《電子技能實(shí)訓(xùn)教程》課件第5章

第5章數(shù)字電路的安裝與調(diào)試5.1基本邏輯門電路5.2常用組合邏輯器件及其應(yīng)用5.3時(shí)基集成電路的應(yīng)用5.4時(shí)序邏輯電路5.5綜合實(shí)訓(xùn)

(1)了解常用數(shù)字集成電路的特點(diǎn)和典型電路的應(yīng)用；

(2)掌握基本邏輯門的符號(hào)、邏輯功能；

(3)學(xué)會(huì)分析數(shù)字電路的工作原理；

(4)熟練掌握數(shù)字電路的設(shè)計(jì)、安裝與調(diào)試方法。本章學(xué)習(xí)內(nèi)容與目標(biāo)：

【基本知識(shí)與技能準(zhǔn)備】

數(shù)字電路又叫邏輯電路，是指電路的輸入/輸出之間具有某種邏輯關(guān)系的電路。例如，照明電路中的燈泡是否能亮，取決于電路電源是否接通、燈泡的好壞。后兩者是因，前者是果，這種因果關(guān)系一般稱為邏輯關(guān)系。在分析和描述邏輯關(guān)系時(shí)，我們常用“1”和“0”表示電燈亮與暗、電源通與斷、燈泡好與壞、信號(hào)有與無、命題真與假等。5.1基本邏輯門電路

5.1.1基本邏輯關(guān)系

在數(shù)字電路中，所謂“門”，就是實(shí)現(xiàn)一些基本邏輯關(guān)系的電路。最基本的邏輯關(guān)系可歸結(jié)為“與”、“或”、“非”三種，詳細(xì)概念見表5-1-1。

表5-1-1三種基本邏輯關(guān)系的概念5.1.2門電路

能夠?qū)崿F(xiàn)邏輯關(guān)系和邏輯運(yùn)算的電路叫邏輯門電路，簡(jiǎn)稱門電路?；镜拈T電路有“與門”、“或門”、“非門”；復(fù)合門電路有“與非門”、“或非門”、“與或非門”、“異或門”等。門電路可以由二極管、三極管等元件構(gòu)成，也可以由集成電路構(gòu)成，在實(shí)際中主要使用集成電路構(gòu)成的門電路，因?yàn)樵谑褂脮r(shí)不用理會(huì)集成門電路的內(nèi)部電路的結(jié)構(gòu)，而只需關(guān)心它有什么樣的邏輯功能，把它看做一種邏輯部件。幾種常用門電路的邏輯符號(hào)、邏輯表達(dá)式、真值表和邏輯功能如表5-1-2所示。與或非門電路的真值如表5-1-3所示。

表5-1-2幾種常用門電路的比較續(xù)表5-1-3與或非門電路的真值表

一、技能訓(xùn)練目標(biāo)

(1)加深對(duì)與非門電路的符號(hào)、邏輯功能理解。

(2)會(huì)分析與非門電子電路的工作原理。

(3)掌握數(shù)字電路設(shè)計(jì)、安裝、調(diào)試方法。

【技能訓(xùn)練二十五】觸摸延時(shí)開關(guān)的安裝及調(diào)試

二、儀器、工具和材料

(1)儀器和工具：MF47型萬用表、YB1719型穩(wěn)壓電源、電烙鐵、鑷子、剪線鉗、焊錫。

(2)器件材料清單見表5-1-4。表5-1-4器件材料清單

三、電路和工作原理

觸摸延時(shí)開關(guān)的電路原理圖如圖5-1-1所示。手未觸摸金屬片M時(shí)，與非門1(U1A)的輸入端經(jīng)R1接電源為高電平，其輸出端為低電平，VD1截止，與非門2(U1B)的輸入端為低電平，與非門3(U1C)的輸出也為低電平，BG1、BG2均截止。同時(shí)，電源經(jīng)R2向C1充電。

圖5-1-1觸摸延時(shí)開關(guān)的電路原理圖用手觸摸金屬片M時(shí)，由于人體感應(yīng)使與非門1(U1A)的輸入端由高電平變?yōu)榈碗娖?，輸出端由低電平變?yōu)楦唠娖剑琕D1變?yōu)閷?dǎo)通，此時(shí)，與非門2(U1B)的輸入端由低電平變?yōu)楦唠娖剑c非門3(U1C)的輸出端也由低電平變?yōu)楦唠娖?，BG1、BG2均導(dǎo)通，繼電器K1線圈得電吸合，其觸點(diǎn)K1閉合。同時(shí)，C1通過VD1放電。手離開金屬片M后，與非門1(U1A)的輸出端由高電平變?yōu)榈碗娖?，此時(shí)，電源經(jīng)R2向C1再次充電，直到與非門2(U1B)的輸入端的電位低于閾值電壓時(shí)，與非門2(U1B)才翻轉(zhuǎn)，其輸出端才由低電平變?yōu)楦唠娖剑罱K使BG1、BG2截止，繼電器因失電停止工作，觸點(diǎn)K1被釋放并處于斷開狀態(tài)。延遲時(shí)間的長(zhǎng)短取決于R2和C1的充放電時(shí)間常數(shù)。觸摸延時(shí)開關(guān)采用金屬片M作為傳感器，只要用手觸摸一下，電路便可接通；在手離開金屬片后，電路仍保持接通，只有經(jīng)過一段延遲時(shí)間后，電路才會(huì)斷開。這種觸摸延時(shí)開關(guān)特別適合對(duì)走廊照明燈的控制。

四、技能訓(xùn)練內(nèi)容與步驟

1．設(shè)計(jì)電路底板圖

觸摸延時(shí)開關(guān)的電路比較簡(jiǎn)單，適合在萬能電路板上進(jìn)行安裝。電路圖中的三個(gè)與非門可以選用一塊CD4011來實(shí)現(xiàn)；傳感器金屬片M可用一條導(dǎo)線接到電路板外，也可在電路板上焊上一小片焊錫來代替。電路板圖設(shè)計(jì)如圖5-1-2及圖5-1-3所示。注意事項(xiàng)：

(1)選擇尺寸合適的萬能板(可直接選購7cm

×

5cm的萬能板)，元器件不能布滿整個(gè)電路板，在板邊緣最少要留出兩行銅箔。

(2)為了布局美觀，二極管、電阻最好統(tǒng)一設(shè)計(jì)成臥裝或立裝并且間距均勻，走線要成直角。

(3)注意集成電路的安裝方向。

(4)集成電路的底部橫向只能走兩條平行線。

(5)在設(shè)計(jì)時(shí)要確定所用電磁繼電器的外形，四腳的和五腳的要區(qū)別。

圖5-1-2電路板元件面

圖5-1-3電路板焊接面

2．元器件的檢測(cè)及彎腳

元器件的檢測(cè)和彎腳方法請(qǐng)參照第1章和第3章。

3．電路的安裝

首先把集成插座安裝好，注意不要裝反。然后再把其他元器件按元件面的位置焊接好，最后按照設(shè)計(jì)底板圖用電烙鐵進(jìn)行拖焊，把各元器件連接起來。

4．調(diào)試

1)調(diào)試準(zhǔn)備——檢查電路

組裝好的電子電路在通電調(diào)試之前，必須認(rèn)真檢查電路連線是否有錯(cuò)誤。檢查的方法是：對(duì)照電路圖，按一定的順序逐級(jí)對(duì)應(yīng)檢查。特別要注意電源是否接錯(cuò)，電源與地是否有短接，二極管方向和電解電容的極性是否接反，集成電路和晶體管的引腳是否接錯(cuò)，輕輕拔一拔元器件，觀察焊點(diǎn)是否牢固等等。

2)通電觀察

調(diào)整好直流穩(wěn)壓電源輸出12

V的直流電，按原理圖正確連接電路板。電源一經(jīng)接通，不要急于用儀器觀測(cè)波形和數(shù)據(jù)，而是觀察是否有異?，F(xiàn)象，如冒煙、有異常氣味、放電的聲光、元器件發(fā)燙等。如果有，不要驚慌失措，而應(yīng)立即關(guān)斷電源，待排除故障后方可重新接通電源。然后再測(cè)量每個(gè)集成塊的電源引腳電壓是否正常，以確保集成電路是否正常工作。

3)靜態(tài)調(diào)試

先不加輸入信號(hào)(不觸摸金屬片)，測(cè)量電路有關(guān)的電位是否正常。對(duì)于數(shù)字電路則測(cè)量輸入與輸出的高、低電平值及邏輯關(guān)系。若有不正?，F(xiàn)象，則應(yīng)找出故障點(diǎn)和故障原因，并排除故障。一般應(yīng)特別注意管子與集成電路是否正常工作，其次是所使用的電路元件參數(shù)是否有錯(cuò)，以及電路連線路有錯(cuò)等。在測(cè)試的同時(shí)將數(shù)據(jù)填入表5-1-5中。

表5-1-5IC各引腳的電壓值測(cè)試表(不觸摸金屬片)4)動(dòng)態(tài)調(diào)試

加上輸入信號(hào)(觸摸金屬片)，觀測(cè)電路輸出信號(hào)是否符合要求。若輸入信號(hào)為周期性的變化信號(hào)，可用示波器觀察輸出信號(hào)。對(duì)于數(shù)字電路，則觀察輸出信號(hào)波形、幅值、脈沖寬度、相位及動(dòng)態(tài)邏輯關(guān)系是否符合要求。在數(shù)字電路調(diào)試中，常希望讓電路狀態(tài)發(fā)生一次性變化，而不是周期性的變化。因此，輸入信號(hào)應(yīng)為單階躍信號(hào)(俗稱開關(guān)信號(hào))，用以觀察電路狀態(tài)的邏輯關(guān)系。在測(cè)試的同時(shí)將數(shù)據(jù)填入表5-1-6中。

5)效果測(cè)試

接通電源后，用手觸摸一下金屬片M后，紅色發(fā)光二極管點(diǎn)亮，延時(shí)一段時(shí)間后，發(fā)光二極管自動(dòng)熄滅。表5-1-6IC各引腳的電壓值測(cè)試表(觸摸金屬片后)

5．常見故障及檢修

(1)接上12

V直流電源，觸摸M沒任何反應(yīng)。

檢查內(nèi)容：檢查電源有沒有接通；集成電路有沒有插錯(cuò)方向(如沒錯(cuò)則可換一塊試試)。

(2)觸摸M，聽到“嗒”聲，但燈不亮。

檢查內(nèi)容：繼電器開關(guān)觸點(diǎn)是否不良；R4是否開路；發(fā)光二極管LED有沒有裝錯(cuò)方向或損壞。

五、技能訓(xùn)練評(píng)分記錄表續(xù)

六、拓展閱讀

通過對(duì)本電路的安裝與調(diào)試，我們可從中學(xué)到不少東西：如觸摸延時(shí)開關(guān)的工作原理、拖焊技術(shù)的應(yīng)用、電子元器件的測(cè)試方法、萬能電路板的使用等。那么如果在電子類報(bào)刊或雜志上看到感興趣或有用的電子電路，你能不能利用萬能板把它安裝出來呢？還有，如果把本電路用到樓梯照明上，應(yīng)如何安裝實(shí)現(xiàn)呢？請(qǐng)讀者不妨試試。

【基本知識(shí)與技能準(zhǔn)備】

將基本的邏輯門電路組合起來使用實(shí)現(xiàn)一定的邏輯控制功能的電路叫做組合邏輯電路，簡(jiǎn)稱組合電路。它的特點(diǎn)是：任一時(shí)刻輸出信號(hào)的穩(wěn)態(tài)值，僅取決于該時(shí)刻各輸入信號(hào)取值的組合，而與電路過去各時(shí)刻的輸入組合無關(guān)。屬于組合電路的邏輯器件主要有加法器、編碼器、譯碼器等。5.2常用組合邏輯器件及其應(yīng)用5.2.1加法器

在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，最基本的運(yùn)算器就是加法器。計(jì)算機(jī)在進(jìn)行數(shù)學(xué)運(yùn)算時(shí)，加、減、乘、除等運(yùn)算都要分解為加法運(yùn)算來進(jìn)行。能實(shí)現(xiàn)加法運(yùn)算的電路稱為加法器。

1．半加器

能對(duì)兩個(gè)一位二進(jìn)制數(shù)進(jìn)行相加，不考慮低位來的進(jìn)位數(shù)，只考慮本位數(shù)相加的邏輯電路稱為半加器。

1)邏輯圖及符號(hào)

半加器邏輯圖及邏輯符號(hào)分別如圖5-2-1和圖5-2-2所示。

圖中A、B為輸入數(shù)，S為相加結(jié)果，即S?=?A+B，C為進(jìn)位數(shù)。

圖5-2-1半加器邏輯圖圖5-2-2半加器邏輯符號(hào)

2)真值表

半加器的真值表如表5-2-1所示。

表5-2-1半加器的真值表3)邏輯表達(dá)式

由以上真值表可推導(dǎo)出相加結(jié)果和進(jìn)位數(shù)的邏輯表達(dá)式為：

2．全加器

全加器也是兩個(gè)一位二進(jìn)制數(shù)的加法電路，但它還能實(shí)現(xiàn)低位的進(jìn)位數(shù)進(jìn)行加法運(yùn)算。

1)邏輯圖及符號(hào)

全加器邏輯圖及邏輯符號(hào)如圖5-2-3和圖5-2-4所示。

Ai、Bi為本位相加的兩個(gè)數(shù)，Ci-1為低位進(jìn)位數(shù)，Si為本位和數(shù)，Ci為向高位的進(jìn)位數(shù)。

圖5-2-3全加器邏輯圖圖5-2-4全加器邏輯符號(hào)

2)真值表

全加器真值表如表5-2-2所示。

表5-2-2全加器真值表3)邏輯表達(dá)式

由以上真值表可推導(dǎo)出相加結(jié)果和進(jìn)位數(shù)的邏輯表達(dá)式為：

3．常用的加法器集成電路

常用的加法器件有CD4008、CD4032B、CD4038、CC4560、5G642、74LS283、74LS83等。5.2.2編碼器

用某種數(shù)碼表示特定對(duì)象的過程叫做編碼。實(shí)現(xiàn)編碼操作的電路就叫做編碼器，如彩色電視機(jī)遙控器上數(shù)字按鍵、功能按鍵都進(jìn)行了編碼，一旦某個(gè)按鍵被按下，則內(nèi)部的編碼電路就將該鍵的電平信號(hào)轉(zhuǎn)換成紅外光信號(hào)發(fā)射出去被電視機(jī)中的紅外接收器接收。

常用的編碼器有二進(jìn)制編碼器、二—十進(jìn)制編碼器、集成編碼器等。

1．二進(jìn)制編碼器

將信號(hào)或?qū)ο缶帪槎M(jìn)制代碼的電路稱為二進(jìn)制編碼器。圖5-2-5就是用2位二進(jìn)制數(shù)碼輸出實(shí)現(xiàn)對(duì)4位二進(jìn)制數(shù)碼輸入的編碼器。表5-2-3是2位二進(jìn)制的編碼器真值表。

圖5-2-52位二進(jìn)制編碼器邏輯圖(a)用或門實(shí)現(xiàn)編碼器邏輯圖；(b)用與非門實(shí)現(xiàn)編碼器邏輯圖

表5-2-32位二進(jìn)制編碼器真值表

2．二—十進(jìn)制編碼器

將十進(jìn)制數(shù)的10個(gè)數(shù)字0、1、2、3、4、5、6、7、8、9編成二進(jìn)制代碼的電路叫做二—十進(jìn)制編碼器。二—十進(jìn)制代碼簡(jiǎn)稱BCD代碼，又稱8421碼。電路的輸出只有0000～1001十種組合，正好反映輸入0～9十個(gè)十進(jìn)制數(shù)，實(shí)現(xiàn)從十進(jìn)制到二進(jìn)制數(shù)的轉(zhuǎn)換。圖5-2-6、圖5-2-7、表5-2-4分別是二—十進(jìn)制編碼器的框圖、邏輯圖和編碼表。

圖5-2-68421BCD編碼器框圖圖5-2-78421BCD編碼器邏輯圖

表5-2-48421BCD編碼器的真值表根據(jù)以上兩種編碼器可以看出，編碼器的輸入信號(hào)比輸出信號(hào)多，即編碼后的位數(shù)比編碼前的位數(shù)少，有N個(gè)輸出端，2N個(gè)輸入端(BCD編碼器除外)。5.2.2譯碼器

譯碼是編碼的反過程，是將給定的代碼“翻譯”成特定的信號(hào)或另一種形式的代碼。

1．二進(jìn)制譯碼器

二進(jìn)制譯碼器又稱全譯碼器，它有N個(gè)輸入端，有M

=

2N個(gè)輸出端。如2位二進(jìn)制譯碼器，N

=

2，M

=

22

=

4，即有2個(gè)輸入端，4個(gè)輸出端。圖5-2-8是二進(jìn)制譯碼器的示意圖。

圖5-2-8二進(jìn)制譯碼器的示意圖

2．2位二進(jìn)制譯碼器

把2位二進(jìn)制代碼的4種狀態(tài)(00、01、10、11)，按其原意“翻譯”成對(duì)應(yīng)輸出信號(hào)的電路稱為2位二進(jìn)制譯碼器。

1)示意圖

2位二進(jìn)制譯碼器的示意圖如圖5-2-9所示。

2)邏輯圖

2位二進(jìn)制譯碼器的邏輯圖如圖5-2-10所示。

圖5-2-92位二進(jìn)制譯碼器的示意圖

圖5-2-102位二進(jìn)制譯碼器的邏輯圖圖中， 為使能端，低電平有效。它既可控制電路的工作，也可用于擴(kuò)展邏輯功能。 =

0時(shí)，譯碼器工作； =

1時(shí)，電路被禁止， 輸出全部為高電平，

輸出狀態(tài)與輸入數(shù)據(jù)無關(guān)。

3)真值表

2位二進(jìn)制譯碼器的真值表如表5-2-5所示。表5-2-52位二進(jìn)制譯碼器的真值表4)邏輯表達(dá)式

2位二進(jìn)制譯碼器的邏輯表達(dá)式為：

3．二—十進(jìn)制譯碼器

將二—十進(jìn)制代碼“翻譯”成0～9十個(gè)二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)的電路，稱為二—十進(jìn)制譯碼器，又叫BCD譯碼器。BCD譯碼器有4個(gè)輸入端，10個(gè)輸出端。

在數(shù)字顯示電路中應(yīng)用非常廣泛的七段譯碼器屬于二—十進(jìn)制譯碼器(即BCD譯碼器)，七段譯碼器也有4個(gè)輸入端，用A、B、C、D表示，但只有7個(gè)輸出端，用a、b、c、d、e、f、g表示，利用這七個(gè)輸出信號(hào)去驅(qū)動(dòng)相應(yīng)的發(fā)光體LED發(fā)光，使譯碼器的結(jié)果直接以十進(jìn)制數(shù)0～9顯示出來，如表5-2-6所示。圖5-2-11和圖5-2-12分別是七段數(shù)碼管的分段示意圖和發(fā)光顯示圖。

表5-2-6七段字型譯碼器的真值表

圖5-2-11七段數(shù)碼管分段示意圖圖5-2-12七段數(shù)碼管發(fā)光示意圖

LED七段數(shù)碼發(fā)光管多數(shù)情況用于顯示十進(jìn)制數(shù)字，要將0～9的數(shù)字用7段顯示，必須將數(shù)字轉(zhuǎn)換為L(zhǎng)ED七段數(shù)碼發(fā)光管對(duì)應(yīng)七段碼的信息，比如，要顯示“0”，就是a、b、c、d、e和f段發(fā)光，顯示“1”，就是b和c段發(fā)光等等，如表5-2-7所示。表5-2-7七段數(shù)碼管顯示數(shù)字及發(fā)光段對(duì)應(yīng)表七段譯碼器有輸出低電平有效和高電平有效的多種型號(hào)。當(dāng)選用的LED七段數(shù)碼發(fā)光管是共陽極接法時(shí)，應(yīng)使用低電平輸出有效的七段譯碼器，如7446和7447等；當(dāng)選用的LED七段數(shù)碼發(fā)光管是共陰極接法時(shí)，應(yīng)使用高電平輸出有效的七段譯碼器，如7448和7449(OC輸出)等。共陽極型與共陰極型數(shù)碼管的接法如圖5-2-13所示。

圖5-2-13LED內(nèi)部接法圖圖5-2-14為L(zhǎng)ED的使用舉例，圖中的LED為共陽極接法，因此，COM端接5V電壓，其他引腳端通過限流電阻接到鎖存器74LS373的輸出，當(dāng)各段輸入端為邏輯“1”時(shí)，對(duì)應(yīng)的LED不亮；各段輸入端為邏輯“0”時(shí)，對(duì)應(yīng)LED才發(fā)亮。使用時(shí)要根據(jù)LED正常發(fā)光需要的電流參數(shù)估算限流電阻取值。電阻取值越小，電流大，LED會(huì)更亮，但要注意長(zhǎng)時(shí)間過熱使用燒壞LED。

圖5-2-14LED數(shù)碼管的應(yīng)用圖

一、技能訓(xùn)練目標(biāo)

(1)加深對(duì)編碼器、譯碼器工作原理的理解。

(2)掌握編碼器與譯碼器的組合運(yùn)用。

【技能訓(xùn)練二十六】0～9數(shù)碼顯示電路的安裝及調(diào)試

二、儀器、工具和材料

(1)儀器和工具：MF47型萬用表、電烙鐵、剪線鉗、鑷子、焊錫、YB1719型穩(wěn)壓電源。

(2)器件材料清單見表5-2-8。

表5-2-8器件材料清單

三、電路和工作原理

0～9數(shù)碼顯示電路是一個(gè)用10線-4線BCD編碼器74LS147、7段譯碼器74LS48、四非門以及七段發(fā)光數(shù)碼管(共陰極)組成的數(shù)碼顯示電路，如圖5-2-15所示，當(dāng)S1～S9中任一個(gè)開關(guān)閉合時(shí)，即相當(dāng)于編碼器74LS147中相應(yīng)的輸入端接地(低電平有效)，經(jīng)74LS147編碼后從⑨、⑦、⑥、④腳輸出，經(jīng)反相器74LS04反相后送入七段譯碼器74LS48進(jìn)行譯碼，輸出a～f七個(gè)信號(hào)驅(qū)動(dòng)數(shù)碼顯示器發(fā)光，顯示相應(yīng)的數(shù)字；當(dāng)S1～S9都斷開時(shí)，數(shù)碼顯示器顯示為“0”。

圖5-2-150～9數(shù)碼顯示電路原理圖

四、技能訓(xùn)練內(nèi)容與步驟

(1)利用Protel軟件繪制出電路原理圖，生成PCB線路板，如圖5-2-16所示(方法見第6章)。

(2)利用敷銅板制作PCB線路板。(詳細(xì)方法見第3章)

(3)檢測(cè)元器件，在這里主要用萬用表檢測(cè)開關(guān)、電阻和發(fā)光數(shù)碼管(檢測(cè)方法見第1章)，而集成電路沒有條件進(jìn)行測(cè)試，只能安裝集成座，在出現(xiàn)故障時(shí)使用代換法檢查。

(4)電路安裝，所有元器件全部貼板安裝，所有電阻的色環(huán)方向一致。

圖5-2-160～9數(shù)碼顯示電路PCB板圖

(5)電路設(shè)試，在檢查電路安裝無誤后，可接通電源(直流12

V)依次按下開關(guān)對(duì)集成電路的相關(guān)引腳進(jìn)行測(cè)試，并填寫表5-2-9，然后將U1的輸入與輸出狀態(tài)與表5-2-4(編碼)進(jìn)行比較，U3的輸入輸出和表5-2-6(譯碼)進(jìn)行比較，以加深對(duì)編碼器和譯碼器的理解。

(6)檢測(cè)電路效果：在所有開關(guān)沒有按下時(shí)，發(fā)光數(shù)碼管顯示為“0”，當(dāng)按下開關(guān)S1，發(fā)光數(shù)碼管顯示“1”，按下開關(guān)S2，發(fā)光數(shù)碼管顯示“2”，以此類推。

表5-2-9各集成電路主要引腳的電平變化表

(7)常見故障及檢修：

①接通電源，沒有顯示任何數(shù)字。

檢查方法：用萬用表直流電壓擋測(cè)量電源供電是否正常。如不正常，檢查電源電路；如正常，測(cè)量各集成電路74LS48的七個(gè)輸出端，是否有輸出電壓。如有，則是數(shù)碼顯示器故障，換一個(gè)試試；如無，則逐個(gè)拔下三塊集成電路用代替法試驗(yàn)。②數(shù)碼管缺筆少劃。

檢查方法：數(shù)碼管顯示缺筆少劃時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)檢查74LS147到數(shù)碼管的對(duì)應(yīng)段連線是否存在假焊、漏焊、虛焊時(shí)(如數(shù)碼管b段不亮，應(yīng)重點(diǎn)檢查數(shù)碼管b段與集成電路74LS48⑿腳之間的連線)，如無發(fā)現(xiàn)問題，可更換數(shù)碼管或74LS147試試。③亂碼。

檢查方法：所謂亂碼就是顯示的數(shù)字不成數(shù)字(如本來顯示“1”時(shí)，數(shù)碼管應(yīng)該b、c段發(fā)光，亂碼時(shí)則可能g、c段不發(fā)光)，應(yīng)重點(diǎn)檢查74LS147的BCD二進(jìn)制編碼輸入線與74LS48的BCD二進(jìn)制編碼輸出線的對(duì)應(yīng)關(guān)系，看看是否接錯(cuò)，或存在漏焊、虛焊等情況，如有必要，可更換74LS147或74LS48試試。

五、技能訓(xùn)練評(píng)分記錄表

六、拓展閱讀

通過對(duì)“0～9數(shù)碼顯示電路”的安裝與調(diào)試，讀者應(yīng)該知道在各類家電面板中、公路上的紅綠燈計(jì)時(shí)等的數(shù)字是如何顯示出來的。你能否利用本節(jié)學(xué)得的知識(shí)設(shè)計(jì)制作兩位數(shù)或三位數(shù)的數(shù)碼顯示電路呢？

【基本知識(shí)與技能準(zhǔn)備】

時(shí)基集成電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、功能多，具有精度高、驅(qū)動(dòng)電流大、負(fù)載能力強(qiáng)、溫度漂移小、速度快的特點(diǎn)，可直接與數(shù)字電路相連，是一種應(yīng)用非常廣泛的模擬-數(shù)字集成電路，可用于單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、雙穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、無穩(wěn)態(tài)振蕩器和各種開關(guān)電路。常用的時(shí)基集成電路有NE555、LM555、UA555、LC555、SL555等，它們的內(nèi)部功能結(jié)構(gòu)和管腳序號(hào)都相同，因此可以相互直接代換。5.3時(shí)基集成電路的應(yīng)用5.3.1555時(shí)基集成電路的結(jié)構(gòu)

555時(shí)基集成電路內(nèi)部一共集成了21個(gè)晶體三極管、4個(gè)晶體二極管和16個(gè)電阻器，組成了兩個(gè)電壓比較器、一個(gè)RS觸發(fā)器、一個(gè)放電晶體管和一個(gè)由3只全等電阻組成的分壓器，如圖5-3-1所示。圖5-3-2為555時(shí)基集成電路的引腳功能圖。

圖5-3-1555時(shí)基電路內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖

圖5-3-2555時(shí)基集成電路的引腳功能圖5.3.2555時(shí)基集成電路的工作原理

圖5-3-1中的C1稱為上比較器，C2稱為下比較器。圖中阻值為5

kΩ的三個(gè)電阻從上而下分別為R1、R2、R3，由于R1、R2、R3阻值相等，因此555的⑤腳電位固定在2/3VCC(VCC為集成電路的電源電壓)，⑥腳是閾值輸入端。同理，下比較器C2的反相較入端電位被固定在1/3VCC上，同相輸入端②腳作為觸發(fā)輸入端。由于C1的基準(zhǔn)電壓設(shè)在同相輸入端，所以當(dāng)閥值端即⑥腳電壓高于或等于2/3VCC時(shí)，C1輸出低電平，使基本RS觸發(fā)器置0，經(jīng)G3、G4后令輸出端③腳為0。而C2的基準(zhǔn)電壓是設(shè)在反相輸入端，因此只有當(dāng)觸發(fā)器②腳電平小于或等于1/3VCC時(shí)，C2輸出低電平，觸發(fā)器被置1，經(jīng)G3、G4后令輸出端③腳為1。

555時(shí)基集成電路的最基本特性可以歸結(jié)為：當(dāng)觸發(fā)端②腳電位高于1/3VCC時(shí)，集成塊③腳就輸出高電位；當(dāng)觸發(fā)端⑥電位高于2/3VCC(有一個(gè)先決條件：②腳電位必須大于1/3VCC)集成塊時(shí)③腳就輸出低電位(這一點(diǎn)說明當(dāng)②、⑥腳電位發(fā)生矛盾時(shí)，先服從②腳)。

一、技能訓(xùn)練目標(biāo)

(1)掌握555時(shí)基集成電路的結(jié)構(gòu)以及工作原理。

(2)掌握電路分析、PCB設(shè)計(jì)，電路安裝與調(diào)試的能力。

【技能訓(xùn)練二十八】?jī)蔁艚惶骈W爍電路的安裝及調(diào)試

二、儀器、工具和材料

(1)儀器和工具：MF47型萬用表、YB1719型穩(wěn)壓電源、電烙鐵、焊錫、剪線鉗、鑷子。

(2)器件材料清單見表5-3-1。

表5-3-1器件材料清單

三、電路和工作原理

兩燈交替閃爍電路的原理圖如圖5-3-3所示，接通電源后，因電容C1兩端電壓不能突變，處于短路狀態(tài)，555集成電路的②腳為低電平，③腳輸出為高電平，故發(fā)光二極管LED2發(fā)光，LED1不發(fā)光，以此同時(shí)，電源通過R1、R2向C1充電，使⑥腳電平不斷升高，當(dāng)電位上升到2/3VCC(VCC電源電壓)后，555集成電路的③腳輸出變?yōu)榈碗娖?，發(fā)光二極管LED1發(fā)光，LED2不發(fā)光。這時(shí)555集成電路內(nèi)部的放電管導(dǎo)通，使⑦腳與①腳接通，電容C1上儲(chǔ)存的電壓通過電阻R2、⑦腳、①腳對(duì)地放電，使②腳電位不斷下降，當(dāng)下降到1/3VCC時(shí)，③腳輸出又變?yōu)楦唠娖?，發(fā)光二極管LED2發(fā)光，LED1不發(fā)光，同時(shí)放電管截止，⑦腳被懸空，電源又對(duì)C1充電，使⑥腳電位上升，當(dāng)電位上升到2/3VCC后，③腳輸出變?yōu)榈碗娖?，發(fā)光二極管LED1發(fā)光，LED2不發(fā)光……如此不斷反復(fù)循環(huán)，形成振蕩，使LED1、LED2不停地交替發(fā)光。

圖5-3-3兩燈交替閃爍電路原理圖

四、技能訓(xùn)練內(nèi)容與步驟

(1)用萬能電路板設(shè)計(jì)出電路底板圖，板大小為5

cm

×

7

cm。圖5-3-4和圖5-3-5是參考電路底板圖。

(2)準(zhǔn)備好元器件，用萬用表進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)。

(3)按照設(shè)計(jì)出的底板圖把元器件安裝上電路板，注意元器件的位置一定要嚴(yán)格與底板圖一致，特別是集成電路插座。要求電阻、電解電容、二極管和集成座貼板安裝。

(4)根據(jù)底板圖的走線設(shè)計(jì)將元器件用焊錫拖焊或用裸線連接起來。

(5)詳細(xì)對(duì)照設(shè)計(jì)圖檢查元器件及走線是否安裝正確。走線之間有否短路。電路成品圖如圖5-3-6所示。

圖5-3-4電路板元件面

圖5-3-5電路板焊接面

圖5-3-6安裝好的成品圖

(6)確認(rèn)無誤后把555集成塊裝上集成座，注意集成塊缺口方向不能裝反，否則通電會(huì)損壞集成電路。接上12

V直流電源，電路即可進(jìn)行正常工作。

(7)待接上電源后，紅、綠兩個(gè)發(fā)光二極管交替閃爍。

(8)常見故障及檢修：

①接通電源后，兩燈都不亮。故障原因：電源電壓沒加到電路板；兩只發(fā)光二極管裝反或同時(shí)損壞(可能性不大)。

②只有一個(gè)發(fā)光管LED1常亮。故障原因：LED2開路損壞；R2開路損壞；集成電路損壞。

③只有一個(gè)發(fā)光管LED2閃亮。故障原因：不亮的那個(gè)二極管損壞或者該支路中的分流電阻開路損壞。五、技能訓(xùn)練評(píng)分記錄表

六、拓展閱讀

利用555時(shí)基集成可以制作很多有趣的電路，如電子音樂門鈴、報(bào)警器、分頻器以及聲、光控電路等。通過這次的理論學(xué)習(xí)和實(shí)際操作后，你是否可以利用555時(shí)基集成自已設(shè)計(jì)安裝出以上其中一個(gè)電路呢？如果不行的話，請(qǐng)查閱一些電子趣味小制作的書籍，會(huì)從中得到一些很好的啟發(fā)。

一、技能訓(xùn)練目標(biāo)

(1)進(jìn)一步加深對(duì)555時(shí)基電路原理的理解及應(yīng)用。

(2)提高學(xué)生的電路分析、底板設(shè)計(jì)、組裝及調(diào)試的能力。

【技能訓(xùn)練二十八】電冰箱斷電延時(shí)保護(hù)電路的安裝及調(diào)試

二、儀器、工具和材料

(1)儀器和工具：MF47型萬用表、YB1719型穩(wěn)壓電源、電烙鐵、焊錫、剪線鉗、鑷子。

(2)器件材料清單見表5-3-2。

表5-3-2器件材料清單

三、電路和工作原理

電冰箱斷電延時(shí)保護(hù)電路如圖5-3-7所示。電冰箱壓縮機(jī)用發(fā)光二極管代替，發(fā)光說明電冰箱通電工作。電路主要由555時(shí)基集成電路及外圍電路組成，R1、VD1構(gòu)成C1的放電回路。當(dāng)電冰箱接通電源時(shí)，電源電壓通過R2對(duì)C1充電，由于C1上電壓不能突變，充電時(shí)555集成電路的②、⑥腳處于高電平，③腳處于低電平，繼電器不通電，壓縮機(jī)不工作(發(fā)光二極管不發(fā)光)，經(jīng)過一段時(shí)間后C1兩端電壓上升，555集成電路的②、⑥腳處于低電平，③腳變?yōu)楦唠娖?，繼電器通電，開關(guān)閉合，壓縮機(jī)通電工作(發(fā)光二極管發(fā)光)。當(dāng)電網(wǎng)停電(或拔下電冰箱電源插頭)后，C1通過R1、VD1迅速放電；當(dāng)再次來電(或插上電冰箱電源插頭)后，電容器又充電，過一段時(shí)間后繼電器再吸合，接通壓縮機(jī)工作，起到保護(hù)壓縮機(jī)的作用。

圖5-3-7電冰箱斷電延時(shí)保護(hù)電路原理圖

四、技能訓(xùn)練內(nèi)容與步驟

(1)用Protel設(shè)計(jì)出PCB底板圖(或用萬能板設(shè)計(jì)也比較簡(jiǎn)單)，如圖5-3-10。圖中POWER為電源插接件，電路板尺寸設(shè)置為5

cm

×

7

cm。圖5-3-8和圖5-3-9是用萬能電路板設(shè)計(jì)出來元器件的布置及電路走線圖。

圖5-3-8萬能電路板元件面

圖5-3-9萬能電路板焊接面

(2)由PCB底板圖制作出電路板，參考圖5-3-10。(如用萬能電路板制作則可省略這一步。)

(3)按照元件列表將元器件準(zhǔn)備好，用萬用表進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)。

(4)把元器件按照PCB底板圖的布局焊接安裝到電路板(萬能板)上。如果是使用萬能板安裝，則在安裝繼電器K時(shí)要稍微調(diào)整其引腳才能插入萬能板中，注意不能太用力，否則容易使引腳折斷。

(5)裝上555集成電路，對(duì)照底板圖檢查一遍安裝是否有誤，二極管、電解電容器的極性，集成電路的缺口方向等。安裝好的電路板圖如圖5-3-11所示。

圖5-3-10用敷銅板設(shè)計(jì)的PCB板圖(元件面)

圖5-3-11安裝好的成品圖

(6)焊接好電源插頭，接上12

V直流穩(wěn)壓電源，電路便可正常工作。

(7)電路效果檢測(cè)：通電后紅色發(fā)光二極管不亮，大約30秒后，紅色發(fā)光二極管發(fā)光。

(8)常見故障與檢修。

①接通電源后，發(fā)光二極管立即亮。故障原因：電容C2擊穿損壞；集成電路損壞。

②接通電源30秒后，發(fā)光二極管不亮。故障原因：如果測(cè)得集成電路的③腳為低電平，那么可能是電容C1開路損壞或集成電路損壞或虛焊；如果測(cè)得集成電路的③腳為高電平，沒聽到繼電器的吸合聲，則可能是VD2開路、VD3短路，繼電器損壞或虛焊；如果能聽到繼電器的吸合聲，則可能是R4開路或發(fā)光二極管損壞或虛焊。五、技能訓(xùn)練評(píng)分記錄表續(xù)表

六、拓展閱讀

通過對(duì)本電路的原理分析，我們可以知道電路的延時(shí)保護(hù)主要是通過電容C2的充電時(shí)間來實(shí)現(xiàn)的延時(shí)啟動(dòng)，電容容量越大，延時(shí)越長(zhǎng)。如果需要用555時(shí)基集成電路制作一個(gè)對(duì)電器(如電動(dòng)機(jī)、燈具等)延時(shí)關(guān)機(jī)的電路，參考本電路，你能設(shè)計(jì)制作出來嗎？

【基本知識(shí)與技能準(zhǔn)備】

數(shù)字電路里有些能夠寄存代碼和信息的記憶部件，它的輸出狀態(tài)不僅取決于當(dāng)時(shí)的輸入信號(hào)，還與電路輸出端的原來狀態(tài)有關(guān)。這類邏輯電路稱為時(shí)序邏輯電路。5.4時(shí)序邏輯電路5.4.1觸發(fā)器

觸發(fā)器是組成時(shí)序邏輯電路的一種重要器件。觸發(fā)器有兩個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)，即“1”態(tài)，和“0”態(tài)。在一定的外界信號(hào)作用下可以從一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)翻轉(zhuǎn)到另一個(gè)穩(wěn)定狀態(tài)。觸發(fā)器按結(jié)構(gòu)形式分有基本RS觸發(fā)器、時(shí)鐘RS觸發(fā)器、主從結(jié)構(gòu)觸發(fā)器、邊沿觸發(fā)器等；按功能分有RS觸發(fā)器、JK觸發(fā)器、D觸發(fā)器和T觸發(fā)器等。表5-4-1列出了常用五種邏輯功能觸發(fā)器的邏輯符號(hào)、邏輯功能、真值表、波形圖和特點(diǎn)。表5-4-1幾種觸發(fā)器的比較續(xù)表5.4.2計(jì)數(shù)器

1．計(jì)數(shù)器的特點(diǎn)和分類

能夠累計(jì)輸入脈沖個(gè)數(shù)的數(shù)字電路稱為計(jì)數(shù)器，它含有若干個(gè)觸發(fā)器，并按預(yù)定順序改變各觸發(fā)器的狀態(tài)。計(jì)數(shù)器在計(jì)時(shí)、控制、測(cè)量、分頻等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。計(jì)數(shù)器的分類有以下幾種：

(1)按照各個(gè)觸發(fā)器狀態(tài)翻轉(zhuǎn)的時(shí)間，可分為同步和異步計(jì)數(shù)器。所謂同步，是指各觸發(fā)器的觸發(fā)脈沖CP同時(shí)到來；異步是指各觸發(fā)器的觸發(fā)脈沖不同時(shí)到來，下一級(jí)觸發(fā)器的觸發(fā)脈沖由上一級(jí)觸發(fā)器的輸出端提供。

(2)按照計(jì)數(shù)過程中數(shù)字的增減規(guī)律，可分為加法、減法和可逆計(jì)數(shù)器。

(3)按照計(jì)數(shù)器的循環(huán)長(zhǎng)度，可分為二進(jìn)制和Ｎ進(jìn)制計(jì)數(shù)器。

2．異步二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器的電路結(jié)構(gòu)

在觸發(fā)器中，T′觸發(fā)器的邏輯功能主要是計(jì)數(shù)翻轉(zhuǎn)，一個(gè)觸發(fā)器就可以組成一個(gè)最簡(jiǎn)單的1位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器。每輸入一個(gè)CP脈沖，T′觸發(fā)器就翻轉(zhuǎn)一次。而JK觸發(fā)器、D觸發(fā)器等觸發(fā)器可以轉(zhuǎn)變?yōu)門′觸發(fā)器，因此也可以用來組成計(jì)數(shù)器。圖5-4-1和圖5-4-2分別是用JK觸發(fā)器和D觸發(fā)器構(gòu)成的2位異步二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)邏輯圖。同理可知，3位異步二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)可由三個(gè)T′觸發(fā)器構(gòu)成，4位異步二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)可由四個(gè)T′觸發(fā)器構(gòu)成。

圖5-4-1由JK觸發(fā)器構(gòu)成的2位二進(jìn)制異步加法計(jì)數(shù)器

圖5-4-2由D觸發(fā)器構(gòu)成的2位二進(jìn)制異步加法計(jì)數(shù)器

3．異步二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)功能

從圖5-4-2中可以看出，以D觸發(fā)器構(gòu)成的2位二進(jìn)制異步加法計(jì)數(shù)器為例來分析異步加法計(jì)數(shù)器的工作原理是：計(jì)數(shù)器中低位觸發(fā)器的輸出信號(hào)被用作高位觸發(fā)器的時(shí)鐘脈沖，當(dāng)?shù)臀挥|發(fā)器輸出端出現(xiàn)一個(gè)下降沿時(shí)，高位觸發(fā)器就發(fā)生翻轉(zhuǎn)，相當(dāng)于由低位向高位輸出一個(gè)進(jìn)位信號(hào)。

假設(shè)計(jì)數(shù)前先由CR脈沖清零，令計(jì)數(shù)器初始狀態(tài)為Q1Q0=00，計(jì)數(shù)器處于00狀態(tài)，由于D端接到，即D

=

1，觸發(fā)器處于置“1”狀態(tài)。當(dāng)?shù)谝粋€(gè)CP脈沖下降沿到來時(shí)，觸發(fā)器FF0翻轉(zhuǎn)，Q0由0上升為1，由于沒有下降沿，觸發(fā)器FF1不翻轉(zhuǎn)，Q1保持為0，此時(shí)輸出Q1Q0

=

01，表示計(jì)數(shù)為1。

當(dāng)?shù)诙€(gè)CP脈沖下降沿到來時(shí)，觸發(fā)器FF0再次翻轉(zhuǎn)，Q0由1下降為0，同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)下降沿，該下降沿使觸發(fā)器FF1翻轉(zhuǎn)，Q1由0上升為1，此時(shí)輸出Q1Q0

=

10，表示計(jì)數(shù)為2。

當(dāng)?shù)谌齻€(gè)CP脈沖下降沿到來時(shí)，觸發(fā)器FF0又再次翻轉(zhuǎn)，Q0由0上升為1，由于是上升沿，觸發(fā)器FF1不翻轉(zhuǎn)，Q1保持為1，此時(shí)輸出Q1Q0

=

11，表示計(jì)數(shù)為3。

當(dāng)?shù)谒膫€(gè)CP脈沖到來時(shí)，計(jì)數(shù)器重新回到O狀態(tài)。

其他多位計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)過程依次類推，但有一個(gè)規(guī)律，每來一個(gè)時(shí)鐘脈沖，觸發(fā)器FF1

觸發(fā)一次；每來兩個(gè)脈沖，觸發(fā)器FF2觸發(fā)一次；每來四個(gè)時(shí)鐘脈沖，觸發(fā)器FF3觸發(fā)一次；總之，每來2n-1個(gè)時(shí)鐘脈沖，觸發(fā)器FFn觸發(fā)一次。

4．異步二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器的定時(shí)功能

所謂定時(shí)，就是此電路具有這樣一個(gè)功能，即在一個(gè)規(guī)定的時(shí)間內(nèi)定時(shí)發(fā)出一個(gè)時(shí)間到的信號(hào)。計(jì)數(shù)電路可以當(dāng)定時(shí)電路用，這是因?yàn)槊恳粋€(gè)計(jì)數(shù)脈沖都有一個(gè)固定的時(shí)間值。

5．異步二進(jìn)制加法計(jì)數(shù)器的分頻功能

分頻是異步式計(jì)數(shù)器具有的一種功能，它只針對(duì)指時(shí)鐘脈沖頻率變化而言。從異步式計(jì)數(shù)器的波形圖可以看出，若原時(shí)鐘頻率為n次，則經(jīng)過一級(jí)觸發(fā)器后，Q1信號(hào)的頻率為n/2次，再經(jīng)過一級(jí)觸發(fā)器，Q2的頻率減小為n/4次，以此類推，每經(jīng)過一級(jí)觸發(fā)器，輸出的頻率應(yīng)該為輸入信號(hào)頻率的一半。

一、技能訓(xùn)練目標(biāo)

(1)熟練掌握各類觸發(fā)器的邏輯功能及應(yīng)用。

(2)掌握電路組裝的基本操作技能。

(3)提高電路設(shè)計(jì)、調(diào)試和故障檢測(cè)的能力。

【技能訓(xùn)練三十】一種由D觸發(fā)器組成的計(jì)數(shù)器電路的安裝及調(diào)試

二、儀器、工具和材料

(1)儀器和工具：YB1719型穩(wěn)壓電源、XJ4328型示波器、MF47型萬用表、電烙鐵、鑷子、焊錫、剪線鉗。

(2)器件材料清單見表5-4-2。

表5-4-2器件材料清單

三、電路和工作原理

本電路是一個(gè)用D觸發(fā)器構(gòu)成的4位二進(jìn)制異步加法計(jì)數(shù)器。電路圖如圖5-4-3所示，加法計(jì)數(shù)器中低位觸發(fā)器的輸出信號(hào)被用作高位觸發(fā)器的時(shí)鐘脈沖，當(dāng)?shù)臀挥|發(fā)器輸出端出現(xiàn)一個(gè)上升沿時(shí)，高位觸發(fā)器就發(fā)生翻轉(zhuǎn)，相當(dāng)于由低位向高位輸出一個(gè)進(jìn)位信號(hào)。計(jì)數(shù)脈沖由開關(guān)S提供。接通電源之后，電源通過對(duì)C2充電，由于C2兩端電壓不能突變，集成電路得到低電平，使觸發(fā)器清零，令計(jì)數(shù)器初狀態(tài)Q3Q2Q1Q0=0000。 =

1111，發(fā)光二極管全部不亮，表示計(jì)數(shù)為0。

圖5-4-3D觸發(fā)器組成的計(jì)數(shù)器電路原理圖當(dāng)?shù)谝淮伟聪麻_關(guān)S(無自鎖)后，觸發(fā)器U1A的控制端得到一個(gè)脈沖上升沿，觸發(fā)器A翻轉(zhuǎn)， 由1下降為0，由于沒有上升沿，觸發(fā)器U1B、U2A、U2B不翻轉(zhuǎn)，

保持為1，此時(shí) =

1110，相對(duì)應(yīng)的發(fā)光二極管D0亮，D1、D2、D3不亮，表示計(jì)數(shù)為1。

當(dāng)?shù)诙伟聪麻_關(guān)S后，觸發(fā)器U1A的控制端又得到一個(gè)脈沖上升沿，觸發(fā)器U1A再次翻轉(zhuǎn)，此時(shí) 由0上升為1，該上升沿令觸發(fā)器U1B翻轉(zhuǎn)， 由1變?yōu)?，而U2A、U2B保持原狀態(tài)不變，故計(jì)數(shù)器輸出為 =

1101，即D1亮，D0、D2、D3不亮，表示計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)為2。依此類推，當(dāng)?shù)谌伟聪麻_關(guān)S后，計(jì)數(shù)器輸出 =

1100，發(fā)光二極管D0、D1亮，表示計(jì)數(shù)為3；第四次按下開關(guān)S后，計(jì)數(shù)器輸出 =

1011，發(fā)光二極管D2亮，表示計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)為4……，當(dāng)?shù)谑伟聪麻_關(guān)S后，計(jì)數(shù)器回到全零狀態(tài) =

1111，全部發(fā)光二極管不發(fā)光。計(jì)數(shù)器的狀態(tài)見表5-4-3。表5-4-3計(jì)數(shù)器的狀態(tài)表

四、技能訓(xùn)練內(nèi)容與步驟

(1)設(shè)計(jì)電路PCB板。因本電路原理圖較為復(fù)雜，最好使用Protel軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，如無電腦，用手工設(shè)計(jì)也不算困難，關(guān)鍵是兩塊集成電路的擺放位置要規(guī)劃好；四個(gè)發(fā)光二極管最好設(shè)置在一條直線上，并且按順序擺放。圖5-4-4和圖5-4-5所示的是用萬能電路板設(shè)計(jì)的板圖。

圖5-4-4萬能線路板元件面

圖5-4-5萬能線路板焊接面

(2)電路板制作。如果使用萬能板進(jìn)行安裝，則只需用細(xì)砂紙對(duì)萬能板進(jìn)行輕輕的打磨去除敷銅面的氧化層即可。如果使用敷銅板進(jìn)行安裝，則需經(jīng)過敷銅板表面處理、復(fù)印電路圖、描圖等程序，詳見第3章。

(3)元器件的準(zhǔn)備及質(zhì)量檢測(cè)。在安裝之前一定要對(duì)所有元器件進(jìn)行測(cè)量，避免有質(zhì)量不好或損壞的元器件安裝在電路板，造成調(diào)試不成功。

(4)電路安裝。如果是用敷銅板制作的電路板，只要把元器件照PCB板圖插入焊接穩(wěn)固即可，如果是利用萬能電路板安裝，則在安裝好元器件后需要用導(dǎo)線或焊錫按照預(yù)先設(shè)計(jì)好的PCB板圖上的走線進(jìn)行拖焊連接。并且拖焊的走線與板邊平行或垂直，轉(zhuǎn)彎處要成直角。

(5)電路調(diào)試。確認(rèn)電路安裝無誤后，裝上集成塊，通電試機(jī)。正確的電路效果是：沒按下開關(guān)S時(shí)，沒有發(fā)光二極管亮，第一次按下開關(guān)S，只有發(fā)光二極管D0點(diǎn)亮，按第二次后，只有發(fā)光二極管D1亮，按第三次后，只有D0和D1亮……，參考表5-4-3。為驗(yàn)證電路工作原理，測(cè)試電路各引腳電平將結(jié)果填入表5-4-4。

表5-4-4IC引腳電壓測(cè)量表

(6)常見的故障及處理。

①接通電源，按開關(guān)S，沒任何反應(yīng)。故障原因：電源故障，可測(cè)量集成電路的電源腳(14)、(7)電壓，如正常，則可能是集成電路有損壞或虛焊；如無電壓，則可能是電源沒接好或者電路有短路；另如果C2開路，會(huì)導(dǎo)致計(jì)數(shù)器無法復(fù)位，也是會(huì)造成這種故障。

②D0、D1正常，但D2、D3不能亮。故障原因：如果安裝無誤，則可能是集成電路U2損壞，用一塊新集成電路試一試。五、技能訓(xùn)練評(píng)分記錄表續(xù)表七、拓展閱讀

在理解掌握了用JK觸發(fā)器組成的計(jì)數(shù)電路的原理、安裝和調(diào)試后，請(qǐng)讀者分析圖5-4-6的計(jì)數(shù)過程，電路結(jié)構(gòu)和元器件與圖5-4-1比較有何不同？你能設(shè)計(jì)出其PCB板圖嗎？有興趣的讀者也可把它組裝出來。

圖5-4-6用JK觸發(fā)器組成的計(jì)數(shù)器電路原理圖

【綜合技能訓(xùn)練三】數(shù)字頻率計(jì)的安裝及調(diào)試

一、技能訓(xùn)練目標(biāo)

(1)加深對(duì)555時(shí)基電路、計(jì)數(shù)器、譯碼器工作原理的認(rèn)識(shí)和理解。

(2)提高對(duì)綜合電路的應(yīng)用和組裝、調(diào)試能力。

5.5綜合實(shí)訓(xùn)

二、儀器、工具和材料

(1)儀器和工具：MF47型萬用表、YB1719型穩(wěn)壓電源、XJ4328型示波器、電烙鐵、焊錫、剪線鉗、鑷子。

(2)器件材料清單見表5-5-1。

表5-5-1器件材料清單三、電路和工作原理

1．電路組成

本數(shù)字頻率計(jì)電路由控制電路、計(jì)數(shù)電路、譯碼電路、顯示電路組成。

(1)控制電路由兩塊NE555構(gòu)成，IC1組成多諧振蕩器，產(chǎn)生清零脈沖；該電路用二極管將定時(shí)電容充放電回路分開，由IC1的腳輸出的窄脈沖，一路送至計(jì)數(shù)器CR端作為清零信號(hào)，另一路送至由IC2構(gòu)成的門控信號(hào)產(chǎn)生器，IC2為單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，產(chǎn)生門控信號(hào)；R3和C5構(gòu)成微分電路，R4、RP1和C3構(gòu)成積分電路，初始狀態(tài)腳為高電平，腳為低電平，該電路以負(fù)脈沖觸發(fā)方式工作。此時(shí)計(jì)數(shù)器輸入端被二極管VD2鉗位在“0”電平，計(jì)數(shù)器不計(jì)數(shù)；當(dāng)輸入端②腳有下降沿出現(xiàn)時(shí)，電路進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)，③腳輸出高電平，此時(shí)計(jì)數(shù)器輸入端被二極管VD2鉗位在“1”電平，計(jì)數(shù)器開始計(jì)數(shù)；當(dāng)RP1和C3構(gòu)成積分器充電達(dá)到2VCC/3時(shí)，電路返回穩(wěn)定狀態(tài)，此時(shí)計(jì)數(shù)器輸入端被二極管VD2鉗位在“0”電平，計(jì)數(shù)器結(jié)束計(jì)數(shù)，且放電端⑦腳導(dǎo)通使C3迅速放電，為下一次重新計(jì)數(shù)做好準(zhǔn)備。

(2)計(jì)數(shù)電路由四個(gè)CD40192級(jí)連構(gòu)成，最大計(jì)數(shù)頻率為9999

Hz，CR為清零端，高電平有效，CP為加法計(jì)數(shù)脈沖輸入端，CO為進(jìn)位端，接高一位CP端。

(3)譯碼電路由4塊CD4511構(gòu)成，當(dāng)有計(jì)數(shù)脈沖輸入時(shí)，通過CD40192計(jì)數(shù)輸出BCD二進(jìn)制碼，由CD4511四線7段鎖存譯碼器譯碼、鎖存并驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示測(cè)量結(jié)果。

(4)顯示電路主要由四個(gè)數(shù)碼發(fā)光管和28個(gè)分流電阻構(gòu)成，主要完成數(shù)字顯示作用。

2．引腳功能

CD40192和CD4511引腳功能圖分別如圖5-5-1和圖5-5-2所示。

在圖5-5-1中， 為置數(shù)端，CR為清除端，CP為加計(jì)數(shù)端，CPD為減計(jì)數(shù)端，D0、D1、D2、D3為計(jì)數(shù)器輸入端，Q0、Q1、Q2、Q3為數(shù)據(jù)輸出端， 為非同步進(jìn)位輸出端，為非同步借位輸出端。

圖5-5-2中的各腳功能介紹如下：

BI：4腳是消隱輸入控制端，當(dāng)BI

=

0時(shí)，不管其他輸入端狀態(tài)如何，七段數(shù)碼管均處于熄滅(消隱)狀態(tài)，不顯示數(shù)字。

圖5-5-1CD40192引腳功能圖

圖5-5-2CD4511引腳功能圖

LT：3腳是測(cè)試輸入端，當(dāng)BI

=

1，LT

=

0時(shí)，譯碼輸出全為1，不管輸入DCBA狀態(tài)如何，七段均發(fā)亮，顯示“8”。它主要用來檢測(cè)數(shù)碼管是否損壞。

LE：鎖定控制端，當(dāng)LE

=

0時(shí)，允許譯碼輸出。LE

=

1時(shí)譯碼器是鎖定保持狀態(tài)，譯碼器輸出被保持在LE

=

0時(shí)的數(shù)值。

A1、A2、A3、A4：8421BCD碼輸入端。

a、b、c、d、e、f、g：譯碼輸出端，輸出為高電平1有效。

四、技能訓(xùn)練內(nèi)容與步驟

(1)按所給出的電路原理圖進(jìn)行布局，如圖5-5-3所示。在這里用10

cm

×

21.5

cm的萬能線路板安裝。有興趣的同學(xué)可嘗試用Protel來設(shè)計(jì)布局。注意：四個(gè)數(shù)碼管應(yīng)排列在一條直線上，并且低位在右邊，高位在左邊(元件面看)，如圖5-5-4和圖5-5-5所示。

(2)按元件列表準(zhǔn)備好各元器件，用萬用表進(jìn)行質(zhì)量判別。圖5-5-3數(shù)字頻率計(jì)電路原理圖圖5-5-4萬能線路板元件面圖5-5-5萬能線路板焊接面

(3)控制部分元器件安裝固定。焊接前先處理好電烙鐵，使它能夠粘上焊錫，最好使用30

W左右的尖嘴電烙鐵。元件位置一定要安裝準(zhǔn)確。

(4)控制部分元件的連接。用電烙鐵按照電路布局進(jìn)行拖焊。

(5)用示波器和萬用表對(duì)控制部分進(jìn)行測(cè)試。先測(cè)試IC1③腳有無清零脈沖信號(hào)，再測(cè)試IC2③腳有無時(shí)基脈沖波形。正常的波形應(yīng)該是矩形波。

(6)安裝計(jì)數(shù)、譯碼及顯示電路。按從低位到高位逐級(jí)安裝，安裝完一級(jí)調(diào)試一級(jí)，這樣如出現(xiàn)問題就容易查找。安裝好的電路板如圖5-5-6所示。

圖5-5-6數(shù)字頻率計(jì)成品圖

(7)電路調(diào)試。對(duì)照電路原理圖仔細(xì)檢查電路，確認(rèn)無誤后，接上+

5

V電源，輸入相應(yīng)位數(shù)的信號(hào)頻率(如安裝完個(gè)位顯示電路后輸入10

Hz以下的TTL脈沖信號(hào)，安裝完十位顯示電路后，輸入100

Hz以下的信號(hào))，觀察計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)顯示，并與脈沖信號(hào)發(fā)生器標(biāo)準(zhǔn)頻率進(jìn)行比較，微調(diào)RP1，使本頻率計(jì)所顯示的頻率值與標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器的頻率盡可能接近。

(8)常見故障及處理。

①數(shù)碼管缺筆少劃。應(yīng)重點(diǎn)檢查CD4511到數(shù)碼管對(duì)應(yīng)段連線是否存在假焊、漏焊、虛焊，例如數(shù)碼管b段不亮，應(yīng)重點(diǎn)檢查數(shù)碼管b段與集成電路CD4511(12)腳之間的連線。如無問題，可更換數(shù)碼管或CD4511試試。

②亂碼。所謂亂碼，就是顯示的數(shù)字不成數(shù)字，例如本來顯示“1”時(shí)，數(shù)碼管應(yīng)該b、c段發(fā)光，亂碼時(shí)則可能g、c段不發(fā)光，應(yīng)重點(diǎn)檢查CD4511的BCD二進(jìn)制編碼輸入線與CD40192的BCD二進(jìn)制編碼輸出線的對(duì)應(yīng)關(guān)系，看看是否接錯(cuò)，或存在漏焊、虛焊等情況。如有必要，可更換CD4511或CD40192試試。③不能進(jìn)位。當(dāng)計(jì)數(shù)器不能進(jìn)位時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)檢查本級(jí)的進(jìn)位端CO到下一級(jí)的計(jì)數(shù)器輸入端CP的連線，看看是否接錯(cuò)，或存在漏焊、虛焊等情況，如有必要可更換CD40192試試。④全顯“0”，不能計(jì)數(shù)。出現(xiàn)全顯“0”，不能計(jì)數(shù)的情況時(shí)，應(yīng)先檢查輸入的TTL脈沖電平是否正確，若正確，可把IC1、IC2先拔下，用一條短路線將清零端對(duì)地短路一下，進(jìn)行強(qiáng)制清零，再看看是否能計(jì)數(shù)，若此時(shí)還不能計(jì)數(shù)，應(yīng)重點(diǎn)檢查計(jì)數(shù)器，若能計(jì)數(shù)，可插回IC1、IC2，用一條短路線將IC2②腳對(duì)地短路，使IC2強(qiáng)制進(jìn)入暫穩(wěn)態(tài)，看看此時(shí)能否計(jì)數(shù)，若能計(jì)數(shù)，應(yīng)重點(diǎn)檢查IC1所構(gòu)成的多諧振蕩器，看看元件有無接錯(cuò)，有無漏焊、虛焊，必要時(shí)可更換NE555試試。⑤能計(jì)數(shù)、能清零，顯示時(shí)間為零。出現(xiàn)這種情況時(shí)，說明由IC1所構(gòu)成的多諧振蕩器是好的，此時(shí)應(yīng)重點(diǎn)檢查由IC2所構(gòu)成的單穩(wěn)態(tài)電路，看看元件有無接錯(cuò)，有無漏焊、虛焊，如無，可更換NE555試試。

⑥計(jì)數(shù)誤差大。應(yīng)重點(diǎn)檢查由R4、RP1和C3構(gòu)成積分電路，看看元件數(shù)值是否正確，有無接錯(cuò)。多數(shù)調(diào)節(jié)RP1即可排除。五、技能訓(xùn)練評(píng)分記錄表

六、拓展閱讀

完成本電路的安裝除了加強(qiáng)對(duì)譯碼器、數(shù)碼顯示電路和555時(shí)基電路的理解之外，最大的收獲莫過于對(duì)電烙鐵的拖焊技術(shù)的提高。因?yàn)楸倦娐返暮更c(diǎn)多，走線也多。如果用PROTEL設(shè)計(jì)，或者會(huì)比用萬能板更簡(jiǎn)單一些。本電路只可以顯示頻率的整數(shù)，不