电子工艺实习指导书高念富牟淑杰车焕石晓磊荆珂编写二〇一五年十二月机电工程系目录1 数字电压表设计与制作 (1)1.1设计目的及任务 (1)1.2设计器件说明 (1)1.3 3½位数字电压表工作原理 (5)1.4 3½位数字电压表的制作 (6)1.5 调试 (7)1.6 数字电压表性能的改进 (9)1.7系统电路仿真 (13)2设计、制作电子计分器 (17)2.1设计目的及任务 (17)2.2设计使用器件 (17)3 电子工艺实习安排 (18)参考文献 (18)1 数字电压表设计与制作1.1设计目的及任务1.了解数字电压表的测量原理；2.掌握应用电路组成原理、电路参数计算方法；3.掌握两项基本技能：①利用Proteus软件进行电路仿真；②利用Proteus软件或Protel软件绘制PCB电路版图；③练习焊接及调试技能。

4.训练和提高对电子线路的调试以及查排故障的能力。

1.2设计器件说明数字电压表是对模拟电压值进行测量并通过数字形式显示实际电压值的一种数字仪表。

基本原理是首先对模拟电压值进行A/D转换，得到数字量，然后驱动LED数码管，实现数据的数字显示输出。

1.2.1 MC14433MC14433是MOTOROLA公司生产的双积分型单片CMOS 3½位A/D转换器。

采用24脚双列直插式封装（DIP），具有自动调零，自动极性转换，输入阻抗高，外围元件少以及调试简单等优点。

可用于数字面板表、数字三用表、数字温度计、数字秤及各种低速数据采集系统。

MC14433的主要参数是：①转换精度：读数的±0.05% ±1②输入阻抗：>1000M Ω③基本电压量程：1.999V和199.9mV④静态功耗：8mW⑤转换速率：3~10次/秒⑥输出形式：经过多路调制的BCD码，并有多路调制选通脉冲输出⑦工作电压范围：±4.5~±8VMC14433具有内部时钟发生器，使用时只需外接一只电阻R，（典型值R=470KΩ），时钟频率随R 的增加而下降。

也可使用外部时钟，频率范围是50~200KHz。

MC14433工作时，需要外接一正电压基准，基准电压值与量程有关，当量程为1.999V时，基准电压为2V；当量程为199.9mV时，基准电压为200mV。

MC14433的应用见数字电压表原理附图。

MC14433 的引脚排列如图1-1所示。

图1-1 MC14433 的引脚排列如图图1-2 CD4511的引脚排列如图1.2.2 CD4511CD4511 是BCD-7段锁存、译码、驱动器，输入是BCD码，输出是送给数码管作显示用的a、b、c、d、e、f、g的7位段码。

CD4511的引脚如表1-2所示。

表1-2 CD4511引脚功能1.2.3 ULN2003ULN2003的工作原理较简单，是一个具有7路输出的集电极开路反向驱动器，ULN2003的引脚排列如图1-3所示。

引脚功能说明如下：D0~D6：7个输入端；O0~O6：7个输出端；GND：公共接地端；CMP：VCC（驱动电感负载时的保护端。

）1.2.4 MC1403MC1403是一块输出为2.5V的基准电压源。

引脚排列见图1-4所示。

1脚：为输入端，输入电压为4.5V~40V；2脚：为输出端；3脚：为接地公共端；其余均为空脚。

图1-3 ULN2003引脚图图1-4 MC1403引脚图1.2.5 MAX232芯片MAX232芯片是美信公司专门为电脑的RS-232标准串口设计的单电源电平转换芯片,使用+5V单电源供电。

在本设计利用MAX232芯片产生-5V电源。

见图1-5、1-6及附图。

另一个功能做RS232接口电路，见1-7、1-8所示，本设计不用。

图 1-5 MAX232引脚图图1-6 max232引脚连接图图1-7 max232引脚与RS232连接图图1-8 RS232接口引脚介绍：第一部分是电荷泵电路：由1、2、3、4、5、6脚和4只电容构成。

功能是产生+12V和-12V两个电源，提供给RS-232串口需要的电平。

第二部分是数据转换通道：由7、8、9、10、11、12、13、14脚构成两个数据通道。

其中13脚（R1IN）、12脚（R1OUT）、11脚（T1IN）、14脚（T1OUT）为第一数据通道。

8脚（R2IN）、9脚（R2OUT）、10脚（T2IN）、7脚（T2OUT）为第二数据通道。

TTL/CMOS数据从T1IN、T2IN输入转换成RS-232数据从T1OUT、T2OUT送到电脑DB9插头；DB9插头的RS-232数据从R1IN、R2IN输入转换成TTL/CMOS数据后从R1OUT、R2OUT输出。

第三部分是供电电路。

15脚GND、16脚VCC（+5V）。

主要特点：1、符合所有的RS-232C技术标准；2、只需要单一+5V电源供电；3、片载电荷泵具有升压、电压极性反转能力，能够产生+10V和-10V电压V+、V-；4、功耗低，典型供电电流5mA ；5、内部集成2个RS-232C驱动器；6、内部集成两个RS-232C接收器；7、高集成度，片外最低只需4个电容即可工作。

1.3 3½位数字电压表工作原理3½位数字电压表的原理图见附图，工作原理如下：R12和C2是MC14433的积分电阻和积分电容，C3是失调补偿电容，R13是时钟发生器电阻，MC14433配上这4个外围元件即可正常工作。

并将DU和ECO（14脚）接在一起，使MC14433能够连续转换并刷新输出结果。

MC1403的输出电压经RP1和R4分压后加到MC14433的VREF端，作MC14433 A/D转换的参考电压。

MC14433 A/D转换结果的BCD码是以动态扫描的形式输出的，由Q0~Q3输出的BCD码加到CD4511的BCD码输入端A~D，经CD4511译码后得到的7位段码a~g接到LED数码管的相应位置，以驱动LED数码管的a~g的7个字段。

由MC14433的DS1~DS4输出的位选码，经ULN2003接至U7~U10的阴极以驱动这4位LED数码管。

由于MC14433是3½位输出，在千位上只能显示十进制的“0”和“1”，也就是说在DS1为高电平时，只需要Q0~Q3中的1位（Q0）反映就可以了，其他三位Q~Q1用不上。

正是利用这一点，当DS1=1时，从Q0~Q3可以输出更多的信息：Q3=0 时表示“千位”=1；Q3=1时表示“千位”=0；Q2=0 时表示输入信号极性为负；Q2=1时表示信号极性为正。

因此，对千位LED数码管字段信号作了如下处理：将b、c和dp通过R13接+5V电源，使这三段常亮。

将a、d、e和f段，通过R14接+5V，并由Q3控制其亮灭。

千位显示“1”：当Q3=0→ULN2003的O1=1→ULN2003的D6=1（通过上拉电阻R16）→ULN2003的O6=0 →U7的a、d、e、f 这4个字段没有电流而灭掉，而b和c段常亮而显示“1”。

千位显示“0” ：当Q3=1→ULN2003的O1=0 →ULN2003的D6=0→ULN2003的O6=1→U7的a、d、e、f 这4个字段有电流通过而点亮，再加之b和c段常亮，故显示“0”。

对于显示负号的U6也作了类似的处理，请同学们自己分析。

积分电阻Ri 和电容Ci 的选择：积分电阻和电容值的选择与基本量程和时钟频率有关，因为积分电容上的电压可用下 式表示：T RiCi Vx Vxdt Ci Ri V ci ∆⨯==⎰)(1其中，clk f T 4000=∆Vci=VDD -V X(max)-0.5V这里0.5V 是防止积分器输出进入饱和区而留有的余量。

若Ci=0.1μF ，时钟clk f =66KHz ，VDD=5V ，则2V 量程时Ri≈470KΩ。

200mV 量程时，Ri≈27KΩ。

如果条件允许，在保证相当的时间常数的情况下，取较大的电阻和较大的电容更合适。

1.4 3½位数字电压表的制作1.4.1 布局任何一个电子产品，都是由众多的电子元件组成的，这些电子元件要放到一个载体上，以便于布线，这个载体就是电路板（PCB 板）。

这些电子元件在电路板上的位置要有一个合理的安排，这就是布局。

布局是一个重要的环节。

布局结果的好坏将直接影响布线的效果，最终影响产品的性能。

因此可以这样认为，合理的布局是电路板设计成功的第一步。

（1）考虑整体美观一个产品的成功与否，一是要注重内在质量，二是兼顾整体的美观，两者都较完美才能认为该产品是成功的。

在一个电路板上，元件的布局要求要均衡，疏密有序，不能头重脚轻或一头沉，尽量以体积较大，引线较多的元件为中心安排。

（2）布局时应考虑以下问题：①印制板尺寸是否与加工图纸尺寸相符？能否符合电路板制造工艺要求？有无定位 标记？②元件在二维、三维空间上有无冲突？③元件布局是否疏密有序，排列整齐？是否全部布完？ ④需经常更换的元件能否方便更换？插件板插入设备是否方便？ ⑤热敏元件与发热元件之间是否有适当的距离？ ⑥调整可调元件是否方便？⑦在需要散热的地方，装了散热器没有？空气流是否通畅？⑧信号流程是否顺畅且互连最短？⑨插头、插座等与机械设计是否矛盾？⑩线路的干扰问题是否有所考虑？1.4.2 布线布局完成之后，就是布线的工作了。

布线时应考虑以下问题：①交叉的导线应尽量垂直，以减少电磁偶合，布线应尽量短；②电源和地线应尽量粗，模拟部分的地线不能闭合；③模拟部分的地线和数字部分的地线应各自分别接地，在电源处一点接公共地线。

④布线的拐弯处应避免走直角，以减少高频时的电磁辐射；另外，还应考虑电路板的电磁兼容性、可靠性等。

1.4.3 焊接在电路板的焊接过程中，虚焊是最易出现的问题，往往是电路板制作失败的原因之一，努力提高焊接质量对于初学者是十分重要的。

如何提高焊接质量泥？除了苦练基本功之外，还应注意以下几个环节。

①电路板的处理：电路板的制作工艺不正确，或放置时间太久，焊盘处易生氧化层，要清除这些氧化层，可用擦字橡皮擦，这样不易损伤铜箔，氧化严重的也可用细砂纸轻轻打磨，直至铜箔面光亮如新。

②元器件引脚的处理：所有元器件的引脚，在焊入电路板之前，都必须刮净后镀上锡。

有的元器件出厂时引脚已镀锡，因长期存放氧化，也应重新镀锡。

③助焊剂的选用：元器件引脚镀锡时应选用松香作助焊剂。

焊锡膏、焊油等焊剂腐蚀性大，最好不用。

④焊锡的选用：应选用0.5mm左右的松香芯焊锡丝。

⑤焊点的控制：标准的焊点应圆而光滑、无毛刺。

但初学者开始焊接时，焊点上往往毛刺或焊点成蜂窝状。

这些都是不合格的焊点。

焊接时，不要心急，一定要待烙铁头有足够的温度时，再动手焊。

焊接时让烙铁头对电路板的焊盘和元器件的引脚同时加热上1~2秒，再放焊锡丝，注意控制焊锡量，拿开焊锡丝后，烙铁再稍停留一下后再离开，这样焊出的焊点一般都能符合要求。