第21讲 05年赛题

第21讲第21讲设计、制作实例第21讲1)题意现提供一批元件，也只能选用所提供的元器件，用模电、数电等有关知识，设计并制作带有触摸电极的电路，当电路得电，便能以“1—4—7—2—5—8—3—6—9”的顺序循环显示数字，几秒钟后就停显、消隐。而后，再触摸，又重复以上显示，约10秒钟后自行停显并消隐的工作过程，如此周而复始。为了显示工作状态，用绿色发光二极管指示电源工作状态；用红色发光二极管指示触摸开关的工作状态，当手指未触摸电路电极时，红色发光管亮，而当手指触摸电极，一但触摸开关工作时，红色发光管熄灭。第21讲2)赛题分析按照赛题要求，当电路得电工作时，首先必须要产生一个几秒(2-4)的开机延时脉冲，利用此脉冲控制开机循环显示数字，几秒种后就停显、消隐。本作品没有触摸控制，当触摸电极时必须产生一个10S的单稳态电路，利用此脉冲控制循环显示数字，10S后就停显、消隐；利用这两个脉冲控制计数脉冲的输出，当控制脉冲为高电平时，有计数脉冲输出；然后再利用计数脉冲控制计数器计数输出显示；电路主要工作波形图，如图14.57所示。通过电路工作波形图画出电路方框图，如图14.58所示。第21讲第21讲第21讲3)作品设计将电路分成7大模块设计，即电源电路、译码/驱动/显示电路、计数/编码电路、计数脉冲发生器、开机延时电路、触摸单稳态电路、消隐电路。(1)单元电路的设计①电源电路采用变压器降压、二极管整流、电容滤波、LM317稳压输出、利用绿色发光二级管指示电源工作状态，电路原理如图14.59所示。第21讲第21讲②译码/驱动/显示电路的设计CD4511是一块含BCD一七段锁存/译码/驱动/消隐电路于一体的集成电路，其引脚见图14.60所示。CD4511的1、2、6、7脚为BCD码输入端，在本电路中用于输入二极管编码输出的BCD码；译码输出端分别是“a-b-c-d-e-f-g”，其输出端接数码管显示，数码管每段的工作电流为10mA左右，所以必须在CD4511的输出端接上7个限流电阻，其阻值为510Ω，计算方法为：(7-2)V÷10mA≈510Ω；按照设计要求，CD451l必须工作在两种状态中：计数、消隐。根据CD4511的真值表(见表14.9)可知，LT为测试端，当LT为低电平时，输出全为1，显示“8”，此端可以用来测试数码管的好坏情况，本制作LT接高电平；BI端为消隐端，当它为低电平时显示消隐，为高电平时显示正常，所以本制作可以通过此引脚控制显示与消隐部分；LE为锁存端，高电平锁存，本制作LE接低电平，电路如图14.61所示。第21讲第21讲第21讲第21讲③计数／编码电路的设计设计要求循环显示“1-4-7-2-5-8-3-6-9”，而计数器CD4017是5位Johson计数器，具有10个译码输出端，需要通IN4148编码输出，其编码电路如图14.62所示。当CD4017的③脚输出“1”时；通过二极管编码输出的8421BCD码为1；当②脚输出“1”时，通过二极管编码输出的8421BCD码为4；同理，当⑨脚输出“1”时，通过二极管编码输出的8421BCD码为9；当11脚输出“1”时，对计数器的复位端(15脚，高电平复位)进行复位，计数器重新开始计数；C4为复位电容，同样也可以对计数器的15脚进行复位；时钟输入端的施密特触发器具有脉冲整形功能，对输人时钟脉冲上升和下降时间无限制。INH为低电平时，计数器在时钟上升沿计数；反之，计数功能无效，计数/编码电路见图14.62。第21讲第21讲④计数脉冲发生器的设计最常见的多谐振荡器是用NE555组成的，它电路结构简单、性能良好。本电路就NE555构成多谐振荡器，其最大振荡周期T为：T=0.69(R10+R4)C6=0.69(47000+5000)X0.00001F=0.3588S如果要改变振荡频率，可以调节微调电位器R4，在电位器R4串接电阻可以减小振荡频率。NE555的④脚接信号控制端，当④脚为高电平时，有信号输出，黄色信号指示信号输出，当④脚为低电平时，没有信号输出。电路图如图14.63所示。第21讲第21讲⑤开机延时电路的设计电路如图14.64所示。当接通电源时，7V电源通过R1向C11充电，充电过程中，CD4069的①脚由低电平到高电平，此时通过门电路IC2A、IC2B反相后再通过IN4148输出高电平，通过IC2C再一次反相输出低电平。此电平控制IC6的④脚，使得开机时，IC6的④脚由高电平通过延时几秒后变低电平，计数器计数几秒后停止计数。D2和D4组成或门，触摸输出的单稳态信号同样也可以通过IC2D、IC2C门电路控制计数脉冲信号的输出。第21讲第21讲⑥触摸单稳态电路的设计触摸信号输入电路是由一只NE555组成的脉冲启动式单稳态触发器，电路如图14.65所示。平时触发器处于稳态，⑨脚输出低底电平。M为触摸电极，当用手触摸电极后，人体上的电信号输入②脚，触发器翻转，③脚输出高电平。触发器翻转后，电源通过R8和R3向C5充电，充电时间约几秒后，触发器又翻转，③脚恢复输出低电平，只有等下一次触摸电极才能使③脚输出高电平。第21讲第21讲⑦消隐电路的设计通过控制CD4511的消隐端即可控制显示器消隐，消隐端为低电平便消隐，此消隐信号可以取自IC2D的输出端。(2)整体电路设计当单元电路设计完成之后就是整体电路的设计，也就是根据电路方框图和电路逻辑关系把所有的单元电路组合起来，这样就完成了整个电路的设计。在组合过程中各单元电路确定以后，还要认真仔细地考虑他们之间的级联问题，如电气特性的相互匹配、信号耦合方式、时序配合，以及相互干扰等问题。本电路的总体电路原理图如图1466所示。第21讲第21讲4)电路制作与调试电路原理图设计好之后就是将所有的电子元件焊接在专用的万能板上组成实际电路，在整个时间分配上，电路制作必须要用4~6个小时，所以当题目下来之后必须在1~3个小时的时间内完成电路原理图的设计。第21讲整个电路的制作顺序是：电源部分→数码显示部分→编码部分→计数部分→NE555多谐振荡部分→NE555单稳态部分→延时部分。每装一部分电路都必须通电检查是否正常，如果不正常则必须检查哪里出了故障，再把故障解决好才可以制作下一部分电路，这样一步一步完成可以保证95％的成功率。电路调试也是一个非常重要的环节，在各个单元电路制作过程中也必须调试，把电源电压调整在7~9V之间、把单稳态时间调整在规定时间内。最后是整体电路的调试，主要是在电路安全性、稳定性和时序准确性方面的调试。