四数字电路安装与调试.docx
《四数字电路安装与调试.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《四数字电路安装与调试.docx（19页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
四数字电路安装与调试
第四章数字电子电路安装与调试
第一节稳压电源
应知：
稳压电源电路的工作原理、集成电路知识
应会：
稳压电源电路的安装与调试
教学内容：
一、电路原理
稳压电源是为了给所研究的电路提供一个+5V的直流电源，其原理如图4.1.1所示。
从上图可以看出稳压电源主要有变压、整流、滤波和稳压几部分组成。
具体的工作原理略。
二、元件明细表：
T1：
220V/9V1个B1：
1N40014只C1：
1000UF/16V1个
U1：
78051个C2：
2200UF/16V1个
三、电路安装
1、检查电子元件的数量与质量。
其中二极管、电容器的识别与检测请参阅§1.1电子元件的识别。
三端稳压器7805的管脚及用法如图4.1.2所示。
2、制作
制作时使用印刷线路板就能把元件完全集中起来。
印刷线路板是1.6mm厚的酚醛树脂板，板的一侧有铜箔蚀刻而成的元件导线。
元件的布局与印刷线路如
图4.1.3和4.1.4所示。
注：
上述元件布局与印刷线路图仅作参考，在实习教学中应引导学生自行设计，充分发挥学生的创造性，只要线路没有错，输入输出符合要求（如左入右出）均可采用。
三、检查与通电调试
元件安装完之后，再次检查二极管的方向是否正确，检查电解电容的极性，若
没有错误，就可以通电。
打开电源开关，用万用表电压档测量7805的1脚输入端约11V左右，再测量输出端为5V，即为正常。
第二节逻辑测试器
应知：
逻辑测试器电路的工作原理、与非门知识
应会：
逻辑测试器电路的安装与调试、敷铜板制作、印刷电路的绘制
教学内容：
一、电气原理
在数字电路研究中，判别某条线或某测试点是H（高电平）还是L（低电平）非常重要。
为此我们来制作简单的逻辑测试器。
电气原理图如图2.1所示。
当逻辑测试器与被检测点碰接时：
红色LED灯亮
输入端为高电平H（5V）
绿色LED灯亮
输入端为低电平L（0V）
两灯同时亮
输入端为高阻抗
工作原理请学生自解。
二、元件明细表：
电阻：
120K1/4W（1只）36K1/4W（1只）2201/4W（2只）
100K1/4W（1只）
三极管：
9012（1只）9013（1只）
发光二极管：
红色（1只）绿色（1只）
电源：
+5V
三、电路安装
1、检查电子元件的数量与质量
参照§1.1进行元件的检测。
注：
发光二极管（LED）二脚之间加上一定的正向电压时，它就会发光。
一般来说，当其加有电压2V、通以10mA~20mA的电流时，就会发光。
2、制作
组织学生根据原理图和敷铜板尺寸布置元件，画出印刷板图。
参考图如图4.2.2和图4.2.3。
在安装元件时注意先安装电阻、二极管，再安装三极管。
四、检查与通电调试
检查电路无误后，接通电源作以下检测：
1、将输入线接+VCC电源端，则红色LED灯亮。
2、将输入线接地，则绿色LED灯亮。
第三节门电路与H/L电平显示电路
应知：
门电路与H/L电平显示电路的工作原理、印刷电路的绘制
应会：
门电路与H/L电平显示电路的安装与调试、敷铜板制作
教学内容：
一、门电路的概述
1.门电路的功能和符号简介
能够实现一些基本逻辑关系的电路，称为“门电路”。
门电路是数字逻辑电路的单元电路，一个门电路有一个输出端，一个或多个输入端。
门电路的输出可以是高电平“1”，也可以是低电平“0”，这将完全取决于门电路的输入电平的组合及门电路的逻辑功能。
对某个门电路来讲，其逻辑功能是固定不变的。
我们可以用门电路设计和制作简单的或复杂的数字逻辑电路。
早期的门电路用分立元件构成，但目前大量使用的是集成门电路。
基本门电路的主要作用是能够实现三种基本的逻辑功能，它们包括与门、或门、非门（又称反相器），以及由它们构成的四种常用门牌电路与非门、或非门、与或非门、异或门。
各种门电路的逻辑图表示符号如图4.3.1所示。
2.电路的实现
由于门电路种类较多，下面仅介绍三种门电路，即与门、非门和与非门。
（1）与门
最基本，最简单的与门应具有两个输入端和一个输出。
图4.3.2所示的是由分立元件二极管和电阻构成的双输入与门电路。
请同学们利用所学过的电子技术理论推算其真值表。
表3.1双输入与门真值表
输入
输出
A
B
L
（2）非门
非门只有一个输入端和一个输出端，用来取反输入的数字信号，非门又称为反相器。
图4.3.3所示的是由分立元件组成的非门电路，请分析出它的真值表。
输入A
输出L
表3.2非门真值表
（3）与非门
我们可以把与非门当作在一个与门的输出端连接一个非门而构成，如图4.3.4所示。
根据前面的知识可以直接推导出与非门的真值表。
表3.3与非门的真值表
输入
输出
A
B
L
思考：
若我们将与非门的两个输入端短接成一个输入端，如图4.3.5所示，试分析其功能。
二、门电路的应用举例：
（用门电路制作H／L电平显示电路）
使用逻辑检验器检查多根引线的H、L是件麻烦事。
所以要制作可以检查4位的H／L电平显示部件。
基本电路构想如图4.3.6所示，当电路输入引线为H（5V）时，LED灯亮，此时流过LED的电流为：
I＝（5V－2V）／390Ω＝7.7mA，乍一看起来似乎很好，可是一般TTL的IC引脚输出电流仅为0.1~0.4mA或者更小（引脚的吸入电流却很大，可以直接驱动LED发光），象图中电路，LED并不亮，所以行不通。
若采用图4.3.7所示电路固然可以使LED发光，但输入线为L时，LED亮，这又与一般习惯不一致。
所以，综合考虑采用图4.3.8所示电路来解决上述问题。
1、电路如图4.3.9所示。
3、元件明细表：
电阻：
3.3K1/4W（4只）3901/4W（4只）二位小开关（4个）
发光二极管（4只）集成块74LS00（1个）电源:
+5V
图中A、B、C、D四个开关为打码开关，用来编一组数码验证电路是否正常工作。
电路采用敷铜板制作，元件布局和印刷线路板可参考图4.3.10和图4.3.11。
在安装集成块74LS00时采用专用IC插脚DIP14避免在焊接时损坏IC。
第四节计数器
实现计数操作的电路称为计数器，其作用是记忆输入脉冲的个数。
计数器是一种时序逻辑电路，其应用十分广泛，可用来累积输入脉冲个数，对触发器的时钟脉冲实现分频等，在测距、测频、时间测量等数字系统中，从小型数字仪表到大型电子数字计算机几乎无所不在，是任何现代数字系统中不可缺少的组成部分。
一、计数器的分类
计数器的分类通常有三种，第一种按照计数器中各个触发器状态更新情况的不同分成两大类：
同步计数器和异步计数器；第二种按照计数器中计数长度（进位制）的不同而分为：
二进制、十进制及Ｎ进制计数器；第三种按照计数器中数值的增、减情况而分为：
递增（加法）、递减（减法）和可逆三种类型。
二、十进制计数器的电气原理
四、图4.4.1给出的是一个由7490构成的十进制递增计数器，图中的7400组成一个去抖动（纠错）电路，若没有这一部分，当按下按钮时抖动脉冲会干扰正常的计数，这一点在实习中注意进行验证。
7490是一个二－十进制异步计数器，14脚为计数脉冲输入端。
２、３两脚为复位端（清零），当其为Ｈ电平时进行复位。
６、７两脚为置位端（置数字９），也是Ｈ电平有效，即当６、７脚均为高电平时，输出10012（910）。
三、电路安装
本电路采用印刷敷铜板进行安装。
其安装图如下：
四、元件明细表：
电阻：
3.3K1/4W（2只）3901/4W（1只）4001/4W（1只）4701/4W（1只）
电容:
10UF/16V（1只）二极管:
1N4001（1只）按钮开关（1个）
集成块:
74LS00（1个）74LS90（1个）电源:
+5V
五、安装要求：
1、元件分布要均匀合理。
2、输入按钮SB要位于板的边缘，便于操作。
3、输出四位端点要引到板边，便于检测或与其它电路连接。
4、7490的脉冲输入端、复位和置位端要留有跳线，便于进行多种调试。
5、安装集成块时，全部采用IC插脚。
6、电源输入端要放置在板边。
图4.4.2为元件布局参考图，根据以上要求在实习中也可以让学生自行设计元件的摆放和线路布置。
印刷线路板图可参考图4.4.3。
四、通电调试
元件安装完，经反复检查线路无误后，进行通电调试。
调试分以下几步来完成：
1、将本电路中的跳线全部接好，把上一电路（H／L显示电路）中的跳线JA、JB、JC、JD断开，并把H/L显示电路的四个输入与本电路的四个输出端相接。
2、检查无误，接通电源。
按动按钮SB观看计数情况。
3、不接入去抖动电路部分进行观察计数情况。
即断开本电路中的跳线J－CP，用导线跨接去抖动部分。
4、进行复位与置位试验。
第五节编码器、译码器和译码显示器
一、电路原理简介
1、编码器
在数字系统中，常需将有特定意义的信息（如数字或字符）编成相应的若干位二进制代码，这一过程称为编码。
例如，十进制数9可在数字电路中通过编码用二进制10012来表示。
实现编码操作的电路称为编码器。
编码器的实现，可以由分立元件构成，也可以由门电路或集成电路来构成，其中集成电路应用比较广泛，常用的TTL有：
74LS147，74LS148，CMOS的有：
CD40147，CD4532。
2、译码器
译码是编码的逆过程，根据需要把二进制代码或二－十进制代码（BCD码）翻译成十进制数字或字符用来显示或翻译成控制信号去执行操作等等。
实现译码的电路称作译码器。
译码器的使用场合颇为广泛，例如数字仪表中的各种显示译码器，计算机中的地址译码器，指令译码器，通讯设备中由译码器构成的分配器，以及各种代码转换的译码器等等。
在实际应用中，最常用的是集成电路译码器。
TTL集成电路常用的有：
74LS42、74LS47、74LS138、74LS154等等。
3、译码显示器
显示器的作用是把电信号转换成便于观察的光信号。
它通常由显示信息的产生电路、传输电路、处理电路和显示器件等组成。
常见的有：
CRT、LED、LCD显示器件。
所谓译码显示器是指用来实现译码和显示的电路。
通常数字、字符显示的过程如下所示。
常用的显示器是用七段数码显示器（LED）。
译码、锁存、驱动芯片有74LS48、CD4511等。
二、电路举例
为与前面制作的计数器连接起来，这里介绍BCD－十进制译码器（74LS42）和BCD－七段译码／锁存／驱动显示器。
电路如图4.5.1所示。
当A、B、C、D四点送入一组二进制数时，对于左半部分74LS42将把它译出一个十进制数，并利用对应的发光二极管发光反应出来。
对于电路的右半部分则是利用CD4511对其进行译码、锁存、驱动，并用七段显示器把十进制数直接显示出来。
三、元件明细表：
电阻：
3901/4W（10只）发光二极管（10只）数码管（1个）
集成块：
74LS42（1个）C4511（1个）电源：
+5V
四、电路的安装
1）、新元件识别
本电路中新元件有74LS42、CD4511和七段显示器。
集成块74LS42有四个输入端A、B、C、D和十个输出端0、1、2、3、4、5、6、7、8、9，输入高电平有效，输出低电平有效。
CD4511有四个输入端A、B、C、D和七个输出端Qa、Qb、Qc、Qd、Qe、Qf、Qg。
输入、输出均为高电平有效。
七个输出端用来驱动七段显示器的七个字段，显示0－9的数字。
CD4511的EL、LT、BI分别是使能（片选）、
图4.5.2
abgdefg灯测试、消隐。
至于七段显示器请参看图4.5.2所示，分为共阴和共阳两种，其引脚如图4.5.3所示。
注：
右图为一共阴显示器的安装引脚图，若为共阳显示器，则其中间的G为电源的正极。
2）、设计元件布局图和印刷线路板图并安装元件
在元件布局时，应使74LS42译码和CD4511译码显示分别布置在板的两端。
输入端应引到板的边缘，便于连接。
关于元件布局印刷板设计请参考图4.5.4和图4.5.5。
在安装IC时应采用IC插脚，先装电阻、IC座、发光二极管，再装七段显示器，最后插上IC。
五、通电调试
安装好元件并检查无误后，经教师同意可以进行通电调试。
调试的步骤如下：
1）调试74LS42构成的译码器。
a.断开跳线J1。
b.将上一节制作的计数器输出端（A、B、C、D）接入本电路对应74LS42的输入端（A、B、C、D）。
c.按动计数器输入按钮，观察译码器上发光二极管的发光情况。
2）调试由CD4511构成的译码显示器。
a.接通跳线J1。
b.将计数器的输出端（A、B、C、D）接入本电路对应CD4511的输入端（A、B、C、D）。
c.按动计数器输入按钮，观察显示译码器显示的数字变化情况。
第六节超低频方波信号源和定时器
一般来说，频率在几百赫兹到几兆赫兹的振荡器较易实现，当频率很低时（如秒脉冲），仅仅用普通的振荡器就很难实现了。
本章给大家介绍的超低频方波信号源是利用了振荡器加多级分频构成的。
一、电路的基本原理
电气原理图如图4.6.1所示。
CD4060是一个14位二进制计数／分频／振荡器，其9、10、11三只管脚外接阻容元件构成振荡器，其振荡频率可通过调节100K电位器来改变。
振荡器产生的方波信号直接在内部经计数（分频）输出，通过连接不同的输出引脚可得到4~14分频的方波信号。
注：
适当地设置振荡器的电阻、电容的参数，在输出端可以得到从几秒到十几小时脉冲输出，配以少量的外围元件就可以构成性能稳定的定时器。
二、电路的安装
按前面的有关要求合理地分布元件，设计印刷线路板图。
图4.6.2和图4.6.3为元件布局和印刷线路板参考图。
由于CD4060的输出引脚很多，所以在设计线路板时只考虑Q4、Q6、Q12、Q14四个输出端。
在选元件时注意振荡器中的电容应该用质量较好的电容，如CBB电容和独石电容等，其目的是使振荡频率较为稳定。
在焊接元件时应先焊接电阻电容等器件，最后才安装集成电路。
三、元件明细表：
电阻：
47K1/4W1只100K1/4W1只1.5M1/4W1只
电位器:
100K1/2W1只电解电容:
4.7U/25V1只1U/16U1只
集成块:
CD40601只电源:
5V
四、通电调试：
元件安装完成后进行复查，检查无误方可通电调试。
调试的步骤如下：
1、单独调试。
用一个发光二极管串联一只510Ω的电阻先检查Q4脚，观察有无振荡信号。
若二极管一会发光，一会熄灭，则为正常。
2、组合调试。
将前面制作的计数器、译码显示器连接起来，并将计数器中输入按钮的跳线断开，接入本电路的输出信号，观察显示器上的数字是否在不断地变化。
复习思考题
1、简述读取色环电阻阻值的方法。
2、思考：
如何判别晶体三极管的好坏？
3、在焊接元件时，每只焊点应控制在多长时间内为宜，为什么？
4、什么叫门电路？
基本门电路有哪几种形式？
5、试查出74LS00、74LS08、CD4069的用途。
6、计数器可分为哪几种类型？
同步计数器和异步计数器各有何特点？
7、编码器和译码器有什么区别？
8、74LS42译码器输入、输出有效时的电平是什么？
9、简述CD4511的3、4、5三只管脚的作用。
１０、在CD4060构成的定时器电路中，若振荡器的振荡频率为１秒，则在Q14端输出脉冲的周期是多少？
升级会员 