任務(wù)4計(jì)數(shù)譯碼顯示應(yīng)用電路的裝接與調(diào)試

1、任務(wù)4 計(jì)數(shù)譯碼顯示應(yīng)用電路的裝接與調(diào)試知識(shí)目標(biāo)：1了解計(jì)數(shù)譯碼顯示應(yīng)用電路的組成和工作原理。2熟悉計(jì)數(shù)譯碼顯示應(yīng)用電路的調(diào)試與檢測(cè)方法。能力目標(biāo)： 1通過裝接與調(diào)試計(jì)數(shù)譯碼顯示應(yīng)用電路，提高學(xué)生裝接調(diào)試數(shù)字電路和觀察、分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的能力。 2通過訓(xùn)練使學(xué)生具備運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題的能力，并培養(yǎng)良好的職業(yè)道德和職業(yè)習(xí)慣。任務(wù)引入生產(chǎn)或生活中的計(jì)數(shù)譯碼顯示電路應(yīng)用非常廣泛，其電路實(shí)現(xiàn)方法也有多種，最常見的方法是采用通用的數(shù)字集成邏輯電路來實(shí)現(xiàn)。本任務(wù)介紹一種采用三塊CMOS數(shù)字集成電路構(gòu)成的一位可編程控制定時(shí)報(bào)警電路，它具有定時(shí)、計(jì)數(shù)、譯碼顯示和報(bào)警等功能，是數(shù)字電子技術(shù)的綜合應(yīng)用電路，只要

2、適當(dāng)擴(kuò)展就具有實(shí)用價(jià)值了。電路簡(jiǎn)單直觀、易于操作，便于裝接制作。相關(guān)知識(shí) 一、電路組成可編程控制定時(shí)報(bào)警電路由計(jì)數(shù)器（4029）、BCD七段譯碼器（4543）、數(shù)碼顯示器、時(shí)基脈沖發(fā)生器（4011）、報(bào)警電路（4011）和預(yù)置編碼等六個(gè)單元電路構(gòu)成。電路如圖6-4-1所示。該電路中使用的四位可預(yù)置二進(jìn)制/十進(jìn)制可逆計(jì)數(shù)器4029，BCD鎖存七段譯碼驅(qū)動(dòng)器4543，與非門4011的引腳功能請(qǐng)參閱相關(guān)手冊(cè)或通過互聯(lián)網(wǎng)查詢。二、電路工作原理1定時(shí)與計(jì)時(shí)譯碼顯示電路由U3C、U3D、可變電阻RP1、R12、C2構(gòu)成的可控多諧振蕩器，產(chǎn)生一個(gè)頻率為1/3HZ（頻率大小根據(jù)需要可調(diào)整RP1的阻值）的脈沖信

3、號(hào)，加到U1的時(shí)鐘脈沖端，達(dá)到定時(shí)觸發(fā)的目的。U1構(gòu)成BCD碼加/減計(jì)數(shù)器，開關(guān)SA合上為加計(jì)數(shù)，斷開為減計(jì)數(shù)。當(dāng)加計(jì)數(shù)到9或減計(jì)數(shù)到0時(shí)，CO輸出為低電平，使可控振蕩器停振?？梢姡嘀C振蕩器又受控于U1的7腳進(jìn)位/借位輸出端，當(dāng)溢出使得CO輸出為0時(shí)，使振蕩器停振，U1停止計(jì)數(shù)。另外，計(jì)數(shù)輸出的BCD碼送給七段譯碼器U2得出相應(yīng)的七段碼，再加到共陽極數(shù)碼管進(jìn)行顯示。2報(bào)警電路U3A、U3B和R2、C1構(gòu)成1KHZ左右的可控多諧振蕩器，產(chǎn)生音頻振蕩信號(hào)，通過限流電阻R1至晶體管VT1放大并驅(qū)動(dòng)蜂鳴器發(fā)出報(bào)警聲。另外，此振蕩器也受控于U1的7腳進(jìn)位/借位輸出，當(dāng)計(jì)數(shù)溢出使CO輸出為低電平時(shí)，經(jīng)電

4、阻R4、反相器VT2倒相輸出為高電平，使振蕩器起振，工作并發(fā)出報(bào)警聲。報(bào)警后可由S1預(yù)置新的初值并按S2使電路再次開始定時(shí)工作。3編碼預(yù)置電路SA設(shè)定計(jì)數(shù)器4029的加減計(jì)數(shù)方式，SA打開時(shí)，計(jì)數(shù)器為減1計(jì)數(shù)，否則，計(jì)數(shù)器為加1計(jì)數(shù)。S1是四位BCD碼編碼開關(guān)，S2是預(yù)置、計(jì)數(shù)控制開關(guān)，決定是否預(yù)置。由S1開關(guān)根據(jù)需要控制輸入預(yù)置的計(jì)數(shù)初值到U1的D3D0端，當(dāng)按鈕開關(guān)S2按下時(shí)，則計(jì)數(shù)初值被預(yù)置并由U1的Q3Q0輸出給七段譯碼器U2，經(jīng)譯碼后驅(qū)動(dòng)數(shù)碼管顯示相應(yīng)的數(shù)字。圖6-4-1 可編程控制定時(shí)報(bào)警電路原理圖 三、可編程控制定時(shí)報(bào)警器的主要技術(shù)參數(shù)調(diào)試1主要技術(shù)參數(shù)調(diào)試流程圖（圖6-4-2）

5、靜態(tài)檢測(cè)調(diào)試接線檢查電源（+5V）接線并測(cè)量靜態(tài)電壓裝配質(zhì)量檢驗(yàn)預(yù)置編碼、定時(shí)、計(jì)時(shí)功能調(diào)測(cè)報(bào)警功能調(diào)測(cè)測(cè)相關(guān)點(diǎn)波形 圖6-4-2 技術(shù)參數(shù)調(diào)試流程圖 2主要技術(shù)參數(shù)調(diào)試接線圖（圖6-4-3）圖6-4-3 技術(shù)參數(shù)調(diào)試接線圖操作技能 一、電路裝接與檢驗(yàn)1電路裝接根據(jù)圖6-4-1的可編程控制定時(shí)報(bào)警器電路原理圖和圖6-4-4的印制板圖進(jìn)行裝配、焊接，要求成形、插裝符合無線電裝接工藝且應(yīng)裝接正確無誤。也可采用面包板或萬用實(shí)驗(yàn)板進(jìn)行操作實(shí)驗(yàn)。所使用的元件型號(hào)見元件器材表6-4-1。2電路與工藝檢驗(yàn)對(duì)照?qǐng)D紙和元件器材表認(rèn)真檢查元件規(guī)格、型號(hào)有無裝配錯(cuò)誤，對(duì)印制板要求按圖作線路檢查，重點(diǎn)檢查有無短路、搭

6、焊、漏焊與虛焊現(xiàn)象。要求不漏裝、錯(cuò)裝，不損壞元器件，無虛焊，漏焊和搭錫，IC集成電路與其插座均不應(yīng)裝反，元器件排列整齊并符合工藝要求。用萬用表R×1擋逐一檢測(cè)同一銅箔（網(wǎng)絡(luò)）上焊點(diǎn)的通斷情況。 二、靜態(tài)工作電壓的測(cè)試1未插IC通電檢查將直流穩(wěn)壓電源輸出調(diào)至5V，線路板先不插集成電路，按原理圖與PCB圖進(jìn)行接線，用數(shù)字萬用表分別測(cè)量集成電路4011的14腳、4029的16腳、4543的1腳、6腳和16腳電壓，它們的對(duì)地電壓都應(yīng)是+5V；4029的5腳和9腳、4543的7腳電壓都應(yīng)是0V。無誤后方可斷電插上集成電路?，F(xiàn)象：_。 圖6-4-4 可編程控制定時(shí)報(bào)警電路印制板圖表6-4-1 元

7、件器材表序號(hào)名稱型號(hào)規(guī)格配件圖號(hào)作用萬用表擋位實(shí)測(cè)值1金屬膜電阻器RJ-0.25-4.7kR1基極隔離、限流電阻2金屬膜電阻器RJ-0.25-240KR2報(bào)警振蕩器定時(shí)電阻3金屬膜電阻器RJ-0.25-3kR3集電極電阻4金屬膜電阻器RJ-0.25-4.7KR4基極偏置電阻5金屬膜電阻器RJ-0.25-100R5數(shù)碼管限流電阻6金屬膜電阻器RJ-0.25-10KR6編碼電阻7金屬膜電阻器RJ-0.25-5.1KR7編碼電阻8金屬膜電阻器RJ-0.25-5.1KR8編碼電阻9金屬膜電阻器RJ-0.25-5.1KR9編碼電阻10金屬膜電阻器RJ-0.25-5.1KR10編碼電阻11金屬膜電阻器RJ

8、-0.25-10KR11編碼電阻12金屬膜電阻器RJ-0.25-1MR12時(shí)鐘振蕩器定時(shí)電阻13微調(diào)電阻WS-500kRP1時(shí)鐘振蕩器定時(shí)電阻14滌綸電容2000PFC1報(bào)警振蕩器定時(shí)電容15電解電容CD-16V-22FC2時(shí)鐘振蕩器定時(shí)電容16晶體管9013VT1驅(qū)動(dòng)17晶體管9013VT2反相器18數(shù)碼管LED（共陽極）LED數(shù)字顯示19雙列直插開關(guān)KSZ-4擋S1編程控制開關(guān)20輕觸開關(guān)無鎖型雙擲S2復(fù)位開關(guān)21輕觸開關(guān)自鎖型雙擲SA加減計(jì)數(shù)控制22集成電路4543U2七段譯碼器23集成電路4029U1可預(yù)置、可逆計(jì)數(shù)器24集成電路4011U3與非門25雙列IC插座DIP1414腳IC插

9、座26雙列IC插座DIP16（2只）16腳IC插座27峰鳴器16/0.5WB報(bào)警鳴音28印制板PCB 2已插IC通電檢查 插上集成電路4011、4029、4543，然后再通電。用數(shù)字萬用表分別測(cè)量集成電路4011的14腳、4029的16腳、4543的1腳、6腳和16腳電壓，它們的對(duì)地電壓都應(yīng)是+5V；4029的5腳和9腳、4543的7腳電壓都應(yīng)是0V。然后置RP1滑動(dòng)端于中間位置。現(xiàn)象：_。三、初值預(yù)置、計(jì)時(shí)、定時(shí)功能的測(cè)試1測(cè)試初值預(yù)置和計(jì)時(shí)功能（1）置開關(guān)SA斷開位置，S1預(yù)置為1001，然后，按下S2，觀察并記錄數(shù)碼管的翻轉(zhuǎn)顯示狀態(tài)和報(bào)警器響時(shí)數(shù)碼管數(shù)字停止在最后一個(gè)計(jì)數(shù)值是什么?，F(xiàn)象：

10、_。（2）置開關(guān)SA閉合位置，S1預(yù)置為0000，然后，按下S2，觀察并記錄數(shù)碼管的翻轉(zhuǎn)顯示狀態(tài)和報(bào)警器響時(shí)數(shù)碼管數(shù)字停止在最后一個(gè)計(jì)數(shù)值是什么?，F(xiàn)象：_。（3）置開關(guān)SA閉合（或斷開）位置，S1預(yù)置為任意BCD碼，然后，按下S2，觀察數(shù)碼管的翻轉(zhuǎn)顯示狀態(tài)，進(jìn)一步驗(yàn)證初值預(yù)置功能和計(jì)時(shí)功能是否正常。2測(cè)試定時(shí)功能（1）置開關(guān)SA閉合（或斷開）位置，S1預(yù)置為5（0101），然后，按下S2，這時(shí)數(shù)碼管顯示應(yīng)從5、69或從5、40加減翻轉(zhuǎn)顯示。（2）緩慢調(diào)節(jié)RP1，使數(shù)碼管顯示從5翻轉(zhuǎn)至9或從5翻轉(zhuǎn)至0共用時(shí)15S。（3）用頻率計(jì)探頭接至U3C（4011)的輸出端（10腳），測(cè)讀頻率數(shù)，記錄到表6

11、-4-2中。四報(bào)警電路測(cè)試（1）把示波器和頻率計(jì)探頭接至C點(diǎn)，讀出示波器顯示器上的報(bào)警器振蕩波形周期或頻率計(jì)上的頻率數(shù)，并記錄在表6-4-2中。（2）用示波器測(cè)A點(diǎn)、B點(diǎn)、C點(diǎn)的波形，記入表6-4-2中，分析各波形的幅度的大小和它們的相位關(guān)系。（3）把電流表串接在負(fù)載回路中，測(cè)量負(fù)載的電流，根據(jù)P=UIR計(jì)算報(bào)警功率，其中負(fù)載兩端電壓為5V，記入表6-4-2中。另外，也可根據(jù)聲音響度調(diào)整R1的大小，從而調(diào)整負(fù)載的報(bào)警功率。 五、故障檢修 由指導(dǎo)教師或同組同學(xué)設(shè)置某元件開路性損壞，然后通電運(yùn)行觀察其故障現(xiàn)象，試分析故障原因并排除故障。故障現(xiàn)象：_。故障原因：_。表6-4-2 可編程控制定時(shí)報(bào)警器

12、調(diào)試記錄表報(bào)警振蕩頻率：時(shí)基振蕩頻率（周期）：報(bào)警振蕩波形圖（注明幅度和周期）：A點(diǎn)B點(diǎn) C點(diǎn)報(bào)警功率PIR： ；P=UIR= 六、任務(wù)評(píng)價(jià) 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)與要求見表6-4-3表6-4-3 可編程控制定時(shí)報(bào)警器裝接與調(diào)試評(píng)價(jià)表序號(hào)考核內(nèi)容及要求配分評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)扣分1元器件清點(diǎn)檢查：能用萬用表對(duì)所有元器件進(jìn)行檢測(cè)，將檢測(cè)結(jié)果填入表內(nèi)，并將不合格元器件篩選出來進(jìn)行更換，缺少的要求補(bǔ)發(fā)。10超時(shí)更換或要求補(bǔ)發(fā)按損壞元器件扣分，每個(gè)扣3分。2安裝電路：按裝配圖進(jìn)行裝接，要求不漏裝、錯(cuò)裝，不損壞元器件，無虛焊，漏焊和搭錫，元器件排列整齊并符合工藝要求，IC要使用插座。30元器件有漏裝，錯(cuò)裝或虛焊、漏焊、搭錫，每個(gè)

13、扣3分。元件安裝不整齊和不符合工藝要求的每處扣3分，損壞元件每個(gè)扣10分。3通電試驗(yàn)：檢查各元器件裝配無誤后，通電試驗(yàn)，如有故障應(yīng)進(jìn)行排除。10不會(huì)排除故障不得分。正常不扣分。4會(huì)測(cè)試電路的靜態(tài)工作電壓10測(cè)試方法不正確扣5分，不會(huì)測(cè)試扣10分。5測(cè)試初值預(yù)置、計(jì)時(shí)、定時(shí)功能10測(cè)試與操作方法不正確扣5分，不會(huì)測(cè)試頻率扣5分。有一個(gè)功能不正常扣4分。6測(cè)試報(bào)警電路振蕩周期與A、B、C點(diǎn)波形10測(cè)量方法不正確或不會(huì)測(cè)試扣5分，測(cè)量值有誤差每個(gè)扣2分，有一個(gè)波形繪測(cè)不正確扣2分。7測(cè)試報(bào)警電路的報(bào)警功率10不會(huì)測(cè)試報(bào)警電路的負(fù)載電流扣5分，不會(huì)計(jì)算報(bào)警電路的報(bào)警功率扣5分。8安全文明操作10帶電操

14、作（不包括調(diào)試）每次扣5分，損壞儀器設(shè)備將該項(xiàng)扣完。桌面不整潔扣10分，儀器、工具擺放凌亂扣10分。發(fā)生重大安全事故，總分計(jì)0分。電烙鐵燙壞儀器、操作臺(tái)等將該項(xiàng)扣完。考評(píng)人得分知識(shí)拓展由上文可知，可編程控制定時(shí)報(bào)警電路主要由振蕩電路和計(jì)數(shù)器構(gòu)成，下面介紹的七彩循環(huán)裝飾燈電路也包括振蕩電路和計(jì)數(shù)器等電路，如圖6-4-5。在圖6-4-5所示電路中，接通電源，220V交流電經(jīng)VD1VD4橋式整流后，一方面供彩燈回路用電；另一方面經(jīng)R1降壓限流，VD6穩(wěn)壓、VD5隔離和C1濾波，為控制電路提供約10V的直流電壓。U1與外圍組件構(gòu)成一個(gè)時(shí)鐘脈沖信號(hào)發(fā)生器，其中與非門U1C、U1D以及RP1、R3和C2組

15、成多諧振蕩器，由與非門U1A、U1B構(gòu)成R-S觸發(fā)器對(duì)振蕩產(chǎn)生的脈沖進(jìn)行整形，然后由與非門U1B輸出送到U2的時(shí)鐘脈沖CP輸入端。U2是一塊BCD雙同步加法計(jì)數(shù)功能的CMOS集成電路CD4518，由與非門U1B送來的正脈沖在其內(nèi)部進(jìn)行二進(jìn)制觸發(fā)計(jì)數(shù)，并使Q1Q4輸出端的狀態(tài)發(fā)生循環(huán)組合變化。由邏輯功能可知，當(dāng)U2的CP端輸入第一個(gè)時(shí)鐘脈沖時(shí)，其Q1輸出高電平，VS1受觸發(fā)導(dǎo)通，H1通電發(fā)出紅光；當(dāng)?shù)诙€(gè)時(shí)鐘脈沖到來時(shí)，U2的Q2端輸出高電平，VS2隨之導(dǎo)通，H2通電發(fā)出綠光；當(dāng)?shù)谌齻€(gè)時(shí)鐘脈沖到來時(shí)，U2的Q1、Q2端同時(shí)輸出高電平，VS1、VS2均導(dǎo)通，H1、H2同時(shí)通電點(diǎn)亮，根據(jù)混色原理，燈箱對(duì)外變成黃色；依此類推，U2的Q1、Q2、Q3端有8種邏輯狀態(tài)，可使“三基色”燈順序產(chǎn)生7種色光（紅、綠、紅+綠=黃、藍(lán)、紅+藍(lán)=紫、綠+藍(lán)=青、紅+綠+藍(lán)=白）來。當(dāng)?shù)诎藭r(shí)鐘脈沖到來時(shí)，U2的Q4端輸出高電平，其信號(hào)直接送到清零端R，使U2內(nèi)部電路復(fù)位，同時(shí)U2的Q1、Q2、Q3端均輸出低電平，H1、H2、H3全部熄滅片刻；第九個(gè)時(shí)鐘脈沖送到U2時(shí)，循環(huán)上述過程。S是定色開關(guān)，也可不裝。 電路中，燈光變色速度由多諧振蕩器的工作頻率確定，其信號(hào)周期由公式T0.69（RP1