電子工藝技術(shù)綜合技能教程.ppt

書名：電子工藝技術(shù)綜合技能教程 ISBN：978-7-111-31202-4 作者：武昌俊 出版社：機械工業(yè)出版社 本書配有電子課件,電子工藝技術(shù)綜合技能教材,項目二 數(shù)字時鐘設(shè)計與制作,2.1 項目教學(xué)目的 2.2 數(shù)字時鐘電路原理 2.3 數(shù)字時鐘的制作實訓(xùn) 2.4 項目評價,2.1 項目教學(xué)目的,一、教學(xué)目標(biāo) 二、項目任務(wù)及要求,一、教學(xué)目標(biāo),表格,二、項目任務(wù)及要求,任務(wù)1：數(shù)字時鐘電路的原理圖識讀與設(shè)計 1)掌握數(shù)字時鐘電路的設(shè)計方法。 2)學(xué)會分析數(shù)字時鐘的工作原理。 3)學(xué)習(xí)數(shù)字電路中脈沖信號的產(chǎn)生、計數(shù)分頻、譯碼顯示等單元電路的綜合應(yīng)用。 4)熟悉各單元電路的作用和工作原理。 5)熟悉各元器件的作用。,二、項目任務(wù)及要求,任務(wù)2：數(shù)字時鐘的制作實訓(xùn) 1)元器件的辨認與清點。 2)熟練檢測所有的集成電路好壞，掌握元器件檢查的方法。 3)熟悉面包板的結(jié)構(gòu)和使用方法。 4)數(shù)字時鐘的裝配中，要求掌握： 譯碼顯示、計數(shù)、校驗、信號產(chǎn)生、分頻電路和校驗電路的裝配與調(diào)試。 數(shù)字時鐘整體和準(zhǔn)確度的測試。 數(shù)字時鐘的維修方法。 )答辯與撰寫實訓(xùn)報告。,2.2 數(shù)字時鐘電路原理,模塊1 數(shù)字基本邏輯器件的應(yīng)用 一、集成邏輯門的基本應(yīng)用 二、集成觸發(fā)器及其基本應(yīng)用 三、555集成電路定時器及其基本應(yīng)用 模塊2 數(shù)字時鐘電路設(shè)計 一、數(shù)字時鐘的功能要求 二、總體組成框圖 三、數(shù)字時鐘原理,要求： 1)掌握集成邏輯門的基本應(yīng)用。 2)掌握集成觸發(fā)器及其基本應(yīng)用。 3)掌握集成電路定時器555及其基本應(yīng)用。,模塊1 數(shù)字基本邏輯器件的應(yīng)用,一、集成邏輯門的基本應(yīng)用,1.TTL門電路的使用規(guī)則 (1)電源電壓CC 只允許在5V(10%)的范圍內(nèi)，超過該范圍可能會損壞器件或使邏輯功能混亂。 (2)電源濾波 TTL器件的高速切換將產(chǎn)生電流跳變，其幅度為45mA，該電流在公共線上的電壓降會引起噪聲干擾，因此要盡量縮短地線以減小干擾。 (3)輸出端的連接 不允許直接接5V或接地。 (4)輸入端的連接 輸入端可以串入1個110k電阻或直接接電源電壓CC來獲得高電平輸入，直接接地為低電平輸入。 2.CMOS門電路的使用規(guī)則 1)電源電壓：電源電壓不能接反，規(guī)定+DD接電源正極，+SS接電源負極(通常接地)。,一、集成邏輯門的基本應(yīng)用,2)輸出端的連接：輸出端不允許直接接+DD或地，除三態(tài)輸出器件外，不允許兩個器件的輸出端連接使用。 3)輸入端的連接：輸入端的信號電壓應(yīng)滿足SSDD，若超出該范圍，則會損壞器件內(nèi)部的保護二極管或絕緣柵極，此時可在輸入端串接一只限流電阻(10100k)。 4)測試CMOS電路時，應(yīng)先加電源電壓+DD，后加輸入信號；關(guān)機時應(yīng)先切斷輸入信號，后斷開電源電壓+DD；所有測試儀器的外殼必須良好接地。 5)CMOS電路具有很高的輸入阻抗，易受外界干擾、沖擊和靜電擊穿，存放和焊接時均應(yīng)有防靜電措施，即存放在導(dǎo)電容器內(nèi)；焊接時應(yīng)切斷電源+DD；電烙鐵外殼必須良好接地，必要時可以拔下烙鐵電源，利用余熱進行焊接。,3.集成邏輯門的應(yīng)用舉例,圖2-1 門電路構(gòu)成的時鐘源及波形,(1)門電路構(gòu)成的時鐘源 利用反相器或與非門可以構(gòu)成脈沖時鐘,一、集成邏輯門的基本應(yīng)用,源，如圖2-1所示。,圖2-2 脈沖調(diào)制器與解調(diào)器,一、集成邏輯門的基本應(yīng)用,(2)脈沖調(diào)制器與解調(diào)器 由與非門構(gòu)成的低頻脈沖調(diào)制器如圖2-2a所示。 (3)門電路構(gòu)成的觸發(fā)器 門電路可以構(gòu)成RS觸發(fā)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、施密特觸發(fā)器等，其電路如圖2-3所示。,圖2-3 門電路構(gòu)成的觸發(fā)器,(4)集電極開路與非(OC)門和三態(tài)(TS)門的應(yīng)用 集電極開路與非(OC)門和三態(tài)(TS)輸出門都具有“線與”的功能，即它們的輸出端可以直接相連。,一、集成邏輯門的基本應(yīng)用,圖2-4 OC門的內(nèi)部結(jié)構(gòu),一、集成邏輯門的基本應(yīng)用,圖2-5 n個OC門“線與”驅(qū)動m個與非門,4.數(shù)字電路的調(diào)試技術(shù),一、集成邏輯門的基本應(yīng)用,圖2-6 一級OC門代替三級“與非門”,一、集成邏輯門的基本應(yīng)用,圖2-7 三態(tài)門用于數(shù)據(jù)傳輸,(1)集成邏輯門與組合邏輯電路測試 對集成邏輯門與組合邏輯電,一、集成邏輯門的基本應(yīng)用,路可以采用靜態(tài)測試和動態(tài)測試的方法分別進行測試。,圖2-8 門電路靜態(tài)測試連線圖,一、集成邏輯門的基本應(yīng)用,圖2-9 門電路動態(tài)測試連線圖,(2)時序邏輯電路測試,一、集成邏輯門的基本應(yīng)用,圖2-10 時序邏輯電路的靜態(tài)測試連線示意圖,1)時序邏輯電路的靜態(tài)測試。,一、集成邏輯門的基本應(yīng)用,2)時序邏輯電路的動態(tài)測試。,圖2-12 時序邏輯電路的動態(tài)測試連線示意圖,一、集成邏輯門的基本應(yīng)用,圖2-11 十六進制遞增計數(shù)器波形圖,二、集成觸發(fā)器及其基本應(yīng)用,1.集成觸發(fā)器的觸發(fā)方式與選用規(guī)則 (1)觸發(fā)方式 常見集成觸發(fā)器有D觸發(fā)器和JK觸發(fā)器。,圖2-13 三種觸發(fā)方式,(2)選用規(guī)則 1)通常根據(jù)數(shù)字系統(tǒng)的時序配合關(guān)系選用觸發(fā)器，一般在同一系統(tǒng)中選擇具有相同觸發(fā)方式的同類型觸發(fā)器。,二、集成觸發(fā)器及其基本應(yīng)用,2)在對工作速度要求較高的情況下，采用邊沿型觸發(fā)方式的觸發(fā)器較好。 3)觸發(fā)器在使用前必須經(jīng)過全面測試才能保證可靠性。 4)觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)時的動態(tài)功耗遠大于靜態(tài)功耗，為此系統(tǒng)應(yīng)盡量避免同一封裝內(nèi)的觸發(fā)器同時翻轉(zhuǎn)。 5)CMOS與TTL集成觸發(fā)器觸發(fā)方式基本相同，但使用時不宜將這兩種器件混合使用，因CMOS觸發(fā)器內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)及對觸發(fā)時鐘脈沖的要求與TTL有較大差別。 2.D觸發(fā)器的基本應(yīng)用,二、集成觸發(fā)器及其基本應(yīng)用,表2-1 74LS74邏輯功能表,二、集成觸發(fā)器及其基本應(yīng)用,圖2-14 同步單脈沖產(chǎn)生電路,3.JK觸發(fā)器的基本應(yīng)用,二、集成觸發(fā)器及其基本應(yīng)用,表2-2 74LS107邏輯功能表,表2-3 74LS76邏輯功能表,(1)“1”檢出電路 當(dāng)需要檢查數(shù)字系統(tǒng)在規(guī)定的時間間隔內(nèi)是否出現(xiàn)過“1”狀態(tài)時，采用74LS107主從型JK觸發(fā)器十分簡便，,二、集成觸發(fā)器及其基本應(yīng)用,其電路與波形如圖2-15所示。,圖2-15 “1”檢出電路及其波形,(2)八度音產(chǎn)生器,二、集成觸發(fā)器及其基本應(yīng)用,圖2-16 八度音產(chǎn)生器,4.單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的基本應(yīng)用,二、集成觸發(fā)器及其基本應(yīng)用,表2-4 74LS121邏輯功能表,二、集成觸發(fā)器及其基本應(yīng)用,圖2-17 非重觸發(fā)單穩(wěn)態(tài) 觸發(fā)器輸入、輸出波形,二、集成觸發(fā)器及其基本應(yīng)用,表2-5 74LS123邏輯功能表,圖2-18 可重觸發(fā)單穩(wěn)態(tài) 觸發(fā)器輸入、輸出波形,二、集成觸發(fā)器及其基本應(yīng)用,(1)精密延時電路 圖2-19a所示為用非重觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器(74LS121)組成的單穩(wěn)態(tài)延時電路。,圖2-19 非重觸發(fā)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器構(gòu)成的延時電路,二、集成觸發(fā)器及其基本應(yīng)用,圖2-20 占空比可調(diào)的脈沖發(fā)生器,(2)占空比可調(diào)的脈沖發(fā)生器 利用兩個單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的串接與反饋可構(gòu)成占空比可調(diào)的脈沖發(fā)生器，如圖2-20所示。,三、555集成電路定時器及其基本應(yīng)用,1.555的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及性能特點 2.由555定時器組成的基本電路及其應(yīng)用,1.555的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及性能特點,圖2-21 555定時器內(nèi)部原理框圖,1.555的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及性能特點,表2-6 555集成電路定時器的功能表,2.由555定時器組成的基本電路及其應(yīng)用,(1)單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器及其應(yīng)用 由555定時器組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器如圖2-22a所示。 1)觸摸開關(guān)電路。,圖2-22 由555定時器組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器,2.由555定時器組成的基本電路及其應(yīng)用,圖2-23 觸摸開關(guān)電路,2.由555定時器組成的基本電路及其應(yīng)用,圖2-24 由556定時器組成的兩級定時器電路,2)兩級定時器。,2.由555定時器組成的基本電路及其應(yīng)用,圖2-25 555組成的多諧振蕩器,(2)多諧振蕩器及其應(yīng)用 由555定時器組成的多諧振蕩器如圖所示,2.由555定時器組成的基本電路及其應(yīng)用,。 1)時鐘脈沖發(fā)生器。,圖2-26 時鐘脈沖發(fā)生器,2)通斷檢測器。 3)手控蜂鳴器。,2.由555定時器組成的基本電路及其應(yīng)用,圖2-27 通斷檢測器,2.由555定時器組成的基本電路及其應(yīng)用,圖2-28 手控蜂鳴器,2.由555定時器組成的基本電路及其應(yīng)用,圖2-29 555組成的施密特觸發(fā)器,(3)施密特觸發(fā)器及其應(yīng)用 將555定時器的域值輸入端6和觸發(fā)輸入端2相接，即構(gòu)成施密特觸發(fā)器，如圖2-29a所示。,2.由555定時器組成的基本電路及其應(yīng)用,圖2-30 邏輯電平測試電路,2.由555定時器組成的基本電路及其應(yīng)用,1)熟悉數(shù)字時鐘的功能要求和總體組成框圖。 2)讀懂?dāng)?shù)字時鐘的原理電路。,要求： 1)熟悉數(shù)字時鐘的功能要求和總體組成框圖。 2)讀懂?dāng)?shù)字時鐘的原理電路。,模塊2 數(shù)字時鐘電路設(shè)計,一、數(shù)字時鐘的功能要求,1)準(zhǔn)確計時，以數(shù)字形式顯示時、分、秒的時間。 2)小時的計時要求為“12翻1”，分和秒的計時要求為60進位。 3)校正時間。,二、總體組成框圖,圖2-31 數(shù)字時鐘電路系統(tǒng)組成框圖,三、數(shù)字時鐘原理,1.時鐘信號產(chǎn)生電路 2.分頻電路,三、數(shù)字時鐘原理,圖2-33 CD4040邏輯狀態(tài)圖,三、數(shù)字時鐘原理,表2-7 功能表,3.計數(shù)電路,三、數(shù)字時鐘原理,圖2-34 74LS90內(nèi)部邏輯電路,三、數(shù)字時鐘原理,表2-8 8421BCD碼十進制計數(shù)器計數(shù)時序,三、數(shù)字時鐘原理,表2-9 5421碼十進制計數(shù)器計數(shù)時序,三、數(shù)字時鐘原理,表2-10 74LS90功能表,圖2-35 用兩片74LS90構(gòu)成的 8421BCD碼100進制計數(shù)器,三、數(shù)字時鐘原理,表2-11 74LS90功能表,1)計數(shù)脈沖從CP輸入，Q0作為輸出端，為二進制計數(shù)器。 2)計數(shù)脈沖從CPB輸入，Q3Q2Q1作為輸出端，為異步五進制加法計數(shù)器。 3)若將CPB和Q0相連，計數(shù)脈沖由CPA輸入，Q3Q2Q1Q0作為輸出端，則構(gòu)成異步8421碼十進制加法計數(shù)器。,三、數(shù)字時鐘原理,4)若將CPA與Q3相連，計數(shù)脈沖CPB輸入，Q0Q3Q2Q1 作為輸出端，則構(gòu)成異步5421碼十進制加法計數(shù)器。 5)清零、置9功能。 異步清零：當(dāng)R0（）、R0（）均為“1”，9（）、9（）中有“0”時，實現(xiàn)異步清零功能。 置9功能：當(dāng)9（）、9（）均為“1”，R0（）、R0（）中有“0時”，實現(xiàn)置9功能。 4.譯碼顯示電路 (1)數(shù)碼顯示器 目前常用的數(shù)碼顯示器有發(fā)光二極管(LED)顯示器、液晶顯示器(LCD)等。,三、數(shù)字時鐘原理,圖2-36 LED數(shù)碼顯示器,(2)譯碼驅(qū)動電路 譯碼驅(qū)動電路由IC12IC17構(gòu)成。,三、數(shù)字時鐘原理,圖2-37 74LS247引腳排列圖,5.校驗電路,三、數(shù)字時鐘原理,圖2-38 74LS153引腳排列,三、數(shù)字時鐘原理,表2-12 74LS153功能表,三、數(shù)字時鐘原理,表2-13 74LS153的校驗功能,1)當(dāng)使能端()時，多路開關(guān)被禁止，無輸出，Q0。 2)當(dāng)使能端()0時，多路開關(guān)正常工作，根據(jù)地址碼A1、A0的狀態(tài)，將相應(yīng)的數(shù)據(jù)D0D3送到輸出端Q。,2.3 數(shù)字時鐘的制作實訓(xùn),一、數(shù)字時鐘制作與調(diào)試 二、數(shù)字鐘的檢測修理方法 三、編寫實訓(xùn)報告,工具設(shè)備、器材及實訓(xùn)器件 1)電子綜合實訓(xùn)臺(應(yīng)有邏輯開關(guān)、電平顯示、脈沖源、頻率計、五功能邏輯筆等)。 2)雙蹤示波器。 3)實訓(xùn)元器件(見表2-14所示的材料清單)。,要求： 1)掌握數(shù)字時鐘制作工藝與調(diào)試方法。 2)掌握數(shù)字時鐘的檢測修理方法。,一、數(shù)字時鐘制作與調(diào)試,(一)數(shù)字時鐘制作工藝過程 1)按材料清單辨識數(shù)字時鐘的所有元器件，材料清單見表2-14。,表2-14 數(shù)字時鐘材料清單,2)檢測各集成電路的好壞。,一、數(shù)字時鐘制作與調(diào)試,圖2-39 數(shù)字時鐘面包板制作圖,3)數(shù)字時鐘的裝配。,一、數(shù)字時鐘制作與調(diào)試,(二)數(shù)字時鐘電路的測試 1.譯碼顯示電路的測試 1)用74LS247的3腳試燈端測試數(shù)碼管的好壞。 2)將74LS247的D、C、B、A四位代碼端分別接00001001這10個代碼，看顯示器能否顯示09這10個數(shù)字，測試譯碼器及接線的好壞。 2.計數(shù)電路的測試 1)輸入端接1Hz連續(xù)脈沖源，檢查秒、分、時能不能分別實現(xiàn)六十進制、六十進制、二十四進制計數(shù)。 2)檢查秒是否能夠向分自動進位，分是否能向小時自動進位。 3.校驗電路的測試 4.信號產(chǎn)生電路的測試,一、數(shù)字時鐘制作與調(diào)試,5.分頻電路的測試 1)用頻率計測試左側(cè)CD4040的輸出端Q12，看能否產(chǎn)生8Hz的脈沖。 2)用頻率計測試右側(cè)CD4040的輸出端Q3看能否產(chǎn)生1Hz的脈沖。 6.數(shù)字時鐘的整體測試 7.數(shù)字時鐘準(zhǔn)確度的測試,二、數(shù)字鐘的檢測修理方法,1)通電后若所有顯示器均不亮，應(yīng)檢查電源是否正常，主要是數(shù)碼管共陽極端電源，每塊集成電路是否得電。 2)譯碼顯示部分不能正常工作。 3)計數(shù)器不能正常工作。 4)校驗電路不能正常工作。 5)信號產(chǎn)生及分頻電