確定故障所在之后就要解決，對脈沖電路的原理是通過仿真軟件驗(yàn)證的，應(yīng)該是不會出錯(cuò)的，參數(shù)的理論計(jì)算也是成功的，檢查原理圖，發(fā)現(xiàn)10個(gè)發(fā)光二極管沒有接地線，用導(dǎo)線將發(fā)光二極管與地線連接，理想中的方波終于產(chǎn)生，發(fā)光二極管亮，問題解決。2. 發(fā)光二極管隔一盞才會亮脈沖電路的問題解決以后，發(fā)現(xiàn)接上電源之后，發(fā)光二極管仍然有兩個(gè)不亮，斷開電源，重新檢查電路，

32、發(fā)先二極管附近的電路有一段是沒連好的，用焊絲焊上去以后，問題解決，發(fā)光二極管正常工作。這個(gè)問題是在制板過程中出現(xiàn)的，可能是腐蝕的過久，把銅線給腐蝕掉了；也可能是在清洗過程中，清潔球擦的太用力，那里的銅線又是比較細(xì)的，導(dǎo)致銅線斷開。結(jié) 論 經(jīng)過這么長一段時(shí)間的工作，本次設(shè)計(jì)也接近尾聲，我想這次設(shè)計(jì)，讓我系統(tǒng)的整理了自己大學(xué)期間所學(xué)過的知識，首先選定課題、確定設(shè)計(jì)方案，我進(jìn)行了大量資料的收集、選擇及整合。其次通過電腦軟件畫出pcb板到最后的調(diào)試成功，整個(gè)過程讓我有了獨(dú)立思考及解決問題的能力，對于自己所設(shè)計(jì)的公共汽車報(bào)站顯示電路有了更深層次的認(rèn)識。本次設(shè)計(jì)的難點(diǎn)是在于各個(gè)單元電路的連接及電路的細(xì)節(jié)設(shè)

33、計(jì)，需要有一個(gè)很清楚的條理，才能把所學(xué)過的知識串聯(lián)起來，使整體電路設(shè)計(jì)完整。整個(gè)過程，遇到很多問題，特別是調(diào)試不出來的時(shí)候，心中總是有點(diǎn)灰心，更是有放棄的沖動(dòng)，但是，最后還是堅(jiān)持下來，靜下心來，仔細(xì)查找原因。本次設(shè)計(jì)主要涉及到一些中、小規(guī)模集成電路芯片，運(yùn)用集成電路的知識實(shí)現(xiàn)公共汽車報(bào)站顯示的功能。不足之處是對實(shí)際情況考慮不夠，設(shè)計(jì)還存在一定的偏差，如現(xiàn)實(shí)情況中的語音報(bào)站現(xiàn)象。手動(dòng)式公共汽車報(bào)站顯示電路在今天這個(gè)環(huán)境污染日益嚴(yán)重的社會扮演著很重要的角色，值得我們?nèi)パ芯?。通過本次設(shè)計(jì)，收益非淺，深深的體會就是：學(xué)電子切記好高鶩遠(yuǎn)，凡是都得親歷親為。對于自己花心血做出來的東西，的確有很大的成就感。畢業(yè)在即，這次設(shè)計(jì)對今后的工作做了一個(gè)很好的鋪墊。參考文獻(xiàn) 1 潘永雄，沙河電子線路cad實(shí)用教程m西安電子科技大學(xué)