任务4计数译码显示应用电路的装接与调试.docx

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1、任务4计数译码显示应用电路的装接与调试知识目标：1. 了解计数译码显示应用电路的组成和工作原理。2. 熟悉计数译码显示应用电路的调试与检测方法。能力目标：1. 通过装接与调试计数译码显示应用电路，提高学生装接调试数字电路和观察、分 析实验现象的能力。2. 通过训练使学生具备运用所学知识解决实际问题的能力，并培养良好的职业道德 和职业习惯。了任务引入生产或生活中的计数译码显示电路应用非常广泛，其电路实现方法也有多种，最常见的 方法是采用通用的数字集成逻辑电路来实现。本任务介绍一种采用三块CMOS数字集成电 路构成的一位可编程控制定时报警电路，它具有定时、计数、译码显示和报警等功能，是数 字电子技

2、术的综合应用电路，只要适当扩展就具有实用价值了。电路简单直观、易于操作， 便于装接制作。相关知识一、电路组成可编程控制定时报警电路由计数器（4029）、BCD七段译码器（4543）、数码显示器、 时基脉冲发生器（4011）、报警电路（4011）和预置编码等六个单元电路构成。电路如图6-4-1 所示。该电路中使用的四位可预置二进制/十进制可逆计数器4029, BCD锁存七段译码驱动器 4543，与非门4011的引脚功能请参阅相关手册或通过互联网查询。二、电路工作原理1. 定时与计时译码显示电路由U3C、U3D、可变电阻RP1、R12、C2构成的可控多谐振荡器，产生一个频率为1/3HZ （频率大小

3、根据需要可调整RP1的阻值）的脉冲信号，加到U1的时钟脉冲端，达到定时触 发的目的。U1构成BCD码加/减计数器，开关SA合上为加计数，断开为减计数。当加计 数到9或减计数到0时，CO输出为低电平，使可控振荡器停振。可见，多谐振荡器又受控 于U1的7脚进位/借位输出端，当溢出使得CO输出为0时，使振荡器停振，U1停止计数。 另外，计数输出的BCD码送给七段译码器U2得出相应的七段码，再加到共阳极数码管进 彳亍显示。2. 报警电路U3A、U3B和R2、C1构成1KHZ左右的可控多谐振荡器，产生音频振荡信号，通过限 流电阻R1至晶体管VT1放大并驱动蜂鸣器发出报警声。另外，此振荡器也受控于U1的7

4、 脚进位/借位输出，当计数溢出使CO输出为低电平时，经电阻R4、反相器VT2倒相输出为 高电平，使振荡器起振，工作并发出报警声。报警后可由S1预置新的初值并按S2使电路 再次开始定时工作。3. 编码预置电路SA设定计数器4029的加减计数方式，SA打开时，计数器为减1计数，否则，计数器 为加1计数。S1是四位BCD码编码开关，S2是预置、计数控制开关，决定是否预置。由 S1开关根据需要控制输入预置的计数初值到U1的D3D0端，当按钮开关S2按下时，则 计数初值被预置并由U1的Q3Q0输出给七段译码器U2,经译码后驱动数码管显示相应的 数字。三、可编程控制定时报警器的主要技术参数调试1. 主要技

5、术参数调试流程图（图6-4-2）装配质量检验静态检测调试接线预置编码、定时、 计时功能调测报警功能调测测相关点波形检查电源I I接线并测量图6-4-2技术参数调试流程图2.主要技术参数调试接线图（图6-4-3）图6-4-3技术参数调试接线图了操作技能一、电路装接与检验1 .电路装接根据图6-4-1的可编程控制定时报警器电路原理图和图6-4-4的印制板图进行装配、焊 接，要求成形、插装符合无线电装接工艺且应装接正确无误。也可采用面包板或万用实验板 进行操作实验。所使用的元件型号见元件器材表6-4-1。2. 电路与工艺检验对照图纸和元件器材表认真检查元件规格、型号有无装配错误，对印制板要求按图作

6、线路检查，重点检查有无短路、搭焊、漏焊与虚焊现象。要求不漏装、错装，不损坏元器件， 无虚焊，漏焊和搭锡，IC集成电路与其插座均不应装反，元器件排列整齐并符合工艺要求。 用万用表RX1挡逐一检测同一铜箔（网络）上焊点的通断情况。二、静态工作电压的测试1. 未插IC通电检查将直流稳压电源输出调至5V，线路板先不插集成电路，按原理图与PCB图进行接线， 用数字万用表分别测量集成电路4011的14脚、4029的16脚、4543的1脚、6脚和16脚 电压，它们的对地电压都应是+5V； 4029的5脚和9脚、4543的7脚电压都应是0V。无误 后方可断电插上集成电路。现象：。图6-4-4可编程控制定时报警

7、电路印制板图表6-4-1元件器材表序 号名称型号规格配件 图号作用万用表 挡位实测 值1金属膜电阻器RJ-0.25-4.7kQR 1基极隔离、限流电阻2金属膜电阻器RJ-0.25-240KQR 2报警振荡器定时电阻3金属膜电阻器RJ-0.25-3kQR 3集电极电阻4金属膜电阻器RJ-0.25-4.7KQR 4基极偏置电阻5金属膜电阻器RJ-0.25-100QR 5数码管限流电阻6金属膜电阻器RJ-0.25-10KQR编码电阻7金属膜电阻器RJ-0.25-5.1KQR 7编码电阻8金属膜电阻器RJ-0.25-5.1KQR 8编码电阻9金属膜电阻器RJ-0.25-5.1KQR 9编码电阻10金属

8、膜电阻器RJ-0.25-5.1KQR编码电阻11金属膜电阻器RJ-0.25-10KQR编码电阻12金属膜电阻器RJ-0.25-1MQR 12时钟振荡器定时电阻13微调电阻WS-500kQRP 1时钟振荡器定时电阻14涤纶电容2000PFC 1报警振荡器定时电容15电解电容CD-16V-22p FC 2时钟振荡器定时电容16晶体管9013VT驱动17晶体管9013VT 2反相器18数码管LED （共阳极）LED数字显示19双列直插开关KSZ-4 挡S1编程控制开关20轻触开关无锁型双掷S2复位开关21轻触开关自锁型双掷SA加减计数控制22集成电路4543U2七段译码器23集成电路4029U1可预

9、置、可逆计数器24集成电路4011U3与非门25双列IC插座DIP1414脚IC插座26双列IC插座DIP16 （2 只）16脚IC插座27峰鸣器16Q/0.5WB报警鸣音28印制板PCB2. 已插IC通电检查插上集成电路4011、4029、4543，然后再通电。用数字万用表分别测量集成电路4011 的14脚、4029的16脚、4543的1脚、6脚和16脚电压，它们的对地电压都应是+5V； 4029 的5脚和9脚、4543的7脚电压都应是0V。然后置RP1滑动端于中间位置。现象：。三、初值预置、计时、定时功能的测试1. 测试初值预置和计时功能(1) 置开关SA断开位置，S1预置为1001，然后

10、，按下S2,观察并记录数码管的翻 转显示状态和报警器响时数码管数字停止在最后一个计数值是什么。现象：。(2) 置开关SA闭合位置，S1预置为0000，然后，按下S2,观察并记录数码管的翻 转显示状态和报警器响时数码管数字停止在最后一个计数值是什么。现象：。(3) 置开关SA闭合(或断开)位置，S1预置为任意BCD码，然后，按下S2,观察 数码管的翻转显示状态，进一步验证初值预置功能和计时功能是否正常。2. 测试定时功能(1) 置开关SA闭合(或断开)位置，S1预置为5 (0101)，然后，按下S2,这时数 码管显示应从5、6-9或从5、40加减翻转显示。(2) 缓慢调节RP1，使数码管显示从5

11、翻转至9或从5翻转至0共用时15S。(3) 用频率计探头接至U3C (4011)的输出端(10脚)，测读频率数，记录到表6-4-2 中。四. 报警电路测试(1) 把示波器和频率计探头接至C点，读出示波器显示器上的报警器振荡波形周期或 频率计上的频率数，并记录在表6-4-2中。(2) 用示波器测A点、B点、C点的波形，记入表6-4-2中，分析各波形的幅度的大 小和它们的相位关系。(3) 把电流表串接在负载回路中，测量负载的电流，根据P=UIR计算报警功率，其中 负载两端电压为5V,记入表 6-4-2中。另外，也可根据声音响度调整R1的大小，从而调整负载的报警功率。五、故障检修由指导教师或同组同学

12、设置某元件开路性损坏，然后通电运行观察其故障现象，试分析 故障原因并排除故障。故障现象：。故障原因：。表6-4-2可编程控制定时报警器调试记录表报警振荡频率：时基振荡频率（周期）：报警振荡波形图（注明幅度和周期）：A点B点C占八、报警功率PZR：； P=UIR=六、任务评价评价标准与要求见表6-4-3表6-4-3可编程控制定时报警器装接与调试评价表序号考核内容及要求配分评分标准扣分1元器件清点检查:能用万用表对所有 元器件进行检测，将检测结果填入表 内，并将不合格元器件筛选出来进行 更换，缺少的要求补发。10超时更换或要求补发按损坏 元器件扣分，每个扣3分。2安装电路：按装配图进行装接，要求

13、不漏装、错装，不损坏元器件，无虚 焊，漏焊和搭锡，元器件排列整齐并 符合工艺要求，IC要使用插座。30元器件有漏装，错装或虚焊、 漏焊、搭锡，每个扣3分。 元件安装不整齐和不符合工 艺要求的每处扣3分，损坏 元件每个扣10分。3通电试验：检查各兀器件装配无误 后，通电试验，如有故障应进行排除。10不会排除故障不得分。正常不扣分。4会测试电路的静态工作电压10测试方法不正确扣5分，不 会测试扣10分。5测试初值预置、计时、定时功能10测试与操作方法不正确扣5 分，不会测试频率扣5分。有一个功能不正常扣4分。6测试报警电路振荡周期与A、B、C 点波形10测量方法不正确或不会测试 扣5分，测量值有误

14、差每个 扣2分，有一个波形绘测不 正确扣2分。7测试报警电路的报警功率10不会测试报警电路的负载电 流扣5分，不会计算报警电 路的报警功率扣5分。8安全文明操作10带电操作（不包括调试）每 次扣5分，损坏仪器设备将 该项扣完。桌面不整洁扣10 分，仪器、工具摆放凌乱扣 10分。发生重大安全事故， 总分计0分。电烙铁烫坏仪 器、操作台等将该项扣完。考评人得分了知识拓展由上文可知，可编程控制定时报警电路主要由振荡电路和计数器构成，下面介绍的七 彩循环装饰灯电路也包括振荡电路和计数器等电路，如图6-4-5。在图6-4-5所示电路中，接通电源，220V交流电经VD1VD4桥式整流后，一方面供 彩灯回路

15、用电；另一方面经R1降压限流，VD6稳压、VD5隔离和C1滤波，为控制电路提 供约10V的直流电压。U1与外围组件构成一个时钟脉冲信号发生器，其中与非门U1C、 U1D以及RP1、R3和C2组成多谐振荡器，由与非门U1A、U1B构成R-S触发器对振荡产 生的脉冲进行整形，然后由与非门U1B输出送到U2的时钟脉冲CP输入端。U2是一块BCD 双同步加法计数功能的CMOS集成电路CD4518，由与非门U1B送来的正脉冲在其内部进 行二进制触发计数，并使QQ4输出端的状态发生循环组合变化。由逻辑功能可知，当U2 的CP端输入第一个时钟脉冲时，其Q1输出高电平，VS1受触发导通，H1通电发出红光； 当

16、第二个时钟脉冲到来时，U2的Q2端输出高电平，VS2随之导通，H2通电发出绿光；当 第三个时钟脉冲到来时，U2的Q1、Q2端同时输出高电平，VS1、VS2均导通，H1、H2同 时通电点亮，根据混色原理，灯箱对外变成黄色；依此类推，U2的QQ2、Q3端有8种 逻辑状态，可使“三基色”灯顺序产生7种色光(红、绿、红+绿=黄、蓝、红+蓝=紫、绿+ 蓝=青、红+绿+蓝=白)来。当第八时钟脉冲到来时，U2的Q4端输出高电平，其信号直接 送到清零端R，使U2内部电路复位，同时U2的Q Q2、Q3端均输出低电平，H1、H2、 H3全部熄灭片刻；第九个时钟脉冲送到U2时，循环上述过程。S是定色开关，也可不装。电路中，灯光变色速度由多谐振荡器的工作频率确定，其信号周期由公式T 00.69(RP1+R3)XC2来估算。通过调节RP1阻值，可使灯光每隔0.110S自动变换一种颜色。实际运用时，“三基色”灯应为220V、1540W的彩色钨丝灯泡组，要求每组的总功率 不超过100W。另外要考虑灯泡色彩混合问题，可采用把三基色灯泡置放在磨砂灯罩内。思考与练习1. 说明图6-4-1电路的工作过程和电路中各元件的作用，并分析RC振荡器的工作原 理。2. 撰写可编程控制定时报警器电路的装接与调试报告书，书写装接与调试的全过程， 附上有关资料和图纸，写出心得体会。