脉冲与数字电路专题实习指导文档格式.docx
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K1开关中心
端触碰“自检”功能端,输出端V0为低电平,触碰“测量”功能端,输出端V0为高电平。
在单稳态电路输出低电平期间,主控门由基本R—S触发器控制。
b.单稳态电路:
时基集成电路NE555及外围阻容元件组成单稳态触发电路。
电路可以输出二个状态。
一个是稳态,V3输出低电平。
另一个是暂稳态,V3输出高电平。
当按动一次K3开关,单稳态电路被触发,输出状态从稳态变为暂稳态,V3由低电平变为高电平,集成电路NE555
脚内部放电开关断开,+5V电源经电阻R3(1M)向电容C2(10uF)充电,如电容C2上的充电电压达到2/3电源电压(约3.3V)时,电路将从暂稳态变回到稳态,内部放电开关接通,C2上的充电电压瞬间被放掉。
这就是一个完整的触发过程。
3.计时器功能
1)清零:
在电路原理图1当中,接通K2开关,清零端CLR=0,各计数器输出端QD=QC=QB=QA=0。
在电路原理图2当中,接通K2开关,清零端CLR=1,各计数器输出端QD=QC=QB=QA=0。
2)标准时间选择:
操作K4开关,选择送入主控门的标准时间t1或t2。
3)自检、测量:
改变K1开关位置实现“自检”、“测量”功能转换。
自检状态下V0为低电平,主控门打开。
如时基单元,计数、译码、数显单元,控制单元工作正常,显示器将显示自然数累计,说明电路整体工作正常,可以用于计时。
测量状态下V0为高电平,主控门封锁不能计数。
此状态可视为测量前的准备状态。
4)触发:
在“测量”状态下按动一次K3开关,单稳态电路被触发,输出的暂稳态脉冲信号T将主控门打开,电路在被测(暂稳态脉冲宽度)时间信号控制下实现计数。
开门时间T=1.1•R3•C2(约为11秒)
说明:
通用计时器电路中,NE555所产生的暂稳态脉冲T就是被测时间
4.时间测量波形图
N:
标准时间完整周期数
5.电路原理图
6.附录(集成电路外引线排列,)
7.器件清单
名称
电路原理图1
电路原理图2
型号
数量
集成电路
74LS00
2
74LS00
74LS74
1
74LS48
3
CD4511
74LS160
4
CD40192
CD4060
NE555
LED数显
AR547
石英晶体
2MHz
2MHz
电阻
10
电阻
31
电容
电容
8.计数器功能比较
芯片种类
芯片功能
74LS192
集成电路供电
Vcc:
5V
VDD:
3—18VVcc:
5V
计数方式
十进制同步加计数
十进制同步加/减计数
时钟信号作用
上升沿有效
清零操作
异步清零低电平有效
异步清零高电平有效
置数操作
同步置数
异步置数
溢出
进位输出高电平信号
进位、借位输出低电平信号
使能端
有
无
数据输入端
D、C、B、A
数据输出端
QD、QC、QB、QA
级联方式
同步
异步
9.译码器功能比较
VDD:
3—18V
数据输入范围
0000——1001
abcdefg
输出驱动电平
H
输出端内置限流电阻
灯测
有(低电平有效)
灭零
行波灭零
锁存功能
有(高电平有效)
四、实习内容及步骤
(一)绘制电路装配图
1.电子产品从构思、设计、反复调试、修改、到组装出合格产品,需要经过很多道生产工序。
其中产品组装又分为电路板装配和整机装配,这道工序是按照预先设计的电路板装配图、整机装配图进行。
这是电子产品生产过程中的重要环节。
原理图以理论形式表达产品的工作原理、连线关系以及全部元、器件材料。
而所有元、器件、连线又是通过一张或多张电路安装板装配而成。
对电路板的设计非常严格,从元、器件的位置、方向、引脚定位、型号、参数标注,连线的走向、宽度等都有要求。
所有这些信息必须准确、清晰地反映在装配图上,并作为电路板加工的必要资料。
2.绘图要求
1).安装图要求图面整洁,制图规范,标注清晰。
首先考虑整体原件的合理布局,从各单元电路入手画出草图。
导线走线短、水平、垂直、不交。
标准图中元件、器件、线条比例均匀。
应注明集成电路型号、方向。
电阻、电容参数。
“安装图示例”选择电路原理图中个位计数局部电路(左侧图),按要求绘制出装配图(右侧)。
这里仅仅为了表达绘图方法,与实物尺寸并非1:
1比例
2).绘制正面(元件面)安装图
多功能电路安装板结构图
3).部分元、器件实物引脚尺寸图
·
“电路原理图1”局部电路装配图示例
“电路原理图2”局部电路装配图示例
(二)电路装配
通用计数器的安装应严格参照装配图进行。
导线长度合适,走线水平、垂直、不交。
为保证接触良好,裸线头长度在4—6mm之间。
多功能电路安装板上一个安装孔插一根导线。
(三)电路调试
通用计数器的调试是一项较为复杂的工作。
需要所学的理论知识,也需要实验的积累。
首先应认真阅读电路原理图,了解各部分电路的工作原理,信号流程及开关之间的使用配合。
这一切对于调试是非常必要的。
“调试工作流程”是一种方法,起一个引导作用,使学生逐步建立正确的调试思路,少走弯路。
通用计数器的调试中可能会遇到很多问题,那么,什么问题应先解决,不要应为某些表面现象影响调试思路。
花去大量时间去解决一个不重要的故障(不影响电路功能),而验收功能确无法实现。
希望同学在阅读单元电路及工作原理、
“调试工作流程”后能得到启发,知道调试的重点应放在什么地方。
核心是时基电路,其次控制电路,计数电路,译码、显示电路。
调试流程共九点,应按顺序逐条对应检查。
TTL与CMOS数字集成电路在主要性能指标上存在着一些差异,如芯片供电,输出逻辑电平幅度,负载能力,工作频率。
在使用方法上也有区别,TTL芯片在焊接装配时应控制好焊接温度,其它并无特殊要求。
而CMOS芯片不但要求控制好焊接温度,同时电烙铁应具有良好的接地,或者电烙铁应断电利用余温焊接。
在综合应用中TTL、CMOS芯片的逻辑输入端是不允许“悬空”的,当部分功能不用时其相应的输入端必须按逻辑关系接入“高电平”或“低电平。
这一点对CMOS芯片特别重要,以保证正常使用。
调试工作流程
1.静态检查(通电前)
a实验板上所有集成电路电源供电回路连接是否正确。
+5V是否连通、地线是否连通。
这两条通路中如有断线、错线,将使某个或某几个集成电路失电而不能工作,更无法实现芯片功能。
检查方法用万用表R×
1量程,以+5V电源输入点(外电源连接电路板)为参考点,用一只表笔紧贴这一点,另一只表笔逐个触碰每只集成电路电源供电端。
每次测得的电阻应接近0,这一结果说明电源+5V通路连接正常。
以同样的方法再一次测试地线通路是否连接正常。
b测量实验板上+5V通路与地线通路之间等效电阻。
判断是否因安装错误造成电源两
极之间短路。
用万用表R×
10量程测量等效电阻值R正、R反均应大于100Ω。
2.电源电压设定
认真检查稳压电源工作是否正常。
空载设定稳压电源输出电压为5V,并用万用表直流电压量程测试,满足4.8V≥Vcc≥5.2V。
如果电源电压过低将影响集成电路正常工作,过高会增加集成电路功耗造成发热损坏。
3.通电观察
a将+5V电源作用于实验板上,如正常数显应点亮,则继续下一点调试
b如数显不能点亮,并出现电源保护现象(输出电压值回0),应从以下两方面检查。
稳压电源恒流(稳压电源输出电流值设定)调整是否正确。
实验板上+5V通路与地线通路之间存在短路。
可采用分割法找出故障位置。
4.检查时基电路工作状态
时基电路的工作状态是振荡、分频,各测试点信号电压不是静态的“高电平”或“低电平”是一个动态信号。
用万用表直流电压量程只能测出平均值。
如实际测量值与参考值偏差过大,可视为电路存在故障,应仔细检查故障点电路及相邻电路。
各测试点正常电压参考值
TP1:
第一级二分频CP点(2MHz)V≈1.5V—1.8V(稳定值)
TP2:
第二级二分频CP点(1MHz)V≈1.8V—2V(稳定值)
TP3:
脚(500KHz)V≈1.8V—2V(稳定值)
TP4:
十分频CP点(33Hz)V≈2V—2.5V(稳定值)
TP5:
3Hz信号输出点电表指针摆动(非稳定值)
5.基本R—S触发器电路工作状态
用万用表直流电压量程监测基本R—S触发器输出端V0电平值,当K1开关触碰“自检”位置时V0应为低电平,触碰“测量”位置时V0应为高电平。
两种输出状态都可保持。
6.检查单稳态电路工作状态
用万用表直流电压量程监测单稳态电路输出端V3电平值,按动K3开关单稳态电路被触发,电路状态从稳态变为暂稳态,V3由低电平变为高电平。
如定时电路正常,约11秒后电路将从暂稳态变回稳态,V3由高电平变为低电平。
7.检测自检功能
将K1开关触碰“自检”位置,此时主控门F7的A输入端为高电平,标准时间信号脉冲从B输入端传输到输出端并送到计数单元时钟端。
当CLR=1(原理图2中CLR=0)时,数显将显示脉冲数累计。
8.检测清零功能
按动K2开关,数显应显示“000”
9.检测时间测量功能
K1开关选择“测量”位置,按动一次K2开关,对计时器进行“清零”。
此时电路处于测量等待状态。
当按动一次K3开关后,单稳态电路被触发,输出的暂稳态脉冲信号T将主控门打开,电路进入计时状态。
当暂态脉冲消失后,主控门被封锁停止计时。
读出测量结果N,则T=N·
t(t:
标准时间脉冲周期)
·
调试注意事项
a稳压电源使用应严格按照第2点要求操作。
b数显LED应按下图正确方法进行测试(测试a段)。
I取5mA,LED内部发光二极管正常点亮时,管压降约1.5V.
五、常见故障
1.总电流过大
通用计时器正常工作时总电流应小于200mA,当电路板上电源回路出现短路(数显不能点亮),部分器件损坏,输出端错线都会使总电流增大。
前一种故障还会使稳压电源自动保护。
出现这种情况时应立即断电停止调试,避免故障扩大造成更多损失。
遇到此故障首先检查稳压电源恒流设置是否正确,用分割法将电路分成几个部份,局部短时间通电观察确定故障位置。
不要盲目采用其它方法,只要思路清楚总能找到故障原因。
2.数显不能点亮(稳压电源未自动保护)或显示字符“8”
当电源回路出现断路,译码器74LS48、计数器74LS160失电及数显AR547地线断路都可能造成此类故障。
采用“调试工作流程”第一点仔细检查供电回路。
当译码器输入信号超出BCD码范围,数显将灭灯。
3.无标准时间输出
故障范围包含整个时基电路。
寻找故障从振荡电路开始,从前往后一级一级进行。
用万用表测量时基电路各测试点电压值,并与“调试工作流程”第四点提供的参考值进行比较确定故障。
时基电路的工作特点是某级电路有故障时,其输出电压一定是“高电平”或“低电平”其后各测试点电压一定不正常。
例如TP2电压不正常,则TP3、TP4、TP5的电压都不会正常。
而故障在第一级二分频电路,仔细检查外围连线,不要直接判断芯片损坏。
4.有标准时间输出但不能计数
用万用表直接测量TP5(3Hz)信号输出点,电表指针能摆动,说明时基电路工作正常。
标准时间脉冲t2经主控门传输到计数器时钟输入端。
信号传输受基本R—S触发器控制。
观察计数器是否满足计数条件,清零端CLR,使能端ET、EP,置数端LD是否都为高电平(原理图2当中清零端CLR应为低电平,减计数时钟端DOWN,置数端LD接高电平)。
计数芯片损坏。
5.某位计数器不能清零,也不能正常计数,只能按某种规律变化
当计时器清零时,输出端QD、QC、QB、QA都输出低电平并传输到译码器,数显显示十进制数“0”,如四条传输线中有一条断路,则正确的BCD码就不能送给译码电路,必然显示错误结果。
第二种原因是译码芯片损坏。
6.计数不能进位
用万用表监测低位计数器进位输出信号RCO,观察低位计数到“9”时应有一高电平脉冲输出,宽度为一个CP脉冲周期(原理图2当中,低位计数到“9”时,进位输出信号CO有一低电平脉冲输出,宽度为半个CP脉冲周期)。
74LS160芯片级联后,构成同步计数电路。
高、低位计数器接收同一个时钟脉冲,用低位计数器的进位信号控制高位计数器使能端,检测低位是否输出进位信号,高位是否有CP信号。
CD40192则构成异步计数电路,低位计数器输出的进位信号直接作为高位计数器的时钟脉冲。
检测低位输出的进位信号及传输线。
74LS160进位波形图
74LS192进位波形图
6.两位同步计数
74LS160进位输出端与高位计数器使能端ET、EP连线接触不良。
74LS160进位输出端损坏。
以74LS192组成的计数电路不会出现此类故障,否则是将电路误接成同步计数电路。
7.计数不正常
如偶尔能从零开始计几个数,但很快由回到零,或是闪烁。
用电表测试清零端电压,在计数状态下,电压值大约在1—2V之间。
这种故障是清零线接触不良,使清零端悬空所致。
9.计数过快或无法看清数字
选3Hz信号送入主控门,个位计数是很容易判断的。
当个位显示已无法判断且十位计数都显得过快。
或各位计数都无法判断。
检查CD4060外围连线。
10.基本R—S触发器失控
“自检”“测量”两个状态不能转换,或能转换但其中一个状态不能维持。
检查芯片供电,外围连线是否接触不良,芯片损坏。
11.单稳态电路不能被触发
检查NE555供电是否正常,外围连线,电容C2是否连接良好。
用高内阻电表测电容C2上的电压,触发后电压是从0逐渐上升,终止于2/3VCC(约3.3V),观察有无此过程。
12.单稳态电路被触发后不能自行恢复到稳态
检查定时元件R3(1M)、C2(10Uf)与时基电路
、
脚是否连接良好。
C2是有极性电容是否接反。
13.显示器某段不亮
该段已损坏或译码器段输出损坏。
六、思考题:
利用通用计时器电路配置的器件,将其改进为数字钟。
计时方式00:
0′—23:
5′
七、专周实习报告要求
1.简要阐述通用计时器工作原理
2.安装、调试体会
八、主要集成电路功能表
1.四位十进制同步计数器74LS160
输入
输出
状态
CLK
CLR
LD
EP
ET
D
C
B
A
QD
QC
QB
QA
×
清零
d
c
b
a
置数
-
保持
计数
2.十进制同步加/减计数器74LS192
状态
UP
DOWN
清零
置数
加计数
减计数
3.4线—七段译码器/驱动器74LS48(BCD码:
0000—1001)
功能
LT
RBI
BI/RBO
Ya
Yb
Yc
Yd
Ye
Yf
Yg
5
6
7
8
9
1010——1111
暗
消隐
灭灯
日
4.4线—七段译码器/驱动器CD4511(BCD码:
状
态
BI
LE
锁存
附录1集成电路外引线图
附录2TTL集成电路分类、推荐工作条件
1.TTL集成电路分类
54系列:
军用产品
74系列:
民用产品
TTL系列
国际标准
国家标准
类型
54/74
CT1000
标准型
54/74L
CT2000
低功耗
54/74S
CT3000
肖特基
54/74LS
CT4000
低功耗肖特基
54/74AS
先进肖特基
54/74ALS
先进低功耗肖特基
54/74F
快速
54/74HC
高速CMOS
2.推荐工作条件
参
数
54、54S、54LS、
74、74S、74LS
54ALS、74ALS
54F、74F
单
位
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- 关 键 词:
- 脉冲 数字电路 专题 实习 指导