《電子制作基礎(chǔ)》課件第7章

第7章電子制作實(shí)例7.1來客提醒器的制作7.2LM386集成電路音頻功率放大器的制作7.3簡易氣體煙霧報(bào)警器7.4家用震動(dòng)報(bào)警器的制作7.5酒精探測(cè)儀的制作7.6電子煙花的制作7.7數(shù)字溫度計(jì)的制作7.8趣味搖字光棒的制作

7.1來客提醒器的制作

本節(jié)介紹的來客提醒器電路工作電壓低、安裝簡易，適合初學(xué)者自制。圖7-1-1為來客提醒器的實(shí)物圖。圖7-1-1來客提醒器實(shí)物圖7.1.1來客提醒器的識(shí)圖圖7-1-2來客提醒器電路原理圖來客提醒器巧妙地利用了環(huán)境自然光線突然變暗這一傳感信號(hào)來觸發(fā)模擬聲電路工作。光敏電阻器RL、三極管VT1和周圍阻容元器件等構(gòu)成了感光式脈沖觸發(fā)電路，模擬聲集成電路A、功率放大三極管VT2和揚(yáng)聲器B等構(gòu)成了音響發(fā)生電路。

平時(shí)，從店鋪門口照射進(jìn)來的自然光線穩(wěn)定地照到RL上，使其光電阻呈低阻值且基本穩(wěn)定不突然變化。電容器C1兩端亦保持一定的左正右負(fù)的直流電壓。由于VT1的集電極電阻器R3取值比較大，盡管其基極偏流電阻器R2取值更大，但此時(shí)VT1仍然處于比較深度的導(dǎo)通狀態(tài)，與VT1集電極相接的A的觸發(fā)端TG處于低電平(<1/2VDD)，A因得不到正脈沖觸發(fā)信號(hào)而不工作，VT2截止，B不發(fā)聲。當(dāng)有客人進(jìn)入店鋪時(shí)，照射到RL上的光線因受人體遮擋而顯著減少，RL兩端光電阻值突然增大，導(dǎo)致C1的正極端電位突然降低，C1經(jīng)R1、VT1的e、b結(jié)放電，抵消R2的正偏電流，使VT1反偏失去合適偏流而截止，其集電極輸出正脈沖(≥1/2VDD)觸發(fā)信號(hào)。于是，A內(nèi)部電路受觸發(fā)工作，其OUT端連續(xù)輸出三遍(約4秒)內(nèi)儲(chǔ)的“?！恕甭曤娦盘?hào)，經(jīng)VT2功率放大后，推動(dòng)B發(fā)出響亮的提醒聲。客人進(jìn)入店鋪(即離開RL正前方)后，RL恢復(fù)穩(wěn)定的低電阻值，電池G通過RL和VT1發(fā)射結(jié)對(duì)C1快速正向充好電，為下一次探測(cè)到客人后觸發(fā)模擬聲電路做好準(zhǔn)備。

電路中，C2為交流旁路電容器，在電池電能快用盡、內(nèi)阻增大時(shí)，可有效地避免B發(fā)聲時(shí)產(chǎn)生的畸變(嚴(yán)重時(shí)會(huì)產(chǎn)生寄生振蕩，無法正常發(fā)聲)，相對(duì)延長電池的使用壽命。事實(shí)上，C2的加入會(huì)使B發(fā)聲更加清脆、響亮。7.1.2來客提醒器元器件的選擇

該制作共用了7種電子元器件，它們的實(shí)物外形如表7-1-1所示。

A選用KD-153H型“叮—咚”門鈴專用模擬聲集成電路。該集成電路用黑塑膠封裝在一塊尺寸約為24mm×12mm的小印制板上，并設(shè)有插焊外圍元器件的孔眼，安裝使用很方便。KD-153H的主要參數(shù)：工作電壓范圍1.3～5?V，觸發(fā)電壓大于等于1/2?VDD(正脈沖和高電平均有效)，觸發(fā)電流小于等于40μA；當(dāng)工作電壓為1.5V時(shí)，實(shí)測(cè)輸出電流大于等于2mA、靜態(tài)總電流小于0.5μA；工作溫度范圍?-10～+60℃。

VT1選用9014型小型塑封硅NPN小功率三極管，要求電流放大系數(shù)β>120；VT2用9013型小型塑封硅NPN晶體三極管，要求電流放大系數(shù)β>100。

RL宜選用MG44-03型塑料樹脂封裝光敏電阻器，亮阻小于等于5?kΩ、暗阻大于等于

1?MΩ的普通光敏電阻器也可直接代替。R1～R3均用RTX-1/8W型碳膜電阻器。C1、C2均用CDl1-16V型電解電容器。B用Φ57?mm、8?Ω、0.25?W小口徑動(dòng)圈式揚(yáng)聲器。G用三節(jié)5號(hào)干電池串聯(lián)(需配套塑料電池架)而成，電壓為4.5V。因整個(gè)電路平時(shí)耗電甚微，故無需設(shè)置電源開關(guān)。所選用的元件如表7-1-1所示。表7-1-1來客提醒器元器件7.1.3來客提醒器印制電路板的制作

1．刀刻印制板

根據(jù)圖7-1-3所示來客提醒器的印制板接線圖，使用刀刻法在單面覆銅板上刻出印制電路板(見圖7-1-3所示左邊)，參考尺寸為40mm×25mm。圖7-1-3右邊所示為帶芯片的語音集成電路板。圖7-1-3來客提醒器印制板接線圖圖7-1-4用刀刻法制作的來客提醒器的印制電路板實(shí)物圖7.1.4來客提醒器的裝配

1．元器件測(cè)試

全部元器件安裝前必須進(jìn)行測(cè)試(見表7-1-2)。

2．印制板的焊接

來客提醒器電路板由兩部分組成，在焊接的時(shí)候應(yīng)分別進(jìn)行。安裝與焊接步驟如表7-1-3所示。7.1.5來客提醒器的檢測(cè)與調(diào)試

1．檢測(cè)

1)目視檢測(cè)

根據(jù)電路原理圖，檢查各個(gè)電阻、電容值是否與圖紙相符，光敏電阻器型號(hào)是否正確，各三極管極性及位置是否正確，語音集成電路管腳排列順序是否正確，焊接時(shí)有無焊錫造成的短路現(xiàn)象。

2)通電檢查

本制作電路較為簡單，安裝好后成功率很高。若不能正常工作，則應(yīng)逐個(gè)檢查各個(gè)元件是否正常工作。

2．調(diào)試

來客提醒器的調(diào)試比較簡單：從電路板上焊下R3，用一只100?kΩ的電位器代替R3，在電池架裝好干電池、RL感受環(huán)境自然光線穩(wěn)定不變的條件下，由大往小緩慢地調(diào)節(jié)電位器的阻值，使揚(yáng)聲器B處于臨界發(fā)聲狀態(tài)；然后，焊下電位器，用萬用表測(cè)量出此時(shí)的電阻值，選擇一只阻值相同或相近的RTX-1/8W型碳膜電阻器作為R3，即獲得光線突然變暗最佳的觸發(fā)靈敏度。一般情況下，只要按照?qǐng)D7-1-2所標(biāo)參數(shù)選擇元器件，無需任何調(diào)試便可滿意工作。使用時(shí)，將來客提醒器安放在靠近店鋪門口的鋪柜上，并要求將RL窗口既正對(duì)著門口照射進(jìn)來的自然光線、又正對(duì)著門口來人必須經(jīng)過的方向。這樣，一旦有客人進(jìn)門，來客提醒器便會(huì)立即發(fā)出三遍“叮—咚”聲，提醒主人：有人進(jìn)來！由于來客提醒器是依靠檢測(cè)正前方環(huán)境光線突然變暗而觸發(fā)工作的，因此在黑暗的環(huán)境中失去功能。如果要求告知器在夜晚開店時(shí)仍能夠正常工作，可在RL正前方(門口)安裝普通照明燈或紅外線光源，用以代替自然光線。

由于整個(gè)來客提醒器電路平時(shí)耗電甚微，實(shí)測(cè)靜態(tài)總電流小于120μA，報(bào)警時(shí)的電流小于150mA，故用電很節(jié)省。7.2LM386集成電路音頻功率放大器的制作

功率放大器的制作是電子愛好者以及電子初學(xué)者最先接觸到的基本制作。本節(jié)介紹的功率放大器主要是通過LM386芯片來完成的，可將音頻信號(hào)進(jìn)行放大。具體實(shí)物圖如圖7-2-1所示。圖7-2-1LM386集成電路音頻功率放大器實(shí)物圖7.2.1LM386集成電路音頻功率放大器的識(shí)圖圖7-2-2LM386集成電路音頻功率放大器單聲道原理圖本放大器采取9?V電池對(duì)其進(jìn)行供電。C1為輸入耦合電容，起隔直作用；輸入端并聯(lián)電容C2，用于消除干擾；C4、RW2組成增益控制網(wǎng)絡(luò)，RW2阻值越小增益(放大量)越高；C5的接入是避免增益過高時(shí)產(chǎn)生自激；C6、R2組成高頻成分衰減電路，以消除喇叭中發(fā)出的“劈啦”聲；C3是濾波電容，用以消除放大器靜態(tài)交流聲；C7是音頻信號(hào)輸出耦合電容，C7容量不可超過470μF，否則放重低音樂曲時(shí)，喇叭將發(fā)生堵塞現(xiàn)象；RW1用于調(diào)節(jié)音量；R1是阻抗匹配電阻，也可不用，視具體情況決定。

LM386是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的低電壓小功率音頻功率放大集成電路，采用8腳雙列DIP直插封裝，⑥腳接電源正極，④腳接地，②、③腳是信號(hào)輸入端，⑤腳是輸出端，①、⑦、⑧腳用以改善放大器性能。其引腳圖如圖7-2-3所示。圖7-2-3LM386芯片引腳圖圖7-2-3中，③腳是同相輸入端，②腳是反相輸入端，信號(hào)Ui可以從任意一端輸入，而將另一端接地即可。

LM386的主要電參數(shù)如下：

(1)工作電壓范圍：4～12V；

(2)靜態(tài)電流典型值：4mA；

(3)失真度典型值：0.2%；

(4)電壓增益在20～200倍(26～46dB)范圍內(nèi)可調(diào)；

(5)最大輸出功率：660mW；

(6)帶頻寬度：330kHz。7.2.2LM386集成電路音頻功率放大器元器件的選擇

該制作需用到8種元器件，這些元器件都是常用器件，電子市場(chǎng)中都很容易買到。表7-2-1為元器件清單。7.2.3LM386集成電路音頻功率放大器印制電路板的制作

在電路板制作前可進(jìn)行電路仿真，在3.2.4節(jié)中給出了以Protues軟件仿真該電路的例子，讀者在仿真時(shí)可供參考。

用熱轉(zhuǎn)印法制作印制電路板，制作過程如下：

(1)制圖。用ProtelDXP2004SP2軟件按圖7-2-2畫出原理圖，從原理圖生成印制電路板圖，如圖7-2-4所示，使用單面覆銅板，參考尺寸為60mm×40mm。圖7-2-4LM386音頻功放印制電路板圖

(2)打印。用激光打印機(jī)將印制電路板圖打印在熱轉(zhuǎn)印紙上。

(3)加熱轉(zhuǎn)印。用細(xì)砂紙擦干凈覆銅板，磨平四周。將打印好的熱轉(zhuǎn)印紙覆蓋在覆銅板上，用電熨斗加熱(調(diào)到150～180℃)，使融化的墨粉完全吸附在覆銅板上。

(4)腐蝕。覆銅板冷卻后揭去熱轉(zhuǎn)印紙，放到FeCl3溶液中腐蝕后即可形成做工精細(xì)的印刷電路板。

(5)鉆孔與后續(xù)處理。腐蝕完后，對(duì)電路板進(jìn)行鉆孔和磨邊處理，再用濕的細(xì)砂紙去掉表面的墨粉。圖7-2-5為已經(jīng)制作好的LM386音頻功率放大器印制電路板實(shí)物圖。圖7-2-5用熱轉(zhuǎn)印法制作的LM386音頻功率放大器印制電路板實(shí)物圖7.2.4LM386集成電路音頻功率放大器的裝配

元器件的安裝應(yīng)遵循先小后大、先低后高、先里后外、先易后難、最后安裝集成電路的原則，具體應(yīng)按表7-2-2所示的步驟進(jìn)行安裝與焊接。7.2.5LM386集成電路音頻功率放大器的調(diào)試

LM386集成電路音頻功率放大器制作好后，就需要調(diào)試了，這里利用波形觀察法來檢測(cè)，在輸入端接入一個(gè)1kHz的信號(hào)，輸出端接示波器，逐漸增大幅值，觀察其波形，找出最大不失真輸出電壓，這時(shí)可計(jì)算出其最大輸出功率。

在調(diào)試過程中，時(shí)刻注意集成塊的溫度，如果未加輸入信號(hào)集成塊就發(fā)熱，同時(shí)示波器顯示出幅度較大、頻率較高的波形，說明電路有自激現(xiàn)象，應(yīng)立即關(guān)機(jī)，進(jìn)行檢查。 7.3簡易氣體煙霧報(bào)警器

目前城市居民使用煤氣、液化石油氣等作為燃料的越來越多，如果使用不當(dāng)或發(fā)生泄漏，就有可能危及人身安全，甚至釀成火災(zāi)或爆炸事故。本制作介紹了一種實(shí)用的氣體煙霧報(bào)警電路。它由電源電路、氣敏探測(cè)電路、音響報(bào)警電路等幾部分組成。其電路原理簡單，易于實(shí)現(xiàn)，價(jià)格便宜，又能給人們的生活帶來便利，具有一定的應(yīng)用價(jià)值。圖7-3-1為簡易氣體煙霧報(bào)警器的實(shí)物圖。圖7-3-1簡易氣體煙霧報(bào)警器實(shí)物圖7.3.1簡易氣體煙霧報(bào)警器的識(shí)圖

圖7-3-2簡易氣體煙霧報(bào)警器電路原理圖該報(bào)警器由降壓整流與穩(wěn)壓電路、氣敏傳感元件和觸發(fā)、報(bào)警音響電路等組成。降壓整流與穩(wěn)壓電路由變壓器、橋氏整流電路、集成穩(wěn)壓電路LM7805等組成。觸發(fā)、報(bào)警音響電路由可控多諧振蕩器(555、R2、RP2、C4)和揚(yáng)聲器Y等組成。

正常情況下，氣敏元件QM不接觸可燃性氣體或煙霧時(shí)，其A～B極間電導(dǎo)率很低，呈現(xiàn)高阻抗，該電阻與RP1的分壓減小，相應(yīng)使555的④腳處于低電平，555停振，揚(yáng)聲器Y不工作。當(dāng)氣敏元件QM接觸到一定濃度的可燃性氣體或煙霧時(shí)，其內(nèi)部的電導(dǎo)率將急劇增高而呈現(xiàn)低阻抗，其A～B極間的電阻降低，從而使該電阻與RP1的分壓上升，相應(yīng)555的④腳電位上升，當(dāng)④腳的電位上升到1?V以上時(shí)，555起振，其振蕩頻率為f=1.44?/?(R2+?2RP2)C4。圖中所示參數(shù)對(duì)應(yīng)的頻率約為0.4～4?kHz。調(diào)節(jié)電位器RP1，使其頻率為1.5kHz即可。相應(yīng)555的輸出端③腳的輸出信號(hào)推動(dòng)揚(yáng)聲器Y發(fā)出報(bào)警聲。7.3.2簡易氣體煙霧報(bào)警器元器件的選擇

該制作共用到9種電子元器件，它們的實(shí)物外形如表7-3-1所示。

半導(dǎo)體氣敏元件采用國產(chǎn)QM-25型或MQ211型，它們是良好的氣電轉(zhuǎn)換傳感器，可對(duì)煤氣、天然氣、汽油、醇、醚類及各種煙霧進(jìn)行檢測(cè)。半導(dǎo)體氣敏元件共有6只引腳：⑤腳與⑥腳為熱絲，①腳與②腳為測(cè)量極，③腳與④腳構(gòu)成另一測(cè)量極；U1采用LM7805三端固定穩(wěn)壓集成電路；U2采用NE555時(shí)基集成電路；LED用Φ5?mm圓形綠色發(fā)光二極管；RP1選用10?kΩ、RP2選用150?kΩ，均采用有機(jī)實(shí)心微調(diào)電阻器；R1選用2?kΩ，R2選用36?kΩ，均為RJ-1/4W型金屬膜電阻器；C1選用220?μF，C6選用22?μF，均為CD11-16V型電解電容器；C2選用0.33?μF，C3選用0.1?μF，C4、C5選用0.01?μF，均為瓷介電容器；Y可用8?Ω小型電動(dòng)揚(yáng)聲器，如YD57-2型等。簡易氣體煙霧報(bào)警器所選用的元器件如表7-3-1所示。7.3.3簡易氣體煙霧報(bào)警器印制電路板的制作

用熱轉(zhuǎn)印法制作印制電路板，制作過程如下：

(1)制圖。用ProtelDXP2004SP2軟件按圖7-3-2畫出原理圖，從原理圖生成印制電路板圖，如圖7-3-3所示，使用單面覆銅板，參考尺寸為85?mm×60?mm。

圖7-3-3簡易氣體煙霧報(bào)警器印制電路板圖

(2)打印。用激光打印機(jī)將印制電路板圖打印在熱轉(zhuǎn)印紙上。

(3)加熱轉(zhuǎn)印。用細(xì)砂紙擦干凈覆銅板，磨平四周。將打印好的熱轉(zhuǎn)印紙覆蓋在覆銅板上，送入快速制版機(jī)(調(diào)到150～180℃)來回壓幾次，使融化的墨粉完全吸附在敷銅板上。

(4)腐蝕。覆銅板冷卻后揭去熱轉(zhuǎn)印紙，放到雙氧水?+?鹽酸?+?水(2∶1∶2)混合溶液中腐蝕后即可形成印制電路板。

(5)鉆孔與后續(xù)處理。腐蝕完后，對(duì)電路板進(jìn)行鉆孔和磨邊處理，再用濕的細(xì)砂紙去掉表面的墨粉。圖7-3-4為已經(jīng)制作好的簡易氣體煙霧報(bào)警器印制電路板實(shí)物圖。圖7-3-4用熱轉(zhuǎn)印法制作的簡易氣體煙霧報(bào)警器印制電路板實(shí)物圖7.3.4簡易氣體煙霧報(bào)警器的裝配

1．元器件測(cè)試

簡易氣體煙霧報(bào)警器的全部元器件在安裝前必須進(jìn)行測(cè)試(見表7-3-2)。

2．印制板的焊接

簡易氣體煙霧報(bào)警器的安裝與焊接步驟如表7-3-3所示。7.3.5簡易氣體煙霧報(bào)警器的檢測(cè)與調(diào)試

1．檢測(cè)

1)目視檢測(cè)

根據(jù)電路原理圖，檢查各個(gè)電阻、電容值是否與圖紙相符，氣敏傳感器型號(hào)是否正確，發(fā)光二極管極性及位置是否正確，三端固定穩(wěn)壓集成電路輸入輸出位置及555集成電路管腳排列順序是否正確，焊接時(shí)有無焊錫造成的短路現(xiàn)象。

2)通電檢查

本制作電路較為簡單，通電后觀察LED是否發(fā)光，若不能正常工作，則應(yīng)重點(diǎn)檢查穩(wěn)壓電路部分，然后再逐個(gè)檢查各個(gè)元件是否正常工作。

2．調(diào)試

將元器件裝配在自制的印制電路板上，由于氣敏元件剛通電使用時(shí)，在開始一段時(shí)間里，其元件阻值會(huì)急劇下降，經(jīng)10min左右的預(yù)熱，其阻值才逐漸增大，最終恢復(fù)到原來的穩(wěn)定狀態(tài)，所以，在進(jìn)行調(diào)試時(shí)，必須先通電預(yù)熱一段時(shí)間后，方可進(jìn)行調(diào)試工作。

調(diào)試時(shí)，通過對(duì)RP1的阻值進(jìn)行調(diào)整，來調(diào)節(jié)報(bào)警器的靈敏度，調(diào)節(jié)電位器RP2，使多諧振蕩器輸出頻率為1.5kHz左右，推動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)出報(bào)警聲。氣敏元件的安裝，應(yīng)根據(jù)需要監(jiān)視的可燃性氣體的比重來確定安裝位置的高度。如果使用一般煤氣，可將氣敏元件裝在高通風(fēng)口處；如果使用石油液化氣，則應(yīng)將氣敏元件裝在低處，這樣可以提高報(bào)警靈敏度。報(bào)警器使用一段時(shí)間以后，會(huì)發(fā)現(xiàn)靈敏度有所下降，不能按規(guī)定的可燃性氣體濃度實(shí)現(xiàn)報(bào)警，其原因主要是在氣敏探頭的防爆網(wǎng)罩上，由于時(shí)間較長后網(wǎng)罩上積滿了污垢和灰塵，從而堵住了氣敏探頭的通氣孔，致使氣敏元件不能像初期使用那樣靈敏。因此，不要將氣敏元件安裝在油煙、灰塵較嚴(yán)重的地方，并且要定期清除氣敏元件網(wǎng)罩上的油垢和灰塵。使用了一段時(shí)間后，還要進(jìn)行靈敏度試驗(yàn)，重新進(jìn)行校準(zhǔn)，以防報(bào)警器失效。

7.4家用震動(dòng)報(bào)警器的制作

地震一般發(fā)生在夜晚，人們難以預(yù)防。現(xiàn)在設(shè)計(jì)制作一種簡易地震報(bào)警器，其特點(diǎn)是：當(dāng)發(fā)生地震時(shí)，它能自動(dòng)發(fā)出尖銳報(bào)警聲，有助于喚醒睡夢(mèng)中的人們，提醒人們迅速轉(zhuǎn)移至安全地帶。家用震動(dòng)報(bào)警器實(shí)物圖如圖7-4-1所示。圖7-4-1家用震動(dòng)報(bào)警器實(shí)物圖7.4.1家用震動(dòng)報(bào)警器電路的設(shè)計(jì)

U1(CD4013BP)為雙D觸發(fā)器接成開關(guān)延時(shí)電路，當(dāng)開關(guān)S1閉合時(shí)電源通過發(fā)光二極管VD3向U1和三極管V1(9015)供電，經(jīng)20s延時(shí)后U1處于待機(jī)狀態(tài)。當(dāng)振動(dòng)傳感器J1接到振動(dòng)信號(hào)時(shí)U1打開，13腳輸出高電平，通過R3加到音樂集成電路U2的1腳，U2產(chǎn)生音頻振蕩信號(hào)由3腳輸出經(jīng)R4加到三極管V2(8050)的基極，經(jīng)V2進(jìn)行功率放大推動(dòng)壓電蜂鳴器J2發(fā)出報(bào)警響聲。

家用震動(dòng)報(bào)警器原理電路圖如圖7-4-2所示。圖7-4-2家用震動(dòng)報(bào)警器原理圖7.4.2家用震動(dòng)報(bào)警器元器件的選擇

該制作共用到11種電子元器件，它們的實(shí)物外形如表7-4-1所示。

震動(dòng)傳感器和發(fā)聲元件均采用壓電陶瓷片，這種電聲元件簡單可靠，特別適用于此類小電路，它的原理在第1章中的電聲器件已有詳細(xì)介紹。U1采用雙D觸發(fā)器CD4013BP。U2用110C音樂集成塊，這種音樂集成塊有3個(gè)引腳，1個(gè)觸發(fā)管腳，1個(gè)接地，1個(gè)輸出，非常好用。

LED用Ф3?mm紅色發(fā)光二極管，C1、C2、C3用普通電解電容器。電阻用1/8W金屬膜電阻。電池用1節(jié)9?V干電池。開關(guān)用小型撥動(dòng)式或按鈕式開關(guān)，觸點(diǎn)額定電流大于0.2?A。

家用震動(dòng)報(bào)警器所選用的元器件如表7-4-1所示。7.4.3家用震動(dòng)報(bào)警器印制電路板的制作

用熱轉(zhuǎn)印法制作印制電路板，制作過程如下：

(1)制圖。用ProtelDXP2004SP2軟件按圖7-4-2畫出原理圖，從原理圖生成印制電路板圖，如圖7-4-3所示，使用單面覆銅板，參考尺寸為50mm?×?100mm。圖7-4-3家用震動(dòng)報(bào)警器印制電路板

(2)打印。用激光打印機(jī)將印制電路板圖打印在熱轉(zhuǎn)印紙上。

(3)加熱轉(zhuǎn)印。用細(xì)砂紙擦干凈敷銅板，磨平四周。將打印好的熱轉(zhuǎn)印紙覆蓋在單面覆銅板上，送入快速制版機(jī)(調(diào)到150～180℃)來回壓幾次，使融化的墨粉完全吸附在覆銅板上。

(4)腐蝕。覆銅板冷卻后揭去熱轉(zhuǎn)印紙，放到雙氧水?+?鹽酸?+?水(2∶1∶2)混合液或FeCl3溶液中腐蝕后即可形成做工精細(xì)的印制電路板。

(5)鉆孔與后續(xù)處理。腐蝕完后，對(duì)電路板進(jìn)行鉆孔和磨邊處理，再用濕的細(xì)砂紙去掉表面的墨粉。圖7-4-4為已經(jīng)制作好的家用震動(dòng)報(bào)警器印制電路板實(shí)物圖。圖7-4-4用熱轉(zhuǎn)印法制作的家用震動(dòng)報(bào)警器印制電路板實(shí)物圖7.4.4家用震動(dòng)報(bào)警器的裝配

1．元器件測(cè)試

2．印制板的焊接

元器件焊接應(yīng)遵循先小后大、先低后高、先里后外、先易后難、最后安裝集成電路的原則，具體步驟如表7-4-3所示。表7-4-3印制板的焊接7.4.5家用震動(dòng)報(bào)警器的檢測(cè)與調(diào)試

1．檢測(cè)

1)目視檢測(cè)

根據(jù)原理電路圖，檢查各個(gè)元件是否與圖紙相符，各二極管極性及位置是否正確，集成電路管腳排列順序是否正確，用三用表檢測(cè)有無焊錫造成的短路現(xiàn)象。

2)通電檢查

本制作電路較為簡單，安裝好后成功率很高。若不能正常工作，則應(yīng)根據(jù)原理圖使用儀器檢測(cè)電路。

2．調(diào)試

調(diào)試時(shí)，應(yīng)將壓電陶瓷片緊貼桌面，打開電源后發(fā)光二極管逐漸變亮，有20s延時(shí)，然后拍擊桌面模擬震動(dòng)，警報(bào)器就發(fā)出叫聲。7.4.6家用震動(dòng)報(bào)警器的制作總結(jié)

通過本制作，了解了運(yùn)用簡單電路制作日常生活中所需的產(chǎn)品，經(jīng)過設(shè)計(jì)、組裝、調(diào)試等步驟，鍛煉了思維方式與動(dòng)手能力，為復(fù)雜設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)。完成設(shè)計(jì)與制作大致需要以下幾步：

(1)根據(jù)要求用簡單電路完成功能；

(2)根據(jù)所要達(dá)到的效果選擇傳感器；

(3)合理布置元件位置；

(4)連線、焊接；

(5)通電調(diào)試。 7.5酒精探測(cè)儀的制作

圖7-5-1酒精探測(cè)儀實(shí)物圖7.5.1酒精探測(cè)儀的識(shí)圖

酒精探測(cè)儀電路原理圖如圖7-5-2所示。圖7-5-2酒精探測(cè)儀電路原理圖該電路采用干電池供電，并經(jīng)三端穩(wěn)壓器IC1穩(wěn)壓，輸出穩(wěn)定的5

V電壓作為氣敏傳感器MQ-3和集成電路IC2的共同電源，同時(shí)也作為10個(gè)共陽極發(fā)光二極管的電源。因此，外部電路就相當(dāng)簡單。

氣敏傳感器的輸出信號(hào)送至IC2的輸入端(5腳)，通過比較放大，驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管依次發(fā)光。10個(gè)發(fā)光二極管按IC2的引腳(10～18、1)次序排成一條，對(duì)輸入電壓作線性10級(jí)顯示。輸入靈敏度可以通過電位器RP調(diào)節(jié)，即對(duì)“地”電阻調(diào)小時(shí)靈敏度下降；反之，靈敏度增加。IC2的6腳與7腳互為短接，且串聯(lián)電阻R1接地。改變R1的阻值可以調(diào)整發(fā)光二極管的顯示亮度，當(dāng)阻值增加時(shí)亮度減弱，反之更亮。IC2的2腳、4腳、8腳均接地，3腳、9腳接電源

+5

V(集成穩(wěn)壓器IC1的輸出端)。分別并聯(lián)在IC1輸入與輸出端的電容C1、C2防止雜波干擾，使IC1輸出的直流電壓保持平穩(wěn)。發(fā)光二極管集成驅(qū)動(dòng)器LM3914結(jié)構(gòu)圖如圖7-5-3所示。其內(nèi)部的緩沖放大器最大限度地提高了該集成電路的輸入電阻(5腳)，電壓輸入信號(hào)經(jīng)過緩沖器(增益為零)同時(shí)送到10個(gè)電壓比較器的反相(?-?)輸入端。10個(gè)電壓比較器的同相(?+?)輸入端分別接到10個(gè)等值電阻(1?kΩ)串聯(lián)回路的10個(gè)分壓端。因?yàn)榕c串聯(lián)回路相接的內(nèi)部參考電壓為1.2?V，所以相鄰分壓端之間的電壓差為1.2?V?÷?10?=?0.12?V。為了驅(qū)動(dòng)LED1發(fā)光，集成電路LM3914的1腳輸出應(yīng)為低電平，因此要求電壓比較器反相(?-?)端的輸入電壓不小于0.12?V。同理，要使LED2發(fā)光，反相端輸入電壓應(yīng)大于0.12?×?2?=?0.24?V；要使LED10發(fā)光，反相端輸入電壓應(yīng)大于0.12?×?10?=?1.2V。

IC2的9腳為點(diǎn)、條方式選擇端，當(dāng)9腳與11腳相接時(shí)為點(diǎn)狀顯示；9腳與3腳相接則為條狀顯示。本設(shè)計(jì)電路中是采用條狀顯示方式。圖7-5-3發(fā)光二極管集成驅(qū)動(dòng)器LM3914結(jié)構(gòu)圖7.5.2酒精探測(cè)儀元器件的選擇

該制作共用8種電子元器件，它們的實(shí)物外形如表7-5-1所示。表7-5-1酒精探測(cè)儀元器件酒精氣敏傳感器采用國產(chǎn)的MQ-3型，它屬于MQ系列氣敏元件的一種。IC1采用三端固定輸出集成穩(wěn)壓器W78M05或W7805。它們的額定最大輸出電流不同，但靜態(tài)電流均為8?mA。IC2用LM3914型發(fā)光二極管集成驅(qū)動(dòng)器。

LED1～LED10用Ф3?mm或Ф5?mm紅色發(fā)光二極管，根據(jù)實(shí)際需要也可采用5個(gè)綠色、5個(gè)紅色顯示方式。C1、C2用普通電解電容器，如CDll-16V。R1用?W金屬膜電阻。RP采用半鎖緊型的小型有機(jī)實(shí)心電位器，如WS-2-0.25?W。E用6節(jié)5號(hào)干電池串聯(lián)，也可用輸出整流電壓為9?V的橋式整流電源代替，但此時(shí)應(yīng)將C1的容量增至450～1000?μF為宜。S用小型撥動(dòng)式或按鈕式開關(guān)，觸點(diǎn)額定電流大于0.2?A。酒精探測(cè)儀所選用的元器件如表7-5-1所示。7.5.3酒精探測(cè)儀印制電路板的制作

用感光法制作印制電路板，制作過程如下：

(1)制圖。用ProtelDXP2004SP2軟件按圖7-5-2畫出原理圖，從原理圖生成印制電路板圖，如圖7-5-4所示，使用單面覆銅板，參考尺寸為95mm?×?65mm。

(2)打印。用激光打印機(jī)將印制電路板圖在透明膠片、半透明硫酸紙上打印出底圖。

(3)曝光。撕掉感光板上的保護(hù)膜(不要刮傷感光膜面)，將透明或半透明的原稿放在感光板上，將有碳粉的打印面與感光電路板接觸，用玻璃緊壓原稿及感光板，越緊密解析度越好。

(4)顯影。將粉末顯影劑一包與水混合放入容器，粉末顯影劑和水的質(zhì)量比為1∶20，加入水后輕輕搖晃，使顯影劑充分溶解于水中。將曝光后的感光板放入容器里，綠色感光膜面要向上，并且不停地晃動(dòng)容器。在顯影充分后，取出電路板，就會(huì)看到電路己經(jīng)附在上面了。

(5)腐蝕。將顯影后的電路板放到FeCl3溶液中，蝕刻的過程中要不停地晃動(dòng)盆子，使蝕刻均勻并可加快蝕刻速度。腐蝕后即可形成做工精細(xì)的印制電路板。

(6)鉆孔與后續(xù)處理。腐蝕完后，對(duì)電路板進(jìn)行鉆孔和磨邊處理。圖7-5-5為已經(jīng)制作好的酒精探測(cè)儀印制電路板實(shí)物圖。圖7-5-4酒精探測(cè)儀印制電路板圖7-5-5用熱轉(zhuǎn)印法制作的酒精探測(cè)儀印制電路板實(shí)物圖7.5.4酒精探測(cè)儀的裝配

1．元器件測(cè)試

酒精探測(cè)儀的全部元器件在安裝前必須進(jìn)行測(cè)試(見表7-5-2)。

2．印制板的焊接

元器件焊接應(yīng)遵循先小后大、先低后高、先里后外、先易后難的順序進(jìn)行。酒精探測(cè)儀的安裝與焊接步驟如表7-5-3所示。表7-5-3印制板的焊接7.5.5酒精探測(cè)儀的檢測(cè)與調(diào)試

1．檢測(cè)

1)目視檢測(cè)

根據(jù)原理電路圖，檢查各個(gè)電阻、電容值是否與圖紙相符，各二極管極性及位置是否正確，集成電路管腳排列順序是否正確，焊接時(shí)有無焊錫造成的短路現(xiàn)象。

2)通電檢查

本制作的電路較為簡單，安裝好后成功率很高。在通電之前，用數(shù)字萬用表的三極管通斷擋測(cè)量電源正、負(fù)接入點(diǎn)之間的電阻，應(yīng)該是高阻態(tài)。如果出現(xiàn)短路現(xiàn)象，應(yīng)立即排查，防止通電后燒毀元件的事故。

2．調(diào)試

1)電壓直接調(diào)節(jié)

本設(shè)計(jì)主要是通過電阻分壓電路測(cè)量酒精氣體濃度變化的，而LM3914也是根據(jù)輸入電壓的大小決定點(diǎn)亮LED的數(shù)量的，因此可以先調(diào)試傳感器，觀察電路是否正常。使用一組電壓為5?V的穩(wěn)壓電源，系統(tǒng)通電后，將可調(diào)穩(wěn)壓電源的另一組輸出調(diào)至0.2V左右，其電源正極通過一個(gè)1?kΩ的電阻接入圖7-5-2中的C點(diǎn)，其電源負(fù)極與系統(tǒng)電源負(fù)極短接。再調(diào)節(jié)電源從0.2～5?V，觀察輸出LED的變化。正確的變化應(yīng)該是，LED1～LED9逐個(gè)被點(diǎn)亮，如果沒有一個(gè)LED被點(diǎn)亮，可能是LM3914的周邊電路沒有配合好，或者是電路某點(diǎn)有開路；如果最終有幾個(gè)紅色LED未被點(diǎn)亮，可能是電位器RP的阻值偏小，這時(shí)調(diào)大一些RP的阻值再試。

2)酒精液體校準(zhǔn)

調(diào)試探測(cè)儀時(shí)，應(yīng)事先準(zhǔn)備一只口徑約為40mm、高約為70mm的有蓋小瓶，瓶內(nèi)盛放一小塊浸過酒精的藥棉，平時(shí)蓋緊瓶蓋不讓酒精氣體外逸。調(diào)試時(shí)調(diào)節(jié)RP至最大值，然后打開瓶蓋，逐漸靠近已經(jīng)預(yù)熱的MQ-3探頭，可以看到安裝在探測(cè)儀上的10個(gè)發(fā)光二極管LED1～LED10將依次點(diǎn)亮。因?yàn)閺钠靠诟浇敝疗績?nèi)存有不同濃度的酒精氣體，越接近藥棉處，酒精氣體濃度越高。調(diào)節(jié)電位器RP的阻值可以調(diào)整探測(cè)儀的靈敏度，RP阻值較小時(shí)靈敏度較低，反之阻值較大時(shí)靈敏度較高。在業(yè)余條件下，可先將RP阻值調(diào)至較大使用。若有條件，最好送標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)部門校準(zhǔn)并將RP鎖住。在業(yè)余條件下可以這樣進(jìn)行：取容量大于1000?mL的飲料空瓶5只，洗凈后注滿水，用量筒測(cè)定每只瓶的實(shí)際容量并記錄，然后倒去水擦干瓶子內(nèi)壁后將其一一編號(hào)備用。取含量97%的乙醇與空氣按體積比為0.1/100、0.2/100、0.3/100、0.4/100、0.5/100，在20℃的環(huán)境中分別與5只瓶中的空氣充分混合(瓶口蓋緊不漏氣)，就成為酒精氣體樣本。

探測(cè)儀在無酒氣環(huán)境中預(yù)熱5～10?min后，LED1～LED10應(yīng)均不發(fā)光，否則需適當(dāng)調(diào)節(jié)RP；然后將探頭MQ-3伸入0.5%酒精氣體中，調(diào)節(jié)RP使LED1～LED5發(fā)光，其余不發(fā)光，調(diào)好后鎖定RP；再將探頭重新置于無酒氣環(huán)境中時(shí)，LED應(yīng)全部熄滅，而后將探頭伸入0.2%酒精氣體中，只有LED1和LED2發(fā)光，說明工作正常。

3)電位器調(diào)節(jié)靈敏度

調(diào)試完成，根據(jù)具體的需要調(diào)節(jié)電位器RP，控制系統(tǒng)測(cè)試的靈敏度，要注意傳感器的電阻參數(shù)。

7.6電子煙花的制作

圖7-6-1電子煙花實(shí)物圖7.6.1電子煙花電路的設(shè)計(jì)

1．設(shè)計(jì)思想

電子煙花因具有壽命長、可反復(fù)使用、環(huán)保、存儲(chǔ)使用安全等特點(diǎn)，故具有很大的發(fā)展?jié)摿?。電子煙花的形狀由發(fā)光二極管的擺放決定。如圖7-6-1所示，電路板中部的兩個(gè)發(fā)光二極管組成炮筒；左上角如同繩子形狀的三個(gè)發(fā)光二極管是導(dǎo)火線；右側(cè)一圈10個(gè)二極管代表煙花開放出來的花朵。

當(dāng)電子煙花通電后，炮筒一亮一滅，被點(diǎn)火后，光開始沿著導(dǎo)火索從下至上燃燒到完，繼而煙花噴出炮筒。移位寄存器依次移位，二極管亮、滅，以達(dá)到煙火上升的效果。而且，此過程會(huì)不斷循環(huán)，使觀賞效果更佳！

2．電路原理

本節(jié)提供了一種用數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)的電子煙花設(shè)計(jì)實(shí)例，此電子煙花以時(shí)鐘控制和驅(qū)動(dòng)電路為基礎(chǔ)。用移位寄存器芯片來控制發(fā)光二極管的亮、滅次序，產(chǎn)生動(dòng)感，從而實(shí)現(xiàn)了從點(diǎn)火到煙花綻放全過程的模擬。電子煙花由電源電路、點(diǎn)火電路、導(dǎo)火線燃燒控制電路、煙花綻放控制電路、時(shí)鐘電路和復(fù)位電路組成。其總體電路框圖如圖7-6-2所示。下面分別介紹電子煙花電路的各個(gè)功能模塊。圖7-6-2電子煙花電路原理圖

1)時(shí)鐘電路

模擬電子煙花綻放，需要控制點(diǎn)火后引線燃燒和煙花綻放的速度。為了更清楚地模擬和展現(xiàn)煙花點(diǎn)燃和綻放的過程。根據(jù)彩燈的數(shù)目，設(shè)定引線燃燒時(shí)間為1/8s(即每個(gè)燈亮間隔頻率為8?Hz)。煙花上升和綻放時(shí)間為1/4s(即每個(gè)燈亮間隔頻率為4?Hz)。

選擇CD4060構(gòu)建時(shí)鐘電路。采用32.768?kHz的晶振作為原始時(shí)鐘輸入，經(jīng)CD4060分頻成所需的時(shí)鐘信號(hào)。經(jīng)1腳輸出212分頻后的8?Hz時(shí)鐘信號(hào)，經(jīng)2腳輸出213分頻后的4?Hz時(shí)鐘信號(hào)。

2)復(fù)位電路

為了使電路可靠工作，在給電路加電時(shí)需要進(jìn)行Reset動(dòng)作，以保證清除原有狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)初始設(shè)置。本設(shè)計(jì)使用一個(gè)電容和電阻實(shí)現(xiàn)了簡單有效的上電復(fù)位功能。如圖7-6-3所示，+5?V電源通過串聯(lián)的電容C3和電阻R3接地，在電阻與電容中間的分壓點(diǎn)輸出Reset信號(hào)，連接各芯片的RST管腳。

其復(fù)位原理為：電路未通電前，Reset信號(hào)電位為0?V。當(dāng)?+5?V通電后，電容C3兩端壓降不能突變，此時(shí)Reset為5?V高電平。各芯片開始復(fù)位。隨著時(shí)間的推移C1開始充電，由0V充滿至5?V，充電電流截止，電阻兩端壓降降為0?V，Reset信號(hào)變?yōu)長OW，芯片結(jié)束復(fù)位。由于74LS194(移位寄存器)芯片的清零端為低電平有效，它的復(fù)位還需要將Reset信號(hào)反向。使用時(shí)將復(fù)位電路得到的高電平脈沖通過一個(gè)與非門74LS00變成低電平脈沖，來實(shí)現(xiàn)成功復(fù)位。

為了真實(shí)再現(xiàn)煙花點(diǎn)燃至綻放的過程，本實(shí)例設(shè)計(jì)了點(diǎn)火、導(dǎo)火線燃燒、煙花噴射與綻放三個(gè)步驟，由以下三部分電路分別實(shí)現(xiàn)。

3)煙花點(diǎn)火電路

煙花給人們帶來的不僅是觀看時(shí)的美感，更是有親身去點(diǎn)火的刺激。為了增強(qiáng)電子煙花的真實(shí)感，特別設(shè)計(jì)了一個(gè)“點(diǎn)火”裝置。本實(shí)例使用光敏傳感器電路作為電子開關(guān)模擬“點(diǎn)火”裝置。使用者點(diǎn)燃火柴或者打火機(jī)靠近電子開關(guān)，既可觸發(fā)電路。

采用光敏電阻作為傳感器，將使用者給出的光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。光敏電阻的特性為阻值與光照強(qiáng)度呈反比，照到光敏電阻的光越強(qiáng)，光敏電阻的阻值越小，光越弱，光敏電阻的阻值越大。將?+5?V電壓經(jīng)光敏電阻LDR和R2分壓，分壓所得信號(hào)輸入至移位寄存器74LS194的S1腳。合理選擇R2的阻值，來實(shí)現(xiàn)光敏電阻對(duì)移位寄存器的控制。本設(shè)計(jì)中使用的是10kΩ電位器進(jìn)行實(shí)際調(diào)試。光敏電阻的控制原理：無較強(qiáng)光源照射時(shí)，光敏電阻阻值很大(>10倍R2)，R2分得的壓降較小(<5?V)，S1引腳為LOW，74LS194芯片處于初始狀態(tài)。當(dāng)將光源靠近光敏電阻時(shí)，光敏電阻阻值變小(<R2/10)，R2分得的壓降較大(>4.5?V)，S1引腳為HIGH，觸發(fā)74LS194開始工作。

4)導(dǎo)火線燃燒控制

點(diǎn)火后，導(dǎo)火線開始均勻燃燒至炮筒引燃，此狀態(tài)的模擬采用74LS194和CD40106實(shí)現(xiàn)。

設(shè)置VD1～VD5?5組發(fā)光二極管。VD1、VD2構(gòu)成炮筒，由CD40106控制。VD3～VD5構(gòu)成導(dǎo)火線，由74LS194控制。

炮筒燈由CD40106芯片驅(qū)動(dòng)閃亮。CD40106包括6組施密特觸發(fā)器。CD40106輸入信號(hào)為CD4060提供的8?Hz時(shí)鐘，輸出8Hz驅(qū)動(dòng)信號(hào)，使發(fā)光二極管閃爍。系統(tǒng)通電復(fù)位后，炮筒燈開始閃爍。點(diǎn)火前，74LS194初始狀態(tài)S0為HIGH，S1為LOW，A、B、C、D的輸入為1、0、0、0。點(diǎn)火信號(hào)發(fā)出后，S1為HIGH，此時(shí)S1、S0為“11”芯片執(zhí)行并行置數(shù)，OA、OB、OC、OD置為“1000”，VD3燈亮。光源移開后，S1為LOW，進(jìn)入右向移位模式，VD4、VD5依次閃亮。當(dāng)VD5為HIGH后，此信號(hào)輸入74LS00，反向后輸出至S0，將S0置LOW，此時(shí)S1、S0為“00”芯片進(jìn)入保持模式，即VD5保持點(diǎn)亮。

5)煙花綻放電路

用發(fā)光二極管搭配出煙花上升和綻放路徑，使用CD4017芯片完成這些二極管的控制和驅(qū)動(dòng)：CD4017是十進(jìn)制計(jì)數(shù)/分頻分配器，輸出端Y0～Y9控制10組發(fā)光二極管。由于CD4017較74LS194具有更多的輸出狀態(tài)?？梢愿?xì)致地模擬煙花綻放的形態(tài)，當(dāng)VD5點(diǎn)亮后，芯片的由HIGH變?yōu)長OW。芯片開始計(jì)數(shù)。Y0～Y9依次輸出高電平脈沖。

合理布置發(fā)光二極管的數(shù)量和位置。安排好驅(qū)動(dòng)順序，即可實(shí)現(xiàn)多朵煙花的循環(huán)綻放。例如，使用同一個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)控制代表第二朵煙花上升狀態(tài)的彩燈和代表第一朵煙花綻放狀態(tài)的彩燈，即能達(dá)到第二朵煙花較第一朵稍后綻放的效果

6)電源電路

為實(shí)現(xiàn)戶外燃放，電源必須設(shè)計(jì)成便攜式即電池供電。電路中用了一塊9?V電池，經(jīng)7805穩(wěn)壓成為?+5V給整個(gè)電路供電。

此電子煙花的總電路圖如圖7-6-3所示。圖7-6-3電子煙花的總電路圖7.6.2電子煙花元器件的選擇

該制作共用12種電子元器件。LED1～LED15用Ф3mm或Ф5mm發(fā)光二極管，根據(jù)實(shí)際需要也可采用5個(gè)綠色、5個(gè)紅色、5個(gè)黃色。C3、C4、C5用普通電解電容器，如CDll-16V。R1～R18用1/8?W金屬膜電阻。電池用1節(jié)9V電池。S用小型撥動(dòng)式或按鈕式開關(guān)，觸點(diǎn)額定電流大于0.2A。

電子煙花所選用的元器件如表7-6-1所示。表7-6-1電子煙花元器件表7-6-1電子煙花元器件7.6.3電子煙花印制電路板的制作

用熱轉(zhuǎn)印法制作印制電路板，制作過程如下

(1)制圖。用NIUItiboard軟件按圖7-6-3畫出原理圖，從原理圖生成印制電路板圖，如圖7-6-4所示，使用單面覆銅板，參考尺寸為160mm×100mm。

(2)打印。用激光打印機(jī)將印制電路板圖打印在熱轉(zhuǎn)印紙上。

(3)加熱轉(zhuǎn)印。用細(xì)砂紙擦干凈覆銅板，磨平四周。將打印好的熱轉(zhuǎn)印紙覆蓋在覆銅板上，送入快速制版機(jī)(調(diào)到150～180℃)來回壓幾次，使融化的墨粉完全吸附在覆銅板上。

(4)腐蝕。覆銅板冷卻后揭去熱轉(zhuǎn)印紙，放到FeCl3溶液中腐蝕后即可形成做工精細(xì)的印制電路板。

(5)鉆孔與后續(xù)處理。腐蝕完后，對(duì)電路板進(jìn)行鉆孔和磨邊處理，再用濕的細(xì)砂紙去掉表面的墨粉。圖7-6-5為已經(jīng)制作好的電子煙花印制電路板實(shí)物圖。圖7-6-4電子煙花印制電路板圖7-6-5用熱轉(zhuǎn)印法制作的電子煙花印制電路板實(shí)物圖7.6.4電子煙花的裝配

1．元器件測(cè)試

2．印制板的焊接

元器件焊接應(yīng)遵循先小后大、先低后高、先里后外、先易后難、最后安裝集成電路的原則。電子煙花的安裝與焊接步驟如表7-6-3所示。7.6.5電子煙花的檢測(cè)與調(diào)試

1．檢測(cè)

1)目視檢測(cè)

根據(jù)原理電路圖，檢查各個(gè)電阻、電容值是否與圖紙相符，電解電容、發(fā)光二極管極性及位置是否正確，各集成電路管腳排列順序是否正確，焊接時(shí)有無焊錫造成的短路現(xiàn)象。

2)通電檢查

本制作電路較為簡單，安裝好后成功率很高。若不能正常工作，則應(yīng)分塊逐個(gè)檢查單元電路。

2．調(diào)試

調(diào)試電子煙花時(shí)，應(yīng)事先準(zhǔn)備一只打火機(jī)或手電。調(diào)試時(shí)先將電源接好，再將光源靠近光敏電阻，觀察發(fā)光二極管變化，如果不符合設(shè)計(jì)要求，可根據(jù)原理逐級(jí)檢查。7.6.6電子煙花的制作總結(jié)

通過本設(shè)計(jì)，更深刻地了解了數(shù)字電路對(duì)日常生活的影響，經(jīng)過設(shè)計(jì)、組裝、調(diào)試等步驟，鍛煉了設(shè)計(jì)者的思維方式與動(dòng)手能力。為復(fù)雜設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)。完成設(shè)計(jì)與制作電子煙花大致需要以下幾步：

(1)根據(jù)煙火的真實(shí)樣子設(shè)計(jì)燈的擺放形式；

(2)根據(jù)所要達(dá)到的效果選擇所需的芯片；

(3)放置發(fā)光二極管和芯片的位置；

(4)連線、焊接；

(5)通電調(diào)試。 7.7數(shù)字溫度計(jì)的制作

傳統(tǒng)的溫度檢測(cè)以熱敏電阻為溫度敏感元件。熱敏電阻的成本低，但需后續(xù)信號(hào)處理電路，而且可靠性相對(duì)較差，測(cè)溫準(zhǔn)確度低，檢測(cè)系統(tǒng)也有一定的誤差。本節(jié)介紹一種用單片機(jī)AT89S51作為主控制器件，以美國Dallas公司推出的單總線數(shù)字溫度傳感DS18B20作為溫度檢測(cè)元件，通過LED數(shù)碼管實(shí)現(xiàn)溫度顯示的數(shù)字溫度計(jì)。該數(shù)字溫度計(jì)具有讀數(shù)方便，測(cè)溫范圍廣，測(cè)溫精確，數(shù)字顯示，適用范圍寬等特點(diǎn)。圖7-7-1為數(shù)字溫度計(jì)的實(shí)物圖。圖7-7-1數(shù)字溫度計(jì)的實(shí)物圖7.7.1硬件電路的設(shè)計(jì)

圖7-7-2為數(shù)字溫度計(jì)的硬件組成原理圖，由單總線數(shù)字溫度傳感器DS18B20把溫度信號(hào)直接轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)輸入單片機(jī)，經(jīng)單片機(jī)處理后，將實(shí)時(shí)溫度顯示在3個(gè)7段LED數(shù)碼管顯示器上。圖7-7-2數(shù)字溫度計(jì)的硬件組成原理圖

1．電源模塊

如圖7-7-3所示，電源模塊的輸入為9?V、1?A的直流電源，經(jīng)過7805穩(wěn)壓之后輸出5?V電壓給整個(gè)系統(tǒng)提供電源。圖7-7-3電源模塊

2．復(fù)位電路與振蕩電路

復(fù)位電路：在單片機(jī)的RST引腳引入高電平并保持2個(gè)機(jī)器周期時(shí)，單片機(jī)內(nèi)部就執(zhí)行復(fù)位操作。如圖7-7-4所示，本設(shè)計(jì)采用上電與按鍵均有效的復(fù)位方式。

振蕩電路：本設(shè)計(jì)采用內(nèi)部時(shí)鐘方式，如圖7-7-5所示，只要在單片機(jī)的XTAL1和XTAL2腳外接石英晶體，就構(gòu)成了所需的振蕩器并在單片機(jī)內(nèi)部產(chǎn)生時(shí)鐘脈沖信號(hào)。圖7-7-4復(fù)位電路圖7-7-5振蕩電路

3．溫度檢測(cè)電路

DS18B20溫度傳感器是單總線數(shù)字溫度計(jì)，其內(nèi)部自帶A/D轉(zhuǎn)換器，通過內(nèi)部的溫度采集、A/D轉(zhuǎn)換等一系列過程，測(cè)量當(dāng)前的溫度并將轉(zhuǎn)換后的結(jié)果送入單片機(jī)，且DS18B20只需占用單片機(jī)的一個(gè)I/O端口位。

DS18B20的電源供電方式有2種：外部供電方式和寄生電源方式。

外部供電方式是DS18B20最佳的工作方式，工作穩(wěn)定可靠，抗干擾能力強(qiáng)，而且電路也比較簡單，可以開發(fā)出穩(wěn)定可靠的多點(diǎn)溫度監(jiān)控系統(tǒng)。如圖7-7-6所示，本設(shè)計(jì)采用外部供電方式。圖7-7-6溫度檢測(cè)電路

4．顯示電路

本設(shè)計(jì)的顯示電路如圖7-7-7所示，采用三個(gè)LED數(shù)碼管來顯示測(cè)量得到的溫度值。數(shù)碼管顯示電路采用靜態(tài)顯示方法，三個(gè)數(shù)碼管的輸出端分別和單片機(jī)的P0、P1、P2端口相連。圖7-7-7顯示電路7.7.2軟件設(shè)計(jì)

1．溫度計(jì)算原理

DS18B20內(nèi)部有8個(gè)字節(jié)的暫存存儲(chǔ)器，其中頭兩個(gè)字節(jié)表示測(cè)得的溫度讀數(shù)，數(shù)據(jù)格式如表7-7-1所示。當(dāng)測(cè)得溫度為正時(shí)，S=0，當(dāng)測(cè)得溫度為負(fù)時(shí)，S=1；其余低位以二進(jìn)制補(bǔ)碼形式表示。DS18B20配置為12位分辨率時(shí)，溫度寄存器中的所有位都是有效數(shù)據(jù)，能分辨的最小溫度值為0.0625℃；當(dāng)DS18B20配置為11位分辨率時(shí)，溫度寄存器中的位0無效，能分辨的最小溫度值為0.125℃；當(dāng)DS18B20配置為10位分辨率時(shí)，溫度寄存器中的位0和位1無效，能分辨的最小溫度值為0.25℃；當(dāng)DS18B20配置為9位分辨率時(shí)，溫度寄存器中的位0、位1和位2無效，能分辨的最小溫度值為0.5℃。表7-7-2給出了DS18B20在12位分辨率時(shí)溫度/數(shù)據(jù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系，根據(jù)DS18B20輸出的二進(jìn)制碼及其配置的分辨率，經(jīng)過簡單的計(jì)算就能得到測(cè)量的溫度值。

2．程序設(shè)計(jì)

圖7-7-8為主程序流程圖。在程序的主循環(huán)中，首先執(zhí)行測(cè)溫子程序測(cè)量溫度，并將測(cè)得的溫度值在數(shù)碼管上顯示出來。其中的測(cè)溫子程序主要對(duì)DS18B20進(jìn)行操作，包括溫度轉(zhuǎn)換和讀取溫度值等。源程序見本節(jié)附錄。圖7-7-8主程序流程圖7.7.3數(shù)字溫度計(jì)元器件的選擇

該制作共用14種電子元器件，它們的實(shí)物外形如表7-7-3所示。溫度傳感器選用美國Dallas公司生產(chǎn)的單總線數(shù)字溫度傳感器DS18B20，DS18B20有3個(gè)引腳，GND接地；DQ為數(shù)字信號(hào)輸入、輸出端；VDD為外接電源輸入端；單片機(jī)選用美國ATMEL公司生產(chǎn)的89S51；U1采用LM7805三端固定穩(wěn)壓集成電路；LED用Φ5?mm圓形綠色發(fā)光二極管；R1選用2?kΩ，R2選用10?kΩ，均為RJ-1/4W型金屬膜電阻器；C1、C2選用0.1μF，C4、C5選用30?pF，均為瓷介電容器；C3選用10μF，為CD11-25V型電解電容器；單片機(jī)P0端口的上拉電阻選用10kΩ的排阻，9個(gè)引腳；溫度顯示選用3個(gè)7段LED數(shù)碼管DS1～DS3。7.7.4數(shù)字溫度計(jì)的安裝與焊接

1．印制電路板的制作

用ProtelDXP2004SP2軟件畫出原理圖，從原理圖生成印制電路板圖，印制電路板的實(shí)物圖如圖7-7-9所示，使用單面覆銅板，參考尺寸為80mm×90mm。圖7-7-9印制電路板的實(shí)物圖2．元器件測(cè)試

3．印制板的焊接7.7.5數(shù)字溫度計(jì)的檢測(cè)與調(diào)試

將寫入程序的單片機(jī)插入集成芯片插座內(nèi)，檢查溫度傳感器DS18B20連接正常后，接通電源，此時(shí)，在三位7段LED數(shù)碼管上將會(huì)準(zhǔn)確地顯示環(huán)境溫度，無需作任何調(diào)整。

為了觀察溫度傳感器DS18B20對(duì)穩(wěn)定變化的靈敏度，可以用手握住DS18B20管，會(huì)看到數(shù)碼管上顯示的溫度很快上升至人體溫度值，再將手離開DS18B20管，溫度又會(huì)很快降至環(huán)境溫度值，溫度傳感器DS18B20的測(cè)量范圍為?-55℃～+125℃，在?-10℃～+85℃時(shí)精度為±0.5℃。下面給出數(shù)字溫度計(jì)的匯編語言程序以供參考。

/**************************************************

程序名稱：數(shù)字溫度計(jì)

簡要說明：DS18B20的數(shù)據(jù)腳定義為P3.7，顯示精度為0.1℃，顯示采用3位共陽LED靜態(tài)顯示測(cè)溫值。

***********************************************/

TEMPER_LEQU59H

TEMPER_HEQU58H

FLAG1EQU68H;是否檢測(cè)到DS18B20標(biāo)志位

A_BITEQU50H;數(shù)碼管個(gè)位數(shù)存放內(nèi)存位置

B_BITEQU51H;數(shù)碼管十位數(shù)存放內(nèi)存位置

XSEQU30H

;;;;;;;;;;;;程序入口地址;;;;;;;;;;;;;;

ORG 0000H

LJMP MAIN

ORG 0003H

RETI

ORG 000BH ；定時(shí)器T0溢出中斷入口

RETI

ORG 001BH

RETI

ORG 0030H

MAIN:

LCALLGET_TEMPER ；調(diào)用讀溫度子程序

MOVA,29H

MOVB,A

CLRC

RLCA

CLRC

RLCA

CLRC

RLCA

CLRC

RLCA

SWAPA

MOV31H,A

MOVA,B

MOVC,40H ；將28H中的最低位移入C

RRCA

MOVC,41H

RRCA

MOVC,42H

RRCA

MOVC,43H

RRCA

MOV29H,A

LCALLDISPLAY；調(diào)用數(shù)碼管顯示子程序

AJMPMAIN；這是DS18B20復(fù)位初始化子程序

INIT_1820:SETBP3.7

NOP

CLRP3.7 ；主機(jī)發(fā)出延時(shí)537微秒的復(fù)位低脈沖

MOVR1,#3

TSR1:MOVR0,#107

DJNZR0,$

DJNZR1,TSR1

SETBP3.7 ；拉高數(shù)據(jù)線

NOP

NOP

NOP

MOVR0,#25H

TSR2:JNBP3.7,TSR3 ；等待DS18B20回應(yīng)

DJNZR0,TSR2

LJMPTSR4 ；延時(shí)

TSR3:SETBFLAG1 ；置標(biāo)志位，表示DS1820存在

LJMPTSR5

TSR4:CLRFLAG1 ；清標(biāo)志位，表示DS1820不存在

LJMPTSR7

TSR5:MOVR0,#117

TSR6:DJNZR0,TSR6 ；時(shí)序要求延時(shí)一段時(shí)間

TSR7:SETBP3.7

RET ；讀出轉(zhuǎn)換后的溫度值

GET_TEMPER:SETBP3.7

LCALLINIT_1820；先復(fù)位DS18B20

JBFLAG1,TSS2

RET；判斷DS1820是否存在?若DS18B20不存在，則返回

TSS2:MOVA,#0CCH ；跳過ROM匹配

LCALLWRITE_1820

MOVA,#44H ；發(fā)出溫度轉(zhuǎn)換命令

LCALLWRITE_1820 ；這里通過調(diào)用顯示子程序?qū)崿F(xiàn)延時(shí)一段時(shí)間，等待AD轉(zhuǎn)換

；結(jié)束，12位為750微秒

LCALLDISPLAY

LCALLINIT_1820 ；準(zhǔn)備讀溫度前先復(fù)位

MOVA,#0CCH ；跳過ROM匹配

LCALLWRITE_1820

MOVA,#0BEH ；發(fā)出讀溫度命令

LCALLWRITE_1820

LCALLREAD_18200 ；將讀出的溫度數(shù)據(jù)保存到35H/36H

RET ；寫DS18B20的子程序(有具體的時(shí)序要求)

WRITE_1820:MOVR2,#8 ；一共8位數(shù)據(jù)

CLRC

WR1:CLRP3.7

MOVR3,#6

DJNZR3,$

RRCA

MOVP3.7,C

MOVR3,#23

DJNZR3,$

SETBP3.7

NOP

DJNZR2,WR1

RET ；讀DS18B20的程序，從DS18B20中讀出兩個(gè)字節(jié)的溫度數(shù)據(jù)

READ_18200:MOVR4,#2 ；將溫度高位和低位從DS18B20中讀出

MOVR1,#29H ；低位存入29H(TEMPER_L)，高位存入28H(TEMPER_H)

RE00:MOVR2,#8 ；數(shù)據(jù)一共有8位

RE01:CLRC

SETBP3.7

NOP

NOP

CLRP3.7

NOP

NOP

NOP

SETBP3.7

MOVR3,#9

RE10:DJNZR3,RE10

MOVC,P3.7

MOVR3,#23

RE20:DJNZR3,RE20

RRCA

DJNZR2,RE01

MOV@R1,A

DECR1

DJNZR4,RE00

RET

DISPLAY:

MOVA,29H ；將29H中的十六進(jìn)制數(shù)轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制

MOVB,#10 ；10進(jìn)制/10=10進(jìn)制

DIVAB

MOVB_BIT,A ；十位在A

MOVA_BIT,B ；個(gè)位在B

MOVR0,#4

CLRC ；多加的

MOVDPTR,#NUMTAB1

MOVA,A_BIT ；取個(gè)位數(shù)

MOVCA,@A+DPTR；查個(gè)位數(shù)的7段代碼

MOVP1,A ；送出個(gè)位的7段代碼

MOVDPTR,#NUMTAB

MOVA,B_BIT ；取十位數(shù)

MOVCA,@A+DPTR ；查十位數(shù)的7段代碼

MOVP0,A ；送出十位的7段代碼

JCXSW ；多加的

MOVA,31H

MOVB,#160

DIVAB

MOVXS,B

XSW:

MOVDPTR,#NUMTAB

MOVA,XS

MOVCA,@A+DPTR

MOVP2,A

RET

D1MS:MOVR7,#80

DJNZR7,$

RET

D10MS: MOVR6,#20

LOOP9: MOVR7,#250

DJNZR7,$

DJNZR6,LOOP9

RET

D5MS:MOVR6,#10

LOOP8:MOVR7,#250

DJNZR7,$

DJNZR6,LOOP8

RET

NUMTAB:DB0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H,82H,0F8H,80H,90H,90H,90H,90H,90H,90H,90H

NUMTAB1:DB40H,79H,24H,30H,19H,12H,02H,78H,00H,10H

END

7.8趣味搖字光棒的制作

人的眼睛存在視覺暫留現(xiàn)象，正因?yàn)檠劬Φ姆磻?yīng)遲鈍，才豐富了人的視覺感受。搖字光棒很好地利用了人眼的視覺暫留特性，可以顯示英文及中文字符串，它的制作比較簡單，趣味性強(qiáng)，適合于單片機(jī)的初學(xué)者，為將來在單片機(jī)的學(xué)習(xí)中打下基礎(chǔ)。圖7-8-1為搖字光棒的效果圖。(a)(b)圖7-8-1搖字光棒效果圖(a)“LOVE”字樣；(b)“歡迎使用”字樣7.8.1趣味搖字光棒電路的識(shí)圖圖7-8-2搖字光棒電路的原理圖系統(tǒng)電源VCC為5?V，下載程序和調(diào)試時(shí)一定要保證5V電壓，實(shí)際使用時(shí)用3節(jié)干電池串聯(lián)成4.5?V即可。AT89S52單片機(jī)作為控制器，在它的P0、P2口接有16只以共陽方式連接的高亮度LED，由單片機(jī)輸出低電平點(diǎn)亮。P0口的上拉電阻RA1不能少。串在LED公共端的二極管VD1會(huì)產(chǎn)生一定的壓降，用來保護(hù)LED，經(jīng)實(shí)測(cè)LED點(diǎn)亮?xí)r兩端電壓為3?V左右，在LED的安全承受范圍內(nèi)。K1是畫面切換開關(guān)，用于切換顯示不同內(nèi)容；S1為水銀開關(guān)。水銀開關(guān)的作用：搖字棒在搖動(dòng)時(shí)，只有朝某一方向搖動(dòng)時(shí)，畫面顯示正常，否則會(huì)出現(xiàn)鏡像字或鏡像畫面，通過接一只水銀開關(guān)來控制，使搖搖棒從左向右搖動(dòng)時(shí)將內(nèi)容顯示出來。水銀開關(guān)里的水銀珠很活躍，導(dǎo)致在接通時(shí)容易產(chǎn)生抖動(dòng)，應(yīng)將水銀開關(guān)斜向上放置(尖尖朝斜上方45°角)，靠水銀珠自身重力的作用減少抖動(dòng)。7.8.2趣味搖字光棒電路元器件的選擇

趣味搖字光棒共選用12種器件，用來顯示文字的LED可選用直徑為3mm或5mm的高亮LED，直徑為5?mm的LED遠(yuǎn)處看效果較好，近處有些模糊，這里選用直徑為3?mm的LED。具體選用器件型號(hào)見表7-8-1所示。7.8.3趣味搖字光棒電路的制作

由于本制作使用元器件較少，因此直接采用萬能板來制作。具體制作步驟如表7-8-2所示。7.8.4趣味搖字光棒電路的檢測(cè)與調(diào)試

1．檢測(cè)

(1)目視檢測(cè)。檢查元器件與電路原理圖中的元器件取值是否相符，各導(dǎo)線是否連接正確。

(2)通電檢測(cè)。接通電源后，檢查其效果。

2．調(diào)試

調(diào)試搖字光棒時(shí)，如果效果不是很好，可適當(dāng)增加延時(shí)時(shí)間。如果還想顯示其他字符，可在程序中再繼續(xù)添加。

下面給出搖字光棒的C語言程序以供參考。

/*************************************************

程序名稱：LED搖字光棒顯示64*16像素

簡要說明：外部中斷方式INT0顯示；取模方式：縱向取模、字節(jié)倒序

********************************************/

#include<AT89X52.h>

#defineucharunsignedchar

#defineuintunsignedint //宏定義

#defineKEYP3_0 //定義畫面切換按鍵

ucharKY; //KY作用在后面說明

uchardisp; //顯示漢字指針

ucharpic=0,num=0; //pic為按鍵次數(shù)；num為中斷次數(shù)

ucharcodelove[]={

0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0xFE,0x3F,0x00,0x20,0x00,0x20,0x00,0x20,0x00,0x20,0x00,0x20,0x00,0x20,0x00,0x20,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0xF8,0x0F,0x04,0x10,0x02,0x20,0x02,0x20,0x02,0x20,0x02,0x20,0x04,0x10,0xF8,0x0F,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0xFE,0x07,0x00,0x08,0x00,0x10,0x00,0x20,0x00,0x20,0x00,0x10,

0x00,0x08,0xFE,0x07,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0xFE,0x3F,0x82,0x20,0x82,0x20,0x82,0x20,0x82,0x20,0x82,0x20,0x82,0x20,0x82,0x20,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,/*LOVE*/

};

unsignedcharcodehanzi[]={

//--歡--

0x04,0x10,0x34,0x08,0xC4,0x06,0x04,0x01,

0xC4,0x82,0x3C,0x8C,0x20,0x40,0x10,0x30,

0x0F,0x0C,0xE8,0x03,0x08,0x0C,0x08,0x10,

0x28,0x60,0x18,0xC0,0x00,0x40,0x00,0x00,

//--迎--

0x40,0x00,0x42,0x40,0x44,0x20,0xC8,0x1F,

0x00,0x20,0xFC,0x47,0x04,0x42,0x02,0x41,

0x82,0x40,0xFC,0x7F,0x04,0x40,0x04,0x42,

0x04,0x44,0xFE,0x63,0x04,0x20,0x00,0x00,

//--使--

0x40,0x00,0x20,0x00,0xF8,0xFF,0x07,0x00,

0x04,0x80,0xF4,0x43,0x14,0x45,0x14,0x29,

0x14,0x19,0xFF,0x17,0x14,0x21,0x14,0x21,

0x14,0x41,0xF6,0xC3,0x04,0x40,0x00,0x00,

//--用--

0x00,0x80,0x00,0x60,0xFE,0x1F,0x22,0x02,

0x22,0x02,0x22,0x02,0x22,0x02,0xFE,0x7F,

0x22,0x02,0x22,0x02,0x22,0x42,0x22,0x82,

0xFF,0x7F,0x02,0x00,0x00,0x00,0x00,0x00,

//--神--

0x08,0x01,0x88,0x00,0x49,0x00,0xEE,0xFF,

0x58,0x00,0x88,0x00,0x00,0x00,0xF8,0x1F,

0x88,0x08,0x88,0x08,0xFF,0xFF,0x88,0x08,

0x88,0x08,0xFC,0x1F,0x08,0x00,0x00,0x00,

//--奇--

0x40,0x00,0x40,0x00,0x44,