電子電路設計制作實習報告

成績徐州工程學院電子電路設計制作報告設計名稱八路數碼顯示搶答器的設計學院信電工程學院專業(yè)計算機科學與技術（網絡工程）班級學生姓名學號1.設計內容與要求1.1設計要求1.1.1設計目的（1）熟悉常用電子元器件及材料的類型、型號、規(guī)格和符號，熟悉各電子器件的主要性能、使用知識和檢測方法。（2）了解電子元件焊接的基本知識與要求，能夠進行簡單的手工焊接。（3）掌握常用儀器設備的使用方法，學會簡單電路的調試方法。設計要求（1）熟悉八路數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規(guī)格參數表達方法、常用元器件識別及測量方法、元器件安裝使用方法以及元器件檢測與篩選方法。（3）掌握實現搶答、編碼、優(yōu)先、數顯、復位及訊響電路的基本原理與方法。（4）掌握555定時及數碼管的原理及應用方法。1.2設計內容1.2.1步驟（1）設計一個能正常工作的八路數碼顯示搶答器，其功能要求如下：a.搶答器同時供8名選手或8個代表隊比賽，分別用8個按鈕S1～S8表示搶答鍵。b.設置一個系統(tǒng)復位按鈕S9，該開關由主持人控制。c.搶答器具有鎖存與顯示功能。即選手按動按鈕，優(yōu)先鎖存相應的編號，并在數碼管上顯示，同時揚聲器發(fā)出聲響提示。優(yōu)先搶答選手的編號可由主持人手動清除。（2）完成產品的安裝與調試（3）完成設計報告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動器，內部除了七段譯碼電路外，還具有鎖存電路和輸出驅動器部分，輸出電流大，最大可達25mA,可直接驅動LED數碼管。CD4511由4個輸入端A/B/C/D和7個輸出端a~g，它還具有輸入BCD碼鎖存、燈測試和熄滅控制功能。CD4511引腳圖如圖1-1所示圖1-1CD4511引腳圖（2）使用NE555設計多諧振蕩器，控制蜂鳴器發(fā)出聲訊提示（3）數碼顯示器數碼管通常有發(fā)光二極管LED數碼管和液晶LCD數碼管。本設計提供的為LED數碼管，如圖1-2所示。它顯示最先搶答者的相應的代號，方便主持人宣布最先搶答者。圖1-2LED數碼管2.設計原理與電路圖2.1總體設計整個系統(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展電路兩部分。主持人按下控制開關后，當選手按動搶答鍵時，數碼管顯示選手編號，同時封鎖輸入電路，其他選手搶答無效。擴展電路完成定時搶答的功能以及報警功能。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，并由鎖存器進行鎖存，然后通過譯碼顯示電路在數碼管上顯示搶答者的編號。（2）揚聲器發(fā)出短暫聲響。（3）控制電路對其余輸入編碼進行封鎖，禁止其他選手進行搶答。（4）控制電路要使定時器停止工作，數碼管上顯示剩余的搶答時間，當選手將問題回答完畢，主持人操作控制開關進行系統(tǒng)清零，使系統(tǒng)回復到禁止工作狀態(tài)，以便進行下一輪搶答。當定時時間到，卻沒有選手搶答時，系統(tǒng)將報警，并封鎖輸入電路，禁止選手超時后搶答。2.2模塊設計根據設計要求，搶答器電路可分為四個模塊：搶答鎖存模塊設計、譯碼顯示模塊設計、555定時模塊設計和數碼顯示器模塊設計。2.2.1搶答鎖存模塊設計由于搶答器都是多路即須滿足多位搶答者搶答要求，這就有一個先后判定的鎖存優(yōu)先電路，確保第一個搶答信號鎖存住。同時數碼顯示并拒絕后面搶答信號的干擾。CD4511內部電路與Q1，R7，R8，D13，D14組成的控制電路可完成這一功能。當搶答鍵都未按下時，因為CD4511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。通過對0-9這10個數字的分析如圖2-2鎖存優(yōu)先功能電路圖可以看到，只當數字為0時，才出現d為高電平，而g為低度電平，這時Q1導通，D13、D14的陽極均為低電平，使CD4511的第5腳（即LE端）為低電平“0”，這種狀態(tài)下，CD4511沒有鎖存而允許BCD碼輸入。在搶答準備階段，主持人會按復位鍵，數顯為“0”態(tài)，正是這種情況下，搶答開始，當S1-S8任一鍵按下時，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，反映搶答鍵信號的BCD碼允許輸入，并使CD4511的a、b、c、d、e、f、g七個輸出鎖存保持在LE為0時輸入的BCD碼的顯示狀態(tài)。例如S1按下，數碼管應顯示1，此時僅e、f為高電平，而d為低電平，此時三極管Q1的基極亦為低電平，集電極為高電平，經D13加至CD4511第5腳（即LE端），即LE由0-1狀態(tài)，則在LE為“0”時輸入給CD4511的第一個BCD碼數據被判定優(yōu)先而鎖存，所以數碼管顯示對應S1送來的信號。圖圖2-2鎖存優(yōu)先功能電路圖2.2.2譯碼顯示模塊設計編碼器實現了對開關信號的編碼，并以BCD碼的形式輸出，為了將輸出的BCD碼能夠顯示出來，需要用譯碼顯示電路，選擇常用的七段譯碼顯示驅動器CD4511作為譯碼電路。CD4511譯碼用兩級或非門擔任，為了簡化線路，先用二輸入端與非門對輸入數據B、C進行組合，得出四項，然后將輸入的數據A、D一起用或非門譯碼。2.2.3555定時模塊設計搶答器報警電路由NE555接成音多諧振蕩器，555構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經電阻R1和R2對電容C充電，其電壓uc由0按指數律上。當uc≧2/3Vcc時，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。放電管V導通，電容C經電阻R2和放電管V放電，電路進入暫穩(wěn)態(tài)。隨著電容C的放電，uc隨之下降。當uc下降到uc≦1/3Vcc時，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。同時因Q非等于0，放電管V截止，電源Vcc又經過R1和R2對電容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之間來回充電和放電，從而使電路產生振蕩，輸出矩形脈沖。圖2-3555定時器工作原理圖圖2-3555定時器工作原理圖將NE555多諧振蕩器與成音多諧振蕩器連接起來，前一個振蕩器的輸出接到后一個振蕩器的復位端，后一個振蕩器的輸出接到揚聲器上。這樣，只有當前一個振蕩器輸出高電平時，才驅動后一個振蕩器振蕩，揚聲器發(fā)聲；而前一個振蕩器輸出低電平時，導致后面振蕩器復位并停止振蕩，此時揚聲器無音頻輸出。2.2.4數碼顯示器模塊設計LED數碼管是目前最常用的數字顯示器，它分為共陰管和共陽管。一個LED數碼管可用來顯示一位0～9十進制數和一個小數點。小型數碼管（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，每個發(fā)光二極管的點亮電流在5～10mA。LED數碼管要顯示BCD碼所表示的十進制數字就需要有一個專門的譯碼器，該譯碼器不但要完成譯碼功能，還要有相當的驅動能力。2.3設計原理圖該搶答器電路可同時進行八路優(yōu)先搶答。按鍵按下后，蜂鳴器發(fā)聲，同時數碼管顯示優(yōu)先搶答者的號數，搶答成功后，再按按鍵，顯示不會改變，除非按復位鍵。復位后，顯示清零，可繼續(xù)搶答如圖2-3所示。圖2-3數字搶答器電路原理圖各個按鍵顯示的工作原理如下：高電平通過編碼二極管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CD4511輸入BCD碼為“0001”；高電平通過編碼二極管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CD4511輸入BCD碼為“0010”；高電平通過編碼二極管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CD4511輸入BCD碼為“0011”；高電平通過編碼二極管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CD4511輸入BCD碼為“0100”；高電平通過編碼二極管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CD4511輸入BCD碼為“0101”；高電平通過編碼二極管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CD4511輸入BCD碼為“0110”；高電平通過編碼二極管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CD4511輸入BCD碼為“1000”。輸入的BCD碼就是鍵的號碼，并自動地由CD4511內部電路譯碼成十進制數在數碼管上顯示。3.安裝與調試3.1安裝準備根據上面設計的原理圖把以下列出來的各個元件如表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）電阻的識別目前，電子產品廣泛采用色環(huán)電阻，其優(yōu)點是在裝配、調試和修理過程中，不用撥動元件，即可在任意角度看清色環(huán)，讀出阻值，使用方便。一個電阻色環(huán)由4部分組成（不包括精密電阻）四個色環(huán)的其中第一、二環(huán)分別代表阻值的前兩位數；第三環(huán)代表倍率；第四環(huán)代表誤差。（2）二極管的識別二極管的識別很簡單，小功率二極管的N極（負極），在二極管外表大多采用一種色圈標出來，有些二極管也用二極管專用符號來表示P極（正極）或N極（負極），也有采用符號標志為“P”、“N”來確定二極管極性的。發(fā)光二極管的正負極可從引腳長短來識別，長腳為正，短腳為負。（3）電容的識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，電容的標注分為直接標注和色標法。通過學習，我明白了直接標注的電容是用數字直接表示電容量，不標單位。標注1～4位整數時，其單位是pF，標注為小數時，其單位是F。也有用三位數字表示容量大小，默認單位是pF，前兩位是有效數字，第三位是有效倍率（10m），當第三位是9時，則對有效數字乘以0.1。而色標法則同電阻器的標注。檢測電容的方法是利用電容的充放電特性，一般用萬用表電阻檔測試電容的充放電現象，兩只表筆觸及被測電容的兩條引線時，電容將被充電，表針偏轉后返回，再將兩表筆調換一次測量，表針將再次偏轉并返回。用相同的量程測不同的電容器時，表針偏轉幅度越大說明容量越大。測試過程中，萬用表指針偏轉表示充放電正常，指針能回到∞，說明電容沒短路，可視為電容完好。（4）三極管的識別一般的三極管就是三個管腳，很容易識別，所以識別三極管重要的是識別三極管是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用表。判斷極性：對圓柱型三極管，若管腳處接頭有突出物，則將管腳沖上，順時針依次為EBC極若沒有突出物，則管腳根處間隙較大的兩跟管腳對向自己，順時針依次為EBC極。對半圓型三極管，將管腳向上，半圓向自己，順時針為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，測得電阻較小。PNP管正好相反。以上就是我對常用電子元件的識別和檢測方法。3.2焊接3.2.1焊接準備（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，應對元件引腳或電路板的焊接部位進行焊前處理。（2）預熱電烙鐵

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導線。焊接前，電烙鐵要充分預熱。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上。烙鐵頭在焊點處停留的時間控制在2～3秒鐘。

（3）抬開烙鐵頭。左手仍持元件不動。待焊點處的錫冷卻凝固后，才可松開左手。（4）用鑷子轉動引線，確認不松動，然后可用偏口鉗剪去多余的引線。3.2.3焊接（1）焊接時，要保證每個焊點焊接牢固、接觸良好。要保證焊接質量。好的焊點應是錫點光亮，圓滑而無毛刺，錫量適中。錫和被焊物融合牢固。不應有虛焊和假焊：a.虛焊是焊點處只有少量錫焊住，造成接觸不良，時通時斷。b.假焊是指表面上好像焊住了，但實際上并沒有焊上，有時用手一拔，引線就可以從焊點中拔出。這兩種情況將給電子制作的調試和檢修帶來極大的困難。只有經過大量的、認真的焊接實踐，才能避免這兩種情況。(2)焊接電路板時，一定要控制好時間太長，電路板將被燒焦，或造成銅箔脫落。從電路板上拆卸元件時，可將電烙鐵頭貼在焊點上，待焊點上的錫熔化后，將元件拔出。3.3調試3.3.1調試將兩根導線所在的電路板上的正負端接到5V電池的正負極上，然后打開開關，聽到有鋒鳴聲，就是有人搶答，然后看二極管上顯示的數字，搶答之后顯示的數字如下：0，1，2，3，4，5，6，7，8，9數碼管上顯示的數字就是代表對應該數字的這個人搶到了搶答的機會。3.3.2調試中出現的問題及解決方法(1）現實電路不穩(wěn)定的問題在完成電路的焊接進入調試階段是發(fā)現搶答器數碼管顯示選手編號不穩(wěn)定.主要表現在單選手按下?lián)尨鹌骱髷荡a管顯示的不是選手當前號碼。因此著手對電路進行檢查，首先檢查數碼管看是否是關節(jié)焊接錯誤，后又檢查電路各個芯片管腳接錯均未發(fā)現問題，最后發(fā)現當觸動某按鍵連線時顯示正常由此判斷可能是因為出現了虛焊，遂將電路各焊點又仔細焊接了一遍，此時電路顯示正常。(2）控制開關無法控制電路在調試時發(fā)現當按下主持人開關時電路斷電，當松開后數碼管顯示始終為7，經過一個多小時隊電路用萬用表逐個檢查，發(fā)現是開關處焊接錯誤，通過改正焊接后電路能正常工作。4.總結這次做的八路數碼顯示搶答器的課程設計使我收益很大，它很大程度上培養(yǎng)了我們的動手能力特別是通過實驗原理圖進行實物焊接，焊接時能深刻體會到焊工藝的重要性；各個芯片的引腳功能不能混淆，在焊的過程中千萬不能把它們都焊到一起去，要不然