電子電路設(shè)計(jì)制作實(shí)習(xí)報(bào)告

成績(jī)徐州工程學(xué)院電子電路設(shè)計(jì)制作報(bào)告設(shè)計(jì)名稱八路數(shù)碼顯示搶答器的設(shè)計(jì)學(xué)院信電工程學(xué)院專業(yè)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)（網(wǎng)絡(luò)工程）班級(jí)學(xué)生姓名學(xué)號(hào)1.設(shè)計(jì)內(nèi)容與要求1.1設(shè)計(jì)要求1.1.1設(shè)計(jì)目的（1）熟悉常用電子元器件及材料的類型、型號(hào)、規(guī)格和符號(hào)，熟悉各電子器件的主要性能、使用知識(shí)和檢測(cè)方法。（2）了解電子元件焊接的基本知識(shí)與要求，能夠進(jìn)行簡(jiǎn)單的手工焊接。（3）掌握常用儀器設(shè)備的使用方法，學(xué)會(huì)簡(jiǎn)單電路的調(diào)試方法。設(shè)計(jì)要求（1）熟悉八路數(shù)碼顯示搶答器的基本工作原理。（2）掌握常用元器件分類命名型號(hào)規(guī)格參數(shù)表達(dá)方法、常用元器件識(shí)別及測(cè)量方法、元器件安裝使用方法以及元器件檢測(cè)與篩選方法。（3）掌握實(shí)現(xiàn)搶答、編碼、優(yōu)先、數(shù)顯、復(fù)位及訊響電路的基本原理與方法。（4）掌握555定時(shí)及數(shù)碼管的原理及應(yīng)用方法。1.2設(shè)計(jì)內(nèi)容1.2.1步驟（1）設(shè)計(jì)一個(gè)能正常工作的八路數(shù)碼顯示搶答器，其功能要求如下：a.搶答器同時(shí)供8名選手或8個(gè)代表隊(duì)比賽，分別用8個(gè)按鈕S1～S8表示搶答鍵。b.設(shè)置一個(gè)系統(tǒng)復(fù)位按鈕S9，該開(kāi)關(guān)由主持人控制。c.搶答器具有鎖存與顯示功能。即選手按動(dòng)按鈕，優(yōu)先鎖存相應(yīng)的編號(hào)，并在數(shù)碼管上顯示，同時(shí)揚(yáng)聲器發(fā)出聲響提示。優(yōu)先搶答選手的編號(hào)可由主持人手動(dòng)清除。（2）完成產(chǎn)品的安裝與調(diào)試（3）完成設(shè)計(jì)報(bào)告1.2.2電路所需器件介紹（1）使用CD4511它是常用的七段顯示譯碼驅(qū)動(dòng)器，內(nèi)部除了七段譯碼電路外，還具有鎖存電路和輸出驅(qū)動(dòng)器部分，輸出電流大，最大可達(dá)25mA,可直接驅(qū)動(dòng)LED數(shù)碼管。CD4511由4個(gè)輸入端A/B/C/D和7個(gè)輸出端a~g，它還具有輸入BCD碼鎖存、燈測(cè)試和熄滅控制功能。CD4511引腳圖如圖1-1所示圖1-1CD4511引腳圖（2）使用NE555設(shè)計(jì)多諧振蕩器，控制蜂鳴器發(fā)出聲訊提示（3）數(shù)碼顯示器數(shù)碼管通常有發(fā)光二極管LED數(shù)碼管和液晶LCD數(shù)碼管。本設(shè)計(jì)提供的為L(zhǎng)ED數(shù)碼管，如圖1-2所示。它顯示最先搶答者的相應(yīng)的代號(hào)，方便主持人宣布最先搶答者。圖1-2LED數(shù)碼管2.設(shè)計(jì)原理與電路圖2.1總體設(shè)計(jì)整個(gè)系統(tǒng)的工作原理流程圖如圖2-1所示圖2-1工作原理流程圖電路包括主體電路和擴(kuò)展電路兩部分。主持人按下控制開(kāi)關(guān)后，當(dāng)選手按動(dòng)搶答鍵時(shí)，數(shù)碼管顯示選手編號(hào)，同時(shí)封鎖輸入電路，其他選手搶答無(wú)效。擴(kuò)展電路完成定時(shí)搶答的功能以及報(bào)警功能。電路要完成以下功能（1）優(yōu)先編碼電路判斷搶答者的編號(hào)，并由鎖存器進(jìn)行鎖存，然后通過(guò)譯碼顯示電路在數(shù)碼管上顯示搶答者的編號(hào)。（2）揚(yáng)聲器發(fā)出短暫聲響。（3）控制電路對(duì)其余輸入編碼進(jìn)行封鎖，禁止其他選手進(jìn)行搶答。（4）控制電路要使定時(shí)器停止工作，數(shù)碼管上顯示剩余的搶答時(shí)間，當(dāng)選手將問(wèn)題回答完畢，主持人操作控制開(kāi)關(guān)進(jìn)行系統(tǒng)清零，使系統(tǒng)回復(fù)到禁止工作狀態(tài)，以便進(jìn)行下一輪搶答。當(dāng)定時(shí)時(shí)間到，卻沒(méi)有選手搶答時(shí)，系統(tǒng)將報(bào)警，并封鎖輸入電路，禁止選手超時(shí)后搶答。2.2模塊設(shè)計(jì)根據(jù)設(shè)計(jì)要求，搶答器電路可分為四個(gè)模塊：搶答鎖存模塊設(shè)計(jì)、譯碼顯示模塊設(shè)計(jì)、555定時(shí)模塊設(shè)計(jì)和數(shù)碼顯示器模塊設(shè)計(jì)。2.2.1搶答鎖存模塊設(shè)計(jì)由于搶答器都是多路即須滿足多位搶答者搶答要求，這就有一個(gè)先后判定的鎖存優(yōu)先電路，確保第一個(gè)搶答信號(hào)鎖存住。同時(shí)數(shù)碼顯示并拒絕后面搶答信號(hào)的干擾。CD4511內(nèi)部電路與Q1，R7，R8，D13，D14組成的控制電路可完成這一功能。當(dāng)搶答鍵都未按下時(shí)，因?yàn)镃D4511的BCD碼輸入端都有接地電阻（10K），所以BCD碼的輸入端為“0000”，則CD4511的輸出端a、b、c、d、e、f均為高電平，g為低電平。通過(guò)對(duì)0-9這10個(gè)數(shù)字的分析如圖2-2鎖存優(yōu)先功能電路圖可以看到，只當(dāng)數(shù)字為0時(shí)，才出現(xiàn)d為高電平，而g為低度電平，這時(shí)Q1導(dǎo)通，D13、D14的陽(yáng)極均為低電平，使CD4511的第5腳（即LE端）為低電平“0”，這種狀態(tài)下，CD4511沒(méi)有鎖存而允許BCD碼輸入。在搶答準(zhǔn)備階段，主持人會(huì)按復(fù)位鍵，數(shù)顯為“0”態(tài)，正是這種情況下，搶答開(kāi)始，當(dāng)S1-S8任一鍵按下時(shí)，CD4511的輸出端d為低電平或輸出端g為高電平，這兩種狀態(tài)必有一個(gè)存在或都存在，迫使CD4511的第5腳（即LE端）由0到1，反映搶答鍵信號(hào)的BCD碼允許輸入，并使CD4511的a、b、c、d、e、f、g七個(gè)輸出鎖存保持在LE為0時(shí)輸入的BCD碼的顯示狀態(tài)。例如S1按下，數(shù)碼管應(yīng)顯示1，此時(shí)僅e、f為高電平，而d為低電平，此時(shí)三極管Q1的基極亦為低電平，集電極為高電平，經(jīng)D13加至CD4511第5腳（即LE端），即LE由0-1狀態(tài)，則在LE為“0”時(shí)輸入給CD4511的第一個(gè)BCD碼數(shù)據(jù)被判定優(yōu)先而鎖存，所以數(shù)碼管顯示對(duì)應(yīng)S1送來(lái)的信號(hào)。圖圖2-2鎖存優(yōu)先功能電路圖2.2.2譯碼顯示模塊設(shè)計(jì)編碼器實(shí)現(xiàn)了對(duì)開(kāi)關(guān)信號(hào)的編碼，并以BCD碼的形式輸出，為了將輸出的BCD碼能夠顯示出來(lái)，需要用譯碼顯示電路，選擇常用的七段譯碼顯示驅(qū)動(dòng)器CD4511作為譯碼電路。CD4511譯碼用兩級(jí)或非門擔(dān)任，為了簡(jiǎn)化線路，先用二輸入端與非門對(duì)輸入數(shù)據(jù)B、C進(jìn)行組合，得出四項(xiàng)，然后將輸入的數(shù)據(jù)A、D一起用或非門譯碼。2.2.3555定時(shí)模塊設(shè)計(jì)搶答器報(bào)警電路由NE555接成音多諧振蕩器，555構(gòu)成的多諧振蕩器的工作原理如圖2-3所示：接通電源Vcc后，Vcc經(jīng)電阻R1和R2對(duì)電容C充電，其電壓uc由0按指數(shù)律上。當(dāng)uc≧2/3Vcc時(shí)，電壓比較器C1和C2的輸出分別為uc1=0,uc2=1,基本RS觸發(fā)器被置0，Q等于0，Q非等于1，輸出uO躍到低電平UOL。于此同時(shí)。放電管V導(dǎo)通，電容C經(jīng)電阻R2和放電管V放電，電路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)。隨著電容C的放電，uc隨之下降。當(dāng)uc下降到uc≦1/3Vcc時(shí)，則電壓比較器C1和C2的輸出uc1=1和uc2=0，基本RS觸發(fā)器被置為1，Q等于1，Q非等于0，輸出uO由低電平UOL躍到高電平UOH。同時(shí)因Q非等于0，放電管V截止，電源Vcc又經(jīng)過(guò)R1和R2對(duì)電容C充電。電路又回到第一暫穩(wěn)態(tài)。因此，電容C上的電壓uc在2/3Vcc和1/3Vcc之間來(lái)回充電和放電，從而使電路產(chǎn)生振蕩，輸出矩形脈沖。圖2-3555定時(shí)器工作原理圖圖2-3555定時(shí)器工作原理圖將NE555多諧振蕩器與成音多諧振蕩器連接起來(lái)，前一個(gè)振蕩器的輸出接到后一個(gè)振蕩器的復(fù)位端，后一個(gè)振蕩器的輸出接到揚(yáng)聲器上。這樣，只有當(dāng)前一個(gè)振蕩器輸出高電平時(shí)，才驅(qū)動(dòng)后一個(gè)振蕩器振蕩，揚(yáng)聲器發(fā)聲；而前一個(gè)振蕩器輸出低電平時(shí)，導(dǎo)致后面振蕩器復(fù)位并停止振蕩，此時(shí)揚(yáng)聲器無(wú)音頻輸出。2.2.4數(shù)碼顯示器模塊設(shè)計(jì)LED數(shù)碼管是目前最常用的數(shù)字顯示器，它分為共陰管和共陽(yáng)管。一個(gè)LED數(shù)碼管可用來(lái)顯示一位0～9十進(jìn)制數(shù)和一個(gè)小數(shù)點(diǎn)。小型數(shù)碼管（0.5寸和0.36寸）每段發(fā)光二極管的正向壓降，隨顯示光（通常為紅、綠、黃、橙色）的顏色不同略有差別，通常約為2～2.5V，每個(gè)發(fā)光二極管的點(diǎn)亮電流在5～10mA。LED數(shù)碼管要顯示BCD碼所表示的十進(jìn)制數(shù)字就需要有一個(gè)專門的譯碼器，該譯碼器不但要完成譯碼功能，還要有相當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)能力。2.3設(shè)計(jì)原理圖該搶答器電路可同時(shí)進(jìn)行八路優(yōu)先搶答。按鍵按下后，蜂鳴器發(fā)聲，同時(shí)數(shù)碼管顯示優(yōu)先搶答者的號(hào)數(shù)，搶答成功后，再按按鍵，顯示不會(huì)改變，除非按復(fù)位鍵。復(fù)位后，顯示清零，可繼續(xù)搶答如圖2-3所示。圖2-3數(shù)字搶答器電路原理圖各個(gè)按鍵顯示的工作原理如下：高電平通過(guò)編碼二極管D1加到CD4511集成芯片的7腳（A位），7腳為高電平，1、6腳保持低電平，此時(shí)CD4511輸入BCD碼為“0001”；高電平通過(guò)編碼二極管D2加到CD4511集成芯片的1腳（B位），1腳為高電平，2、6、7腳保持低電平，此時(shí)CD4511輸入BCD碼為“0010”；高電平通過(guò)編碼二極管D3、D4加到CD4511集成芯片的1、7腳（B、A位），1、7腳為高電平，2、6腳保持低電平，此時(shí)CD4511輸入BCD碼為“0011”；高電平通過(guò)編碼二極管D5加到CD4511集成芯片的2腳（C位），2腳為高電平，1、6、7腳保持低電平，此時(shí)CD4511輸入BCD碼為“0100”；高電平通過(guò)編碼二極管D6、D7加到CD4511集成芯片的2、7腳（C、A位），2、7腳為高電平，1、6腳保持低電平，此時(shí)CD4511輸入BCD碼為“0101”；高電平通過(guò)編碼二極管D8、D9加到CD4511集成芯片的1、2腳（B、C位），1、2腳為高電平，6、7腳保持低電平，此時(shí)CD4511輸入BCD碼為“0110”；高電平通過(guò)編碼二極管D10、D11、D12加到CD4511集成芯片的1、2、7腳（B、C、A位），1、2、7腳為高電平，6腳保持低電平，此時(shí)CD4511輸入BCD碼為“0111”；高電平加到CD4511集成芯片的6腳（D位），6腳為高電平，1、2、7腳保持低電平，此時(shí)CD4511輸入BCD碼為“1000”。輸入的BCD碼就是鍵的號(hào)碼，并自動(dòng)地由CD4511內(nèi)部電路譯碼成十進(jìn)制數(shù)在數(shù)碼管上顯示。3.安裝與調(diào)試3.1安裝準(zhǔn)備根據(jù)上面設(shè)計(jì)的原理圖把以下列出來(lái)的各個(gè)元件如表3-1所示安裝到電路板上，然后焊接電路。表3-1元件清單表3-1元件清單（1）電阻的識(shí)別目前，電子產(chǎn)品廣泛采用色環(huán)電阻，其優(yōu)點(diǎn)是在裝配、調(diào)試和修理過(guò)程中，不用撥動(dòng)元件，即可在任意角度看清色環(huán)，讀出阻值，使用方便。一個(gè)電阻色環(huán)由4部分組成（不包括精密電阻）四個(gè)色環(huán)的其中第一、二環(huán)分別代表阻值的前兩位數(shù)；第三環(huán)代表倍率；第四環(huán)代表誤差。（2）二極管的識(shí)別二極管的識(shí)別很簡(jiǎn)單，小功率二極管的N極（負(fù)極），在二極管外表大多采用一種色圈標(biāo)出來(lái)，有些二極管也用二極管專用符號(hào)來(lái)表示P極（正極）或N極（負(fù)極），也有采用符號(hào)標(biāo)志為“P”、“N”來(lái)確定二極管極性的。發(fā)光二極管的正負(fù)極可從引腳長(zhǎng)短來(lái)識(shí)別，長(zhǎng)腳為正，短腳為負(fù)。（3）電容的識(shí)別電容用于交流耦合、濾波、隔斷直流、交流旁路和組成振蕩電路等，電容的標(biāo)注分為直接標(biāo)注和色標(biāo)法。通過(guò)學(xué)習(xí)，我明白了直接標(biāo)注的電容是用數(shù)字直接表示電容量，不標(biāo)單位。標(biāo)注1～4位整數(shù)時(shí)，其單位是pF，標(biāo)注為小數(shù)時(shí)，其單位是F。也有用三位數(shù)字表示容量大小，默認(rèn)單位是pF，前兩位是有效數(shù)字，第三位是有效倍率（10m），當(dāng)?shù)谌皇?時(shí)，則對(duì)有效數(shù)字乘以0.1。而色標(biāo)法則同電阻器的標(biāo)注。檢測(cè)電容的方法是利用電容的充放電特性，一般用萬(wàn)用表電阻檔測(cè)試電容的充放電現(xiàn)象，兩只表筆觸及被測(cè)電容的兩條引線時(shí)，電容將被充電，表針偏轉(zhuǎn)后返回，再將兩表筆調(diào)換一次測(cè)量，表針將再次偏轉(zhuǎn)并返回。用相同的量程測(cè)不同的電容器時(shí)，表針偏轉(zhuǎn)幅度越大說(shuō)明容量越大。測(cè)試過(guò)程中，萬(wàn)用表指針偏轉(zhuǎn)表示充放電正常，指針能回到∞，說(shuō)明電容沒(méi)短路，可視為電容完好。（4）三極管的識(shí)別一般的三極管就是三個(gè)管腳，很容易識(shí)別，所以識(shí)別三極管重要的是識(shí)別三極管是NPN或PNP型，以及各管腳所代表的極性。而這些的判斷都需要使用萬(wàn)用表。判斷極性：對(duì)圓柱型三極管，若管腳處接頭有突出物，則將管腳沖上，順時(shí)針依次為EBC極若沒(méi)有突出物，則管腳根處間隙較大的兩跟管腳對(duì)向自己，順時(shí)針依次為EBC極。對(duì)半圓型三極管，將管腳向上，半圓向自己，順時(shí)針為EBC極。判斷三極管的類型：在基于以上極性判斷的前提下NPN管，基極接黑表筆，測(cè)得電阻較小。PNP管正好相反。以上就是我對(duì)常用電子元件的識(shí)別和檢測(cè)方法。3.2焊接3.2.1焊接準(zhǔn)備（1）焊接所需的工具和儀器焊接用的工具有電鉻鐵、焊錫和助焊劑、還有為了方便焊接操作常采用尖嘴鉗、偏口鉗、鑷子和小刀等做為輔助工具。焊接前，應(yīng)對(duì)元件引腳或電路板的焊接部位進(jìn)行焊前處理。（2）預(yù)熱電烙鐵

3.2.2焊接方法

（1）右手持電烙鐵。左手用尖嘴鉗或鑷子夾持元件或?qū)Ь€。焊接前，電烙鐵要充分預(yù)熱。烙鐵頭刃面上要吃錫，即帶上一定量焊錫。

（2）將烙鐵頭刃面緊貼在焊點(diǎn)處。電烙鐵與水平面大約成60℃角。以便于熔化的錫從烙鐵頭上流到焊點(diǎn)上。烙鐵頭在焊點(diǎn)處停留的時(shí)間控制在2～3秒鐘。

（3）抬開(kāi)烙鐵頭。左手仍持元件不動(dòng)。待焊點(diǎn)處的錫冷卻凝固后，才可松開(kāi)左手。（4）用鑷子轉(zhuǎn)動(dòng)引線，確認(rèn)不松動(dòng)，然后可用偏口鉗剪去多余的引線。3.2.3焊接（1）焊接時(shí)，要保證每個(gè)焊點(diǎn)焊接牢固、接觸良好。要保證焊接質(zhì)量。好的焊點(diǎn)應(yīng)是錫點(diǎn)光亮，圓滑而無(wú)毛刺，錫量適中。錫和被焊物融合牢固。不應(yīng)有虛焊和假焊：a.虛焊是焊點(diǎn)處只有少量錫焊住，造成接觸不良，時(shí)通時(shí)斷。b.假焊是指表面上好像焊住了，但實(shí)際上并沒(méi)有焊上，有時(shí)用手一拔，引線就可以從焊點(diǎn)中拔出。這兩種情況將給電子制作的調(diào)試和檢修帶來(lái)極大的困難。只有經(jīng)過(guò)大量的、認(rèn)真的焊接實(shí)踐，才能避免這兩種情況。(2)焊接電路板時(shí)，一定要控制好時(shí)間太長(zhǎng)，電路板將被燒焦，或造成銅箔脫落。從電路板上拆卸元件時(shí)，可將電烙鐵頭貼在焊點(diǎn)上，待焊點(diǎn)上的錫熔化后，將元件拔出。3.3調(diào)試3.3.1調(diào)試將兩根導(dǎo)線所在的電路板上的正負(fù)端接到5V電池的正負(fù)極上，然后打開(kāi)開(kāi)關(guān)，聽(tīng)到有鋒鳴聲，就是有人搶答，然后看二極管上顯示的數(shù)字，搶答之后顯示的數(shù)字如下：0，1，2，3，4，5，6，7，8，9數(shù)碼管上顯示的數(shù)字就是代表對(duì)應(yīng)該數(shù)字的這個(gè)人搶到了搶答的機(jī)會(huì)。3.3.2調(diào)試中出現(xiàn)的問(wèn)題及解決方法(1）現(xiàn)實(shí)電路不穩(wěn)定的問(wèn)題在完成電路的焊接進(jìn)入調(diào)試階段是發(fā)現(xiàn)搶答器數(shù)碼管顯示選手編號(hào)不穩(wěn)定.主要表現(xiàn)在單選手按下?lián)尨鹌骱髷?shù)碼管顯示的不是選手當(dāng)前號(hào)碼。因此著手對(duì)電路進(jìn)行檢查，首先檢查數(shù)碼管看是否是關(guān)節(jié)焊接錯(cuò)誤，后又檢查電路各個(gè)芯片管腳接錯(cuò)均未發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，最后發(fā)現(xiàn)當(dāng)觸動(dòng)某按鍵連線時(shí)顯示正常由此判斷可能是因?yàn)槌霈F(xiàn)了虛焊，遂將電路各焊點(diǎn)又仔細(xì)焊接了一遍，此時(shí)電路顯示正常。(2）控制開(kāi)關(guān)無(wú)法控制電路在調(diào)試時(shí)發(fā)現(xiàn)當(dāng)按下主持人開(kāi)關(guān)時(shí)電路斷電，當(dāng)松開(kāi)后數(shù)碼管顯示始終為7，經(jīng)過(guò)一個(gè)多小時(shí)隊(duì)電路用萬(wàn)用表逐個(gè)檢查，發(fā)現(xiàn)是開(kāi)關(guān)處焊接錯(cuò)誤，通過(guò)改正焊接后電路能正常工作。4.總結(jié)這次做的八路數(shù)碼顯示搶答器的課程設(shè)計(jì)使我收益很大，它很大程度上培養(yǎng)了我們的動(dòng)手能力特別是通過(guò)實(shí)驗(yàn)原理圖進(jìn)行實(shí)物焊接，焊接時(shí)能深刻體會(huì)到焊工藝的重要性；各個(gè)芯片的引腳功能不能混淆，在焊的過(guò)程中千萬(wàn)不能把它們都焊到一起去，要不然