黄河科技学院孔雀开屏结课作业版.docx
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黄河科技学院孔雀开屏结课作业版
孔雀开屏电路实践报告
学院:
信息工程学院
专业:
11电子信息工程1班
姓名:
Fighting
学号:
指导老师:
目录
1.问题及解决方法2
2.电子电路制作2
2.1元器件2
2.1.1电阻2
2.1.2电容2
2.1.3二极管2
2.1.4三极管3
2.1.5集成电路3
2.2焊接技术4
2.2.1电烙铁的使用4
2.2.2手工焊接技术4
2.2.3焊点的质量检查方法5
2.3电子电路原理、整机组装和调试5
2.3.1电子装饰孔雀开屏电路原理6
2.3.2元器件安装的技术要求6
2.3.3调试7
3.实习心得体会7
1.问题及解决方法
问题一:
在原理图的绘制过程中常常会多次用到同类元器件,如电阻、二极管等,若每放置一个元器件就修改一次名称,数量多了感觉效率很低。
此时只要在调出第一个元器件将其进行放置之前按Tab键将元器件的名称编码然后再按顺序放置这些相同的元器件,此时电脑会自动给元器件按顺序命名,省去了给每个元器件命名的麻烦。
问题二:
由于机房中的计算机性能较差,在使用过程中常常出现卡机甚至死机现象,往往需要重启电脑才能使用,从而导致尚未保存的文件丢失。
解决的办法是在绘图过程中一定要及时地保存,避免所作工作付之东流。
2.电子电路制作
2.1元器件
名称
型号
数量
集成电路
NE555
1
三极管
CD4017
1
发光二极管
15绿,16红
31
二极管
IN4148
8
电阻
5个56Ω;6个5kΩ;1个510Ω;2个10kΩ;1个20kΩ
三端可调电阻
100kΩ
1
电容
1个0.01uF;1个10uF
波动开关
2位
1
2.1.1电阻
此次用的电阻,其标识都采用色环标注法。
以最多的56Ω电阻为例,第一色环为绿色表示5,第2个色环为蓝色表示6,第三个色环为黑色表示100第四个色环为红色表示误差为±2%,即阻值为56*100=56Ω,误差为±2%。
用万用表的电阻档可以直接检测其阻值。
电阻在电路中多起到分压的作用,其中的10K和20K作为555的充放电电阻。
2.1.2电容
0.01uF的电容103,10uF的电容,如同电阻,利用万用表直接测其电容值。
前者在电路中通直流阻交流,后者主要充放电。
2.1.3二极管
当外界有正向电压偏置时,外界电场和自建电场的互相抑消作用使载流子的扩散电流增加引起了正向电流。
而发光二极管磷化镓、磷砷化镓材料制成的使得导通时二极管会发光,截止时不发光。
检测时用万用表正极接阳极负极接阴极,对于发光二级管若其正常则会发光,对于普通二极管则阻值为确定值,反之则该二极管不正常。
2.1.4三极管
9013是一种NPN型硅小功率的三极管它是非常常见的晶体三极管,它是NPN型小功率三极管,其参数如下:
集电极电流Ic:
Max500mA工作温度:
-55℃~+150℃集电极-基极电压Vcbo:
40V。
在本次实习的电路中三级管的用途相当于开关,当基极电压为高电压是集电极和射极导通,当基极电压为0是集电极和射极截止。
检测过程只需在基极加1到5V的电压然后测ec两级之间电阻若为一个确定值,同时b极不加电压时为无穷大则该三级管正常,反之不正常
2.1.5集成电路
NE555采用DIP双列直插8脚封装,其内部电路由分压器、电压比较器A1和A2、简单SR锁存器、放电三极管VT以及缓冲器组成。
主要参数:
供应电压
供应电流
输出电流
上升/下降时间
4.5~18V
3~6mA
225mA(max)
100ns
利用NE555因其可以巧妙地将模拟电路和数字电路结合在一起,而可以组成相当多的应用电路。
其中无稳电路即多谐振荡电路,是555电路中应用最广的一类,电路的变化形式也最多。
右图是NE555的间接反馈型电路,其特点在于“R1-7-R2-2.6-C1”,R1与VCC相连。
计算公式:
T1=0.693(R1+R2)*C1,T2=0.693R2*C1,f=1.443/(R1+2R2)*C1
用途:
脉冲输出,音响告警,家电控制,电子玩具,检测仪器,电源变换,定时器等。
CD4017引脚图(DIP双列直插16脚封装)及引脚功能
计数/分频器CD4017,其内部由计数器及译码器两部分组成,由译码输出实现对脉冲信号的分配,整个输出时序就是Q0、Q1、Q2、…Q9依次出现与时钟同步的高电平,宽度等于时钟周期。
CD4017有10个输出端(Q0~Q9)和一个进位输出端CO。
每输入10个计数时钟,CO就可得到1个进位正脉冲,该进位输出信号可作为下一级的时钟信号。
CD4017有3个输入端(CR、CP和INH),CR为清零端,当在CR端上加高电平或正脉冲时其输出Q0为高电平,其余输出端(Q1~Q9)均为低电平。
CP和INH是两个时钟输入端,若要用上升沿来计数,则信号由CP端输入,INH作为禁止端;若要用下降沿来计数,则信号由INH端输入。
二者具有互锁的关系,即利用CP计数时,INH端要接低电平;利用INH端计数时,CP端要接高电平。
设置两个时钟输入端,级联时比较方便,可驱动更多二极管发光。
8脚VSS接地,16脚VDD接电源正端。
由此可见,当CD4017有连续脉冲输入时,其对应的输出端依次变为高电平状态,故可直接用作顺序脉冲发生器。
推荐工作条件:
电源电压
输入电压
输入电流
工作温度
3~15V
0~VDD
±10mA(max)
40~120℃
2.2焊接技术
2.2.1电烙铁的使用
首先用锉刀把电烙铁头按需要锉成一定的形状,然后接上电源,当电烙铁温度升到能溶锡时,将电烙铁在松香上沾涂一下,等松香冒烟后再沾涂一层焊锡,如此反复进行二至三次,使烙铁头的刀面全部挂上一层锡,使烙铁不易被氧化便可使用了。
在使用中应使烙铁头保持清洁,并保证烙铁的尖头上始终有焊锡。
电烙铁不宜长时间通电且不使用,这样容易使烙铁芯加速氧化而烧断,缩短其寿命,同时也会使烙铁头因长时间加热而氧化,甚至被“烧死”而不再“吃锡”。
使用电烙铁时,烙铁的温度太低则溶化不了焊锡,或者使焊锡未完全溶化,温度太高又不会使烙铁“烧死”(尽管温度很高,却不能蘸上锡)。
另外也要控制好焊接时间,电烙铁停留的时间太短,焊锡不易完全溶化,接触不好,易形成“虚焊”,而焊接时间太长又容易损坏元器件,或使印刷电路板的铜箔翘起。
一般1~2s要焊好一个焊点,若没完全,需等一会儿再焊一次。
焊接时电烙铁不能移动,应该先选好焊接点的位置,再用电烙铁的搪锡面去接触焊点。
2.2.2手工焊接技术
1.焊接前的准备
1)镀锡——用液态焊锡将被焊金属表面浸润,形成结合层,提高焊件连接性能。
2)元器件引线成形——所有元器件引线不能从根部弯曲,一般留1.5mm以上,尽量保持高度平齐;弯曲不能成直角,应留有适当弧度;尽量将有字符的元件面置于容易观察的位置,便于调试。
3)元器件插装——尽量采用贴板插装;保持字符方向一致,便于电路检查;插装时不要用手直接触碰元器件的引线和印刷版焊盘,防止弄脏。
2.焊接的姿势
由于焊剂加热挥发产生的化学物质对人体有害,操作时,鼻子应保持与烙铁头的距离不小于30cm。
此次电子工艺实习过程中所使用的是小功率电烙铁,被焊件的散热量均较小,因此采用握笔的方法握电烙铁。
另外,使用电烙铁时还应配用烙铁架,烙铁架一般应放在工作台的右前方,电烙铁使用后一定要稳妥地放在烙铁架上,应避免导线被电烙铁烫坏。
3.焊接的基本步骤
1)准备施焊——左手拿焊锡丝,右手拿电烙铁对准焊接位置。
2)加热焊件——将烙铁头接触焊件焊接点,注意元器件引线和焊盘均需加热。
3)送入焊锡丝——加热焊件达到焊接温度时,将焊锡丝送入焊接点,焊料熔化并浸润焊点。
4)移开焊锡丝——当焊锡丝熔化到一定量后将焊锡丝移开。
5)移开电烙铁——当焊锡完全浸润焊盘或焊件的施焊部位后,移开电烙铁。
4.PCB版的焊接
焊接前,将PCB板上的所有元器件做好整形、镀锡等焊前准备工作。
焊接时一般按照先焊较低的元件,后焊较高的和要求较高的元件等。
一般次序:
电阻-电容-二极管-三极管-其他元件等。
焊接集成电路时需多加小心,选择好合适的温度,防止引线间连锡。
5.拆焊
首先要用电烙铁加热焊点,使焊点上的锡熔化;其次要吸走焊锡,可用专业吸锡器吸走熔锡;最后要取下元器件,可用镊子夹出。
拆焊时要注意:
若没有断定被拆焊的元器件已损坏时,不要硬拉下来,否则会拉坏或弄断引脚。
对于集成电路更需注意,因为其引脚较多,拆焊时要一根一根地把引脚加热、熔锡,吸走溶锡后才能拆卸下来。
2.2.3焊点的质量检查方法
常见的焊点缺陷:
①虚焊——由于元器件管脚镀锡不好或是焊盘不清洁,焊锡与元件管脚或焊盘之间界限明显,焊锡在界限处内凹,致使电气接触不良。
②焊料过多——由于焊接温度不够或是焊锡撤离太慢,焊料面呈凸形,浪费了焊料,强度也不见得很好。
③焊料过少——由于烙铁头吸锡或是焊锡撤离太早,焊接面积过小,焊料未形成平滑面,致使焊接强度不够。
④拉尖——由于电烙铁撤离角度不对或是加热时间过长,焊料表面出现尖端,影响外观,高压时易出现桥接。
⑤桥接——由于焊锡过多或是电烙铁撤离角度不对,相邻的两根导线相连,致使电路短路。
⑥剥离——由于加热时间过长,焊点松动,使得电路断路。
焊点的质量检查分为外观检查和通电检查。
好的焊点其外观都有几个共同点:
外形以焊接导线为中心,匀称,呈锥状,略下凹;表面有光泽且平滑;焊料的连接面呈半弓形凹面,焊料与焊件的连接处平滑,接触角小;无针孔、裂纹和夹渣等缺陷。
通电检查可以发现目测很难发现的桥接和内部虚焊等。
2.3电子电路原理、整机组装和调试
2.3.1电子装饰孔雀开屏电路原理
电子装饰孔雀开屏由10组发光二极管组成,每组包括多只发光二极管,这些发光二极管安装在模型孔雀的尾部成扇形排列,在发光二极管驱动电路的驱动下,这些发光二极管呈扇形以放射状依次循环发光,恰似孔雀开屏,电路组成图如上图所示。
它由发光二极管驱动电路、驱动脉冲振荡器和发光二极管组共同组成。
发光二极管驱动电路由一只十进制计数器CD4017组成,在驱动脉冲的驱动下,CD4017的10个输出端QO~Q9依次输出高电平并连续不断地循环。
由于显示孔雀开屏状态的发光二极管数量较多,而CD4017的输出能力不能满足直接驱动多只发光二极管的要求,因此在CD4017的10个输出端各增设一只驱动三极管,再通过三极管的导通去驱动多只发光二极管发光。
在本电路中,每只三极管的输出端并联2组发光二极管,每组3只,共6只,全电路共由30只发光二极管组成。
发光二极管的数目也可根据实际模型的结构进行增减。
应当注意的是,CD4017的10个输出端与驱动管VT1~VT6的连接并非顺序连接,而是以Q0→Q1→Q9→Q2→Q8→Q3→Q7→Q4→Q6→Q5这样的顺序排列。
在模型孔雀的尾部,对发光二极管的安排应当使发光二极管的发光顺序是从尾根向尾梢成放射形流动,使其符合开屏的实际过程。
发光二极管可采用红、绿两色管,采用间接排列的方式。
驱动脉冲发生器由一只NE555电路组成,NE555与(R1+RP)、R2和C1组成低频振荡器,它所产生的低频脉冲加至CD4017的CP端,作为它的驱动脉冲。
脉冲振荡器的振荡频率可根据实际需要,通过RP来调节。
2.3.2元器件安装的技术要求
元器件在印刷电路板上规则排列,元器件轴线方向尽量都一致,并与板的四边垂直或平行,使得元件排列规范,版面整齐美观,对于安装调试和维修比较方便。
单面印刷电路板,元器件只能安装在没有印刷电路的一面,元器件的引脚通过安装孔焊接在印刷导线的接点上。
在手工布线时,因集成电路管脚较多,有意将NE555和CD4017安排在四点焊盘相连的左半面;31个发光二极管模拟孔雀尾部排成扇形,也占了大部分面积,排在右半面;普通电阻占四点排列,三极管9013占三点排列,选择合适的位置,便于导线连接,既不相交又不迂回太远。
根据原理图顺序将各个元器件成从左至右依次排开,尽量使电路紧凑、密集,缩短导线。
2.3.3调试
定义:
电厂机组、变电站或某项设备在安装过程中及安装结束后移交生产前,按设计和设备技术文件规定进行调整、整定和一系列试验工作的总称。
在我们此次实习中调试应该是在加作品之前对作品的各项指标进行调整。
目的:
对于电子孔雀开屏调试的主要目的是调节555产生的脉冲的频率使得孔雀开屏不至于过慢也不至于过快。
使孔雀开屏视觉效果跟好。
内容:
调节可变电阻的阻值根据t=1.1RC调得适当每排灯亮的时间在1S左右,同时还要调整供电电压使得灯足够亮又不至于烧坏元器件。
故障查找:
检查元器件的选用和使用是否正确;各器件接电源和地线的极性是否符合要求;电解电容的极性、二极管和三极管的管脚、集成电路的引脚有无错接、漏接、互碰等情况;布线是否合理;焊点有无脱落等等。
故障产生原因:
1供电电压5v过于低使得灯的亮度不够。
2开始的时候电阻值过大等了很久还不见灯下一排灯亮,第二次调得阻值过小所有的灯都一起亮没有顺序的视觉效果。
解决方法:
将电压调整9V这样所有的灯亮度都合适同时也不超出元器件的正常工作电压。
如此同时将可变电阻阻值调至100K,此后灯的视觉效果很好。
3.实习心得体会
第一阶段的电子工艺软件实习让我立马改观了往常对于实习应付的看法。
protel软件是业界功能很强大的一款软件,电类学子必不可少地都要之打交道。
对于此软件的摸索,学会了基本的原理图绘制、自定义元件绘制、自定义元件封装、PCB图的设计等,我想这位自己一直往后想做的电子设计会有着很大的帮助。
或许是因为这软件毕竟跟自己的专业相关,实用性强,因此学地也较为认真,加之机房里开着空调,也渐渐忘记暑假的酷热,没有刚进入实习时的那股烦躁了,也算是开了个好头。
在练习焊接时,起初总是默默念着老师讲的焊接五步骤,一步一步地慢慢熟练。
刚开始不免毛手毛脚,手多次被烙铁烫到,焊地也都是胖小子,两个铜板之间挤满了焊料,而且总感觉焊锡总是黏在烙铁上,为此浪费了不少焊锡。
渐渐地似乎是有了手感,应该是理解了所谓的五个步骤吧,能够越来越好的处理焊接方式、焊锡撤离时间、烙铁撤离角度,有效地避免了虚焊、焊料过多以及拉尖等常见焊点缺陷。
此次焊接练习极大地锻炼了我的焊接技术,也训练了我在处事过程中不断总结、反思、改善方法的能力。
手工布线再次让我体会到计算机的好处。
这只“孔雀”一度却把我整疯了,31个发光二极管,每三个要首尾相连,又因单面布线,导线不能交叉,真不知是如何用这些导线将发光二极管连成“孔雀”的。
慢慢地也摸索出了一些门道,知道尽量多利用三点、四点焊盘相连的左半部份插放集成电路,将“孔雀”安置在右半部分,尽可能的让每三个发光二极管首尾相接,减少导线。
几经修改,顺利地避免每一条导线的交叉,也使得整个布局较为平衡、美观。
按照手工布线图将元器件安装在PCB板上,最为头疼的莫过于导线了。
横平竖直,折角要成90度,这是相当细致的手工活,也很考验人的细心度。
确保安装无误后,便动手焊接了。
有了之前小板的焊接练习,PCB板的焊接已经轻车熟路了。
很感谢司小平老师对于此次实习的指导,其亲和的为人使得大家同他的交往没有那么的拘谨,很大程度上缓和了大家在酷热的暑假里还要留校实习的烦躁情绪,使得大家面对繁琐的手工活都能够耐着性子好好完成,碰到纠结地一而再地调试也不再显得烦躁;其认真、耐心的处事态度给予了大家很大的支持力,很耐心地同大家一起查看组装元件的连接点是否符合设计的线路图,先行杜绝了极性反了、管脚连接错误、元件短路等基本的错误。
在大家出现几番调试不出来的情况下,又指导我们查看PCB板的元件连接、焊接,帮助我们查找故障,很大程度上促进了各实习项目的成功。
司小平老师的指导让此次实习变得没有想象中的难熬,我表示很庆幸。
电子孔雀开屏原理图
电子孔雀开屏PCB图
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