四數(shù)字電路安裝與調(diào)試

1、第四章 數(shù)字電子電路安裝與調(diào)試第一節(jié) 穩(wěn)壓電源應(yīng)知：穩(wěn)壓電源電路的工作原理、集成電路知識(shí) 應(yīng)會(huì)：穩(wěn)壓電源電路的安裝與調(diào)試 教學(xué)內(nèi)容：一、電路原理圖4.1.1穩(wěn)壓電源原理圖穩(wěn)壓電源是為了給所研究的電路提供一個(gè)+5V的直流電源，其原理如圖4.1.1所示。從上圖可以看出穩(wěn)壓電源主要有變壓、整流、濾波和穩(wěn)壓幾部分組成。具體的工作原理略。二、元件明細(xì)表：T1：220V/9V 1個(gè) B1：1N4001 4只 C1：1000UF/16V 1個(gè)U1：7805 1個(gè) C2：2200UF/16V 1個(gè)78051 2 3 2輸入地輸出輸出電壓5V表示正電源（79表示負(fù)電源）圖4.1.2 三端穩(wěn)壓器型號(hào)及管腳介紹三、

2、電路安裝1、檢查電子元件的數(shù)量與質(zhì)量。其中二極管、電容器的識(shí)別與檢測(cè)請(qǐng)參閱§1.1電子元件的識(shí)別。三端穩(wěn)壓器7805的管腳及用法如圖4.1.2所示。 2、制作制作時(shí)使用印刷線路板就能把元件完全集中起來(lái)。印刷線路板是1.6mm厚的酚醛樹脂板，板的一側(cè)有銅箔蝕刻而成的元件導(dǎo)線。元件的布局與印刷線路如圖4.1.3元件布局圖圖4.1.3和4.1.4所示。圖4.1.4印刷線路板圖注：上述元件布局與印刷線路圖僅作參考，在實(shí)習(xí)教學(xué)中應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生自行設(shè)計(jì)，充分發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)造性，只要線路沒(méi)有錯(cuò)，輸入輸出符合要求（如左入右出）均可采用。三、檢查與通電調(diào)試元件安裝完之后，再次檢查二極管的方向是否正確，檢查電

3、解電容的極性，若沒(méi)有錯(cuò)誤，就可以通電。打開電源開關(guān)，用萬(wàn)用表電壓檔測(cè)量7805的1腳輸入端約11V左右，再測(cè)量輸出端為5V，即為正常。第二節(jié) 邏輯測(cè)試器應(yīng)知：邏輯測(cè)試器電路的工作原理、與非門知識(shí) 應(yīng)會(huì)：邏輯測(cè)試器電路的安裝與調(diào)試、敷銅板制作、印刷電路的繪制 教學(xué)內(nèi)容：一、電氣原理在數(shù)字電路研究中，判別某條線或某測(cè)試點(diǎn)是H（高電平）還是L（低電平）非常重要。為此我們來(lái)制作簡(jiǎn)單的邏輯測(cè)試器。電氣原理圖如圖2.1所示。當(dāng)邏輯測(cè)試器與被檢測(cè)點(diǎn)碰接時(shí)：紅色LED燈亮輸入端為高電平H（5V）綠色LED燈亮輸入端為低電平L（0V）兩燈同時(shí)亮輸入端為高阻抗圖4.2.1 邏輯測(cè)試器的原理圖工作原理請(qǐng)學(xué)生自解。二

4、、元件明細(xì)表：電阻：120K 1/4W(1只) 36K 1/4W(1只) 220 1/4W(2只) 100K 1/4W(1只)三極管：9012(1只) 9013(1只)發(fā)光二極管：紅色(1只) 綠色(1只)電源：+5V三、電路安裝1、檢查電子元件的數(shù)量與質(zhì)量參照§1.1進(jìn)行元件的檢測(cè)。注：發(fā)光二極管（LED）二腳之間加上一定的正向電壓時(shí)，它就會(huì)發(fā)光。一般來(lái)說(shuō)，當(dāng)其加有電壓2V、通以10mA20mA的電流時(shí)，就會(huì)發(fā)光。2、制作組織學(xué)生根據(jù)原理圖和敷銅板尺寸布置元件，畫出印刷板圖。參考圖如圖4.2.2和圖4.2.3。在安裝元件時(shí)注意先安裝電阻、二極管，再安裝三極管。圖4.2.2 元件布局

5、圖 圖4.2.3 印刷線路板圖四、檢查與通電調(diào)試檢查電路無(wú)誤后，接通電源作以下檢測(cè)：1、 將輸入線接+VCC電源端，則紅色LED燈亮。2、 將輸入線接地，則綠色LED燈亮。 第三節(jié) 門電路與H/L電平顯示電路應(yīng)知：門電路與H/L電平顯示電路的工作原理、印刷電路的繪制應(yīng)會(huì)：門電路與H/L電平顯示電路的安裝與調(diào)試、敷銅板制作 教學(xué)內(nèi)容：一、門電路的概述1. 門電路的功能和符號(hào)簡(jiǎn)介能夠?qū)崿F(xiàn)一些基本邏輯關(guān)系的電路，稱為“門電路”。門電路是數(shù)字邏輯電路的單元電路，一個(gè)門電路有一個(gè)輸出端，一個(gè)或多個(gè)輸入端。門電路的輸出可以是高電平“1”，也可以是低電平“0”，這將完全取決于門電路的輸入電平的組合及門電路的

6、邏輯功能。對(duì)某個(gè)門電路來(lái)講，其邏輯功能是固定不變的。我們可以用門電路設(shè)計(jì)和制作簡(jiǎn)單的或復(fù)雜的數(shù)字邏輯電路。早期的門電路用分立元件構(gòu)成，但目前大量使用的是集成門電路。基本門電路的主要作用是能夠?qū)崿F(xiàn)三種基本的邏輯功能，它們包括與門、或門、非門（又稱反相器），以及由它們構(gòu)成的四種常用門牌電路與非門、或非門、與或非門、異或門。各種門電路的邏輯圖表示符號(hào)如圖4.3.1所示。&11&1=11(a)與門(b)或門(c)非門(d)與非門(e)或非門(f)與或非門(g)異或門圖4.3.1基本門電路邏輯圖表示符號(hào)2. 電路的實(shí)現(xiàn)由于門電路種類較多，下面僅介紹三種門電路，即與門、非門和與非門。（1）

7、與門最基本，最簡(jiǎn)單的與門應(yīng)具有兩個(gè)輸入端和一個(gè)輸出。圖4.3.2所示的是由分立元件二極管和電阻構(gòu)成的雙輸入與門電路。請(qǐng)同學(xué)們利用所學(xué)過(guò)的電子技術(shù)理論推算其真值表。ABL+5VRD1D20V+5V0.7V+5V圖4.3.2 分立元件構(gòu)成的雙輸入與門電路圖 表3.1 雙輸入與門真值表輸 入輸 出ABL（2）非門非門只有一個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端，用來(lái)取反輸入的數(shù)字信號(hào)，非門又稱為反相器。圖4.3.3所示的是由分立元件組成的非門電路，請(qǐng)分析出它的真值表。+5VRLA圖4.3.3簡(jiǎn)單的非門輸入A輸出L表3.2 非門真值表（3）與非門&1&與門 + 非門 = 與非門等效于圖4.3.4 與非門

8、的等效邏輯圖我們可以把與非門當(dāng)作在一個(gè)與門的輸出端連接一個(gè)非門而構(gòu)成，如圖4.3.4所示。根據(jù)前面的知識(shí)可以直接推導(dǎo)出與非門的真值表。 表3.3 與非門的真值表輸 入輸 出ABL思考：若我們將與非門的兩個(gè)輸入端短接成一個(gè)輸入端，如圖4.3.5所示，試分析其功能。&圖4.3.5二、門電路的應(yīng)用舉例：（用門電路制作HL電平顯示電路）使用邏輯檢驗(yàn)器檢查多根引線的H、L是件麻煩事。所以要制作可以檢查4位的HL電平顯示部件。+5V390LED輸入圖4.3.7390LED輸入圖4.3.6390LED輸入+5V1圖4.3.8基本電路構(gòu)想如圖4.3.6所示，當(dāng)電路輸入引線為H（5V）時(shí)，LED燈亮，此

9、時(shí)流過(guò)LED的電流為：I（5V2V）3907.7mA，乍一看起來(lái)似乎很好，可是一般TTL的IC引腳輸出電流僅為0.10.4mA或者更?。ㄒ_的吸入電流卻很大，可以直接驅(qū)動(dòng)LED發(fā)光），象圖中電路，LED 并不亮，所以行不通。若采用圖4.3.7所示電路固然可以使LED發(fā)光，但輸入線為L(zhǎng)時(shí)，LED亮，這又與一般習(xí)慣不一致。所以，綜合考慮采用圖4.3.8所示電路來(lái)解決上述問(wèn)題。圖4.3.9 HL顯示電路圖1、電路如圖4.3.9所示。3、 元件明細(xì)表：電阻：3.3K 1/4W(4只) 390 1/4W(4只) 二位小開關(guān)(4個(gè)) 圖4.3.10元件布局圖發(fā)光二極管(4只) 集成塊74LS00(1個(gè))

10、電源:+5V圖中A、B、C、D四個(gè)開關(guān)為打碼開關(guān)，用來(lái)編一組數(shù)碼驗(yàn)證電路是否正常工作。圖4.3.11印刷線路板圖電路采用敷銅板制作，元件布局和印刷線路板可參考圖4.3.10和圖4.3.11。在安裝集成塊74LS00時(shí)采用專用IC插腳DIP14避免在焊接時(shí)損壞IC。 第四節(jié) 計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)計(jì)數(shù)操作的電路稱為計(jì)數(shù)器，其作用是記憶輸入脈沖的個(gè)數(shù)。計(jì)數(shù)器是一種時(shí)序邏輯電路，其應(yīng)用十分廣泛，可用來(lái)累積輸入脈沖個(gè)數(shù)，對(duì)觸發(fā)器的時(shí)鐘脈沖實(shí)現(xiàn)分頻等，在測(cè)距、測(cè)頻、時(shí)間測(cè)量等數(shù)字系統(tǒng)中，從小型數(shù)字儀表到大型電子數(shù)字計(jì)算機(jī)幾乎無(wú)所不在，是任何現(xiàn)代數(shù)字系統(tǒng)中不可缺少的組成部分。一、 計(jì)數(shù)器的分類計(jì)數(shù)器的分類通常有三種，

11、第一種按照計(jì)數(shù)器中各個(gè)觸發(fā)器狀態(tài)更新情況的不同分成兩大類：同步計(jì)數(shù)器和異步計(jì)數(shù)器；第二種按照計(jì)數(shù)器中計(jì)數(shù)長(zhǎng)度（進(jìn)位制）的不同而分為：二進(jìn)制、十進(jìn)制及進(jìn)制計(jì)數(shù)器；第三種按照計(jì)數(shù)器中數(shù)值的增、減情況而分為：遞增（加法）、遞減（減法）和可逆三種類型。二、 十進(jìn)制計(jì)數(shù)器的電氣原理四、 圖4.4.1給出的是一個(gè)由7490構(gòu)成的十進(jìn)制遞增計(jì)數(shù)器，圖中的7400組成一個(gè)去抖動(dòng)（糾錯(cuò)）電路，若沒(méi)有這一部分，當(dāng)按下按鈕時(shí)抖動(dòng)脈沖會(huì)干擾正常的計(jì)數(shù)，這一點(diǎn)在實(shí)習(xí)中注意進(jìn)行驗(yàn)證。圖4.4.1 十進(jìn)數(shù)計(jì)數(shù)器SB7490是一個(gè)二十進(jìn)制異步計(jì)數(shù)器，14腳為計(jì)數(shù)脈沖輸入端。、兩腳為復(fù)位端（清零），當(dāng)其為電平時(shí)進(jìn)行復(fù)位。、兩腳

12、為置位端（置數(shù)字），也是電平有效，即當(dāng)、腳均為高電平時(shí)，輸出10012(910)。三、 電路安裝圖4.4.2元件布局圖本電路采用印刷敷銅板進(jìn)行安裝。其安裝圖如下：四、元件明細(xì)表：電阻：3.3K 1/4W(2只) 390 1/4W(1只) 400 1/4W(1只) 470 1/4W(1只)電容:10UF/16V(1只) 二極管:1N4001(1只) 按鈕開關(guān)(1個(gè))圖4.4.3印刷線路板圖集成塊:74LS00(1個(gè)) 74LS90(1個(gè)) 電源:+5V五、安裝要求：、 元件分布要均勻合理。、 輸入按鈕SB要位于板的邊緣，便于操作。、 輸出四位端點(diǎn)要引到板邊，便于檢測(cè)或與其它電路連接。、 7490

13、的脈沖輸入端、復(fù)位和置位端要留有跳線，便于進(jìn)行多種調(diào)試。、 安裝集成塊時(shí)，全部采用IC插腳。、 電源輸入端要放置在板邊。圖4.4.2為元件布局參考圖，根據(jù)以上要求在實(shí)習(xí)中也可以讓學(xué)生自行設(shè)計(jì)元件的擺放和線路布置。印刷線路板圖可參考圖4.4.3。四、 通電調(diào)試元件安裝完，經(jīng)反復(fù)檢查線路無(wú)誤后，進(jìn)行通電調(diào)試。調(diào)試分以下幾步來(lái)完成：、 將本電路中的跳線全部接好，把上一電路（H L顯示電路）中的跳線JA、JB、JC、JD斷開，并把H/L顯示電路的四個(gè)輸入與本電路的四個(gè)輸出端相接。、 檢查無(wú)誤，接通電源。按動(dòng)按鈕SB觀看計(jì)數(shù)情況。、 不接入去抖動(dòng)電路部分進(jìn)行觀察計(jì)數(shù)情況。即斷開本電路中的跳線JCP，用導(dǎo)

14、線跨接去抖動(dòng)部分。、 進(jìn)行復(fù)位與置位試驗(yàn)。第五節(jié) 編碼器、譯碼器和譯碼顯示器一、 電路原理簡(jiǎn)介1、編碼器在數(shù)字系統(tǒng)中，常需將有特定意義的信息（如數(shù)字或字符）編成相應(yīng)的若干位二進(jìn)制代碼，這一過(guò)程稱為編碼。例如，十進(jìn)制數(shù)9可在數(shù)字電路中通過(guò)編碼用二進(jìn)制10012來(lái)表示。實(shí)現(xiàn)編碼操作的電路稱為編碼器。編碼器的實(shí)現(xiàn)，可以由分立元件構(gòu)成，也可以由門電路或集成電路來(lái)構(gòu)成，其中集成電路應(yīng)用比較廣泛，常用的TTL有：74LS147，74LS148，CMOS的有：CD40147，CD4532。2、譯碼器譯碼是編碼的逆過(guò)程，根據(jù)需要把二進(jìn)制代碼或二十進(jìn)制代碼（BCD碼）翻譯成十進(jìn)制數(shù)字或字符用來(lái)顯示或翻譯成控制信

15、號(hào)去執(zhí)行操作等等。實(shí)現(xiàn)譯碼的電路稱作譯碼器。譯碼器的使用場(chǎng)合頗為廣泛，例如數(shù)字儀表中的各種顯示譯碼器，計(jì)算機(jī)中的地址譯碼器，指令譯碼器，通訊設(shè)備中由譯碼器構(gòu)成的分配器，以及各種代碼轉(zhuǎn)換的譯碼器等等。在實(shí)際應(yīng)用中，最常用的是集成電路譯碼器。TTL集成電路常用的有：74LS42、74LS47、74LS138、74LS154等等。3、譯碼顯示器顯示器的作用是把電信號(hào)轉(zhuǎn)換成便于觀察的光信號(hào)。它通常由顯示信息的產(chǎn)生電路、傳輸電路、處理電路和顯示器件等組成。常見的有：CRT、LED、LCD顯示器件。所謂譯碼顯示器是指用來(lái)實(shí)現(xiàn)譯碼和顯示的電路。信號(hào)產(chǎn)生譯碼鎖存驅(qū)動(dòng)顯示器通常數(shù)字、字符顯示的過(guò)程如下所示。常用

16、的顯示器是用七段數(shù)碼顯示器（LED）。譯碼、鎖存、驅(qū)動(dòng)芯片有74LS48、CD4511等。二、電路舉例圖4.5.1 譯碼器和譯碼顯示器為與前面制作的計(jì)數(shù)器連接起來(lái)，這里介紹BCD十進(jìn)制譯碼器（74LS42）和BCD七段譯碼鎖存驅(qū)動(dòng)顯示器。電路如圖4.5.1所示。當(dāng)A、B、C、D四點(diǎn)送入一組二進(jìn)制數(shù)時(shí)，對(duì)于左半部分74LS42將把它譯出一個(gè)十進(jìn)制數(shù)，并利用對(duì)應(yīng)的發(fā)光二極管發(fā)光反應(yīng)出來(lái)。對(duì)于電路的右半部分則是利用CD4511對(duì)其進(jìn)行譯碼、鎖存、驅(qū)動(dòng)，并用七段顯示器把十進(jìn)制數(shù)直接顯示出來(lái)。三、 元件明細(xì)表：電阻：390 1/4W（10只） 發(fā)光二極管（10只） 數(shù)碼管（1個(gè)）集成塊：74LS42（1

17、個(gè)） C4511（1個(gè)） 電源：+5V四、電路的安裝1）、新元件識(shí)別本電路中新元件有74LS42、CD4511和七段顯示器。集成塊74LS42有四個(gè)輸入端A、B、C、D和十個(gè)輸出端0、1、2、3、4、5、6、7、8、9，輸入高電平有效，輸出低電平有效。CD4511有四個(gè)輸入端A、B、C、D和七個(gè)輸出端Qa、Qb、Qc、Qd、Qe、Qf、Qg。輸入、輸出均為高電平有效。七個(gè)輸出端用來(lái)驅(qū)動(dòng)七段顯示器的七個(gè)字段，顯示09的數(shù)字。CD4511的EL、LT、BI分別是使能（片選）、共陰共陽(yáng)圖4.5.2 e d G c dpbcdefga圖4.5.3 七段顯示器安裝引腳圖a b g d e f g 燈測(cè)試

18、、消隱。至于七段顯示器請(qǐng)參看圖4.5. 2所示，分為共陰和共陽(yáng)兩種，其引腳如圖4.5.3所示。注：右圖為一共陰顯示器的安裝引腳圖，若為共陽(yáng)顯示器，則其中間的G為電源的正極。2）、設(shè)計(jì)元件布局圖和印刷線路板圖并安裝元件在元件布局時(shí)，應(yīng)使74LS42譯碼和CD4511譯碼顯示分別布置在板的兩端。輸入端應(yīng)引到板的邊緣，便于連接。關(guān)于元件布局印刷板設(shè)計(jì)請(qǐng)參考圖4.5.4和圖4.5.5。在安裝IC時(shí)應(yīng)采用IC插腳，先裝電阻、IC座、發(fā)光二極管，再裝七段顯示器，最后插上IC。圖4.5.4 元件布局圖J1圖4.5.5 印刷線路板圖五、通電調(diào)試安裝好元件并檢查無(wú)誤后，經(jīng)教師同意可以進(jìn)行通電調(diào)試。調(diào)試的步驟如下

19、：1）調(diào)試74LS42構(gòu)成的譯碼器。a. 斷開跳線J1。b. 將上一節(jié)制作的計(jì)數(shù)器輸出端（A、B、C、D）接入本電路對(duì)應(yīng)74LS42的輸入端（A、B、C、D）。c. 按動(dòng)計(jì)數(shù)器輸入按鈕，觀察譯碼器上發(fā)光二極管的發(fā)光情況。2）調(diào)試由CD4511構(gòu)成的譯碼顯示器。a.接通跳線J1。b.將計(jì)數(shù)器的輸出端（A、B、C、D）接入本電路對(duì)應(yīng)CD4511的輸入端（A、B、C、D）。c.按動(dòng)計(jì)數(shù)器輸入按鈕，觀察顯示譯碼器顯示的數(shù)字變化情況。第六節(jié) 超低頻方波信號(hào)源和定時(shí)器一般來(lái)說(shuō)，頻率在幾百赫茲到幾兆赫茲的振蕩器較易實(shí)現(xiàn)，當(dāng)頻率很低時(shí)（如秒脈沖），僅僅用普通的振蕩器就很難實(shí)現(xiàn)了。本章給大家介紹的超低頻方波信號(hào)

20、源是利用了振蕩器加多級(jí)分頻構(gòu)成的。一、電路的基本原理+VccQ4Q6Q12Q141u47k100k100k1.5M4.7uCD4060 CPoCPoCP1CrQ9Q8Q10VssQ4Q7Q5Q6Q14Q13Q12VddCD4060圖4.6.1電氣原理圖電氣原理圖如圖4.6.1所示。CD4060是一個(gè)14位二進(jìn)制計(jì)數(shù)分頻振蕩器，其9、10、11三只管腳外接阻容元件構(gòu)成振蕩器，其振蕩頻率可通過(guò)調(diào)節(jié)100K電位器來(lái)改變。振蕩器產(chǎn)生的方波信號(hào)直接在內(nèi)部經(jīng)計(jì)數(shù)（分頻）輸出，通過(guò)連接不同的輸出引腳可得到414分頻的方波信號(hào)。注：適當(dāng)?shù)卦O(shè)置振蕩器的電阻、電容的參數(shù)，在輸出端可以得到從幾秒到十幾小時(shí)脈沖輸出，配以少量的外圍元件就可以構(gòu)成性能穩(wěn)定的定時(shí)器。二、電路的安裝按前面的有關(guān)要求合理地分布元件，設(shè)計(jì)印刷線路板圖。圖4.6.2和圖4.6.3為元件布局和印刷線路板參考圖。由于CD4060的輸出引腳很多，所以在