李雙勝
【摘要】在生活中,我們常常遇到測(cè)量速度或與時(shí)間有關(guān)的物理量的問題,如汽車的里程和計(jì)費(fèi)、心率等。在用電子電路實(shí)現(xiàn)對(duì)這些非電量的測(cè)量時(shí),要先用傳感器把它們轉(zhuǎn)換為數(shù)字脈沖,或由脈搏模擬電路產(chǎn)生一個(gè)脈沖振蕩,模擬人體脈搏跳動(dòng),然后在單位時(shí)間內(nèi),對(duì)脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)。電子脈搏計(jì)數(shù)器就是實(shí)現(xiàn)上述方法的一個(gè)典型案例。
【關(guān)鍵詞】脈搏 計(jì)數(shù)器 電子制作
一、工作原理
圖1所示的電子脈搏計(jì)數(shù)器電路,由脈搏模擬電路,555計(jì)數(shù)時(shí)間控制器,計(jì)數(shù)、譯碼、驅(qū)動(dòng)和顯示四部分電路組成,其工作原理如下。由六非門CD4069的U1A、U1B和R1、R2、C1組成的脈搏模擬電路產(chǎn)生一個(gè)脈沖振蕩信號(hào),模擬人體脈搏跳動(dòng),再經(jīng)反相器U1C第6腳輸出給十進(jìn)制計(jì)數(shù)器U3的時(shí)鐘輸入端進(jìn)行個(gè)位計(jì)數(shù),每當(dāng)計(jì)滿10個(gè)脈沖,U3的進(jìn)位輸出CO端就產(chǎn)生一個(gè)進(jìn)位脈沖,作為U5(十位)的計(jì)數(shù)輸入。
555定時(shí)器接成了單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器形式,每按動(dòng)按鈕開關(guān)S1一次,產(chǎn)生一個(gè)寬度為60s的單脈沖,此時(shí),555定時(shí)器第3腳輸出高電平,經(jīng)U1D反相輸出低電平并送到U3和U5的鎖存控制端LE,使U3和U5計(jì)數(shù)工作。在單脈沖上升沿到來時(shí),由R5、C2組成的微分電路使計(jì)數(shù)器清零。在S1接通的瞬間,555定時(shí)器第3腳輸出高電平,經(jīng)C2輸入至U3和U5的清零端,使U3和U5清數(shù)回零。隨后,C2的充電使U3和U5第5腳的電壓下降,退出清零,作好計(jì)數(shù)準(zhǔn)備。R3對(duì)C3的充電時(shí)間為1分鐘,即讓兩個(gè)計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)(U1C第6腳輸出脈搏數(shù)字)。1分鐘后,C3被充到2/3的UCC后,555定時(shí)器第3腳輸出低電平,經(jīng)U1D反相輸出高電平,送到U3和U5的第6腳,使U3和U5停止計(jì)數(shù)工作,等待S1的下一次觸動(dòng)。在單脈沖持續(xù)時(shí)間,LE=0,允許計(jì)數(shù)脈沖輸入,計(jì)數(shù)器對(duì)1分鐘內(nèi)的脈搏進(jìn)行計(jì)數(shù),并通過數(shù)碼管顯示計(jì)數(shù)過程;當(dāng)單脈沖結(jié)束后,LE=1,鎖存計(jì)數(shù)結(jié)果,數(shù)碼管則顯示這個(gè)結(jié)果。
二、制作步驟與工藝要求
(一)制作步驟
(1)整體布局:焊接前,要根據(jù)電路原理圖的結(jié)構(gòu)在萬能板上繪制電路元器件的布局圖,以確定各元件位置。一般按照電路的順序一級(jí)一級(jí)地布局。此外,元器件的排列,應(yīng)做到橫平豎直、整齊美觀。
(2)元件檢測(cè):檢測(cè)電子元件的好壞,所有元器件需經(jīng)萬用表檢測(cè)無誤、無損壞后,再焊入電路。
(3)加工成形:按工藝要求對(duì)元器件的引腳進(jìn)行成形加工。
(4)元件插裝:按布局圖在萬能板上依次進(jìn)行元器件的排列、插裝。
(5)焊接元件:按焊接工藝要求對(duì)元器件進(jìn)行焊接,注意應(yīng)分級(jí)焊接、分級(jí)檢測(cè),且應(yīng)各級(jí)檢測(cè)調(diào)試正常后,才可焊接下一級(jí)電路。
(6)焊后檢查:檢查有否虛焊、漏焊和短路等。
(7)整機(jī)聯(lián)調(diào):將各級(jí)電路互相級(jí)聯(lián),進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試。
(二)工藝要求
(1)焊接時(shí)一般按“先小件后大件、先里后外、先低后高、從左到右、從上到下”的基本焊接原則進(jìn)行操作。
(2)接線要短,全電路的接地點(diǎn)要保證共地。
(3)焊接時(shí)電阻采用臥裝,電容采用直立裝,且其底部盡量貼緊電路板。
(4)為整齊美觀,同種元件的安裝高度應(yīng)一致。
(5)焊接有極性的元器件,如電解電容時(shí),其極性不要裝反,注意極性的正確,否則電路不能正常工作甚至燒毀元器件。
(6)元器件的引線彎曲成型時(shí)不要彎曲成死角,一般應(yīng)留有1.5mm以上的余量,以免損壞元器件。
(7)元器件安裝時(shí),有標(biāo)志的一面應(yīng)置于容易觀察的位置,以便檢查和維修。
(8)雙列直插式集成電路的引腳間的距離須利用平整桌面,通過手工操作調(diào)窄間距后再插入電路,否則會(huì)損壞集成電路的引腳。
(9)焊接集成電路時(shí),先焊接好專用IC插座后,再將集成電路插入IC插座,以防止直接焊接而過熱損壞之,同時(shí)也便于日后更換。
(10)對(duì)同一個(gè)焊點(diǎn)應(yīng)斷續(xù)焊接,不能連續(xù)焊接。
(11)導(dǎo)線的顏色要符合習(xí)慣用法:一般正電源用紅線,負(fù)電源用藍(lán)線,地線用黑線,信號(hào)線用其他顏色的線。
(12)在檢查整個(gè)電路安裝正確,且沒有虛焊、漏焊和短路后,再通電測(cè)試。
三、電路調(diào)試
確認(rèn)安裝無誤后,給電路接上6V電源,七段數(shù)碼管應(yīng)亮起來,按下按鈕開關(guān)S1后,555集成定時(shí)器開始60S定時(shí),數(shù)碼管自動(dòng)開始計(jì)數(shù),直到60S停止計(jì)數(shù),此時(shí),數(shù)碼管顯示的計(jì)數(shù)結(jié)果即為一分鐘內(nèi)脈搏跳動(dòng)的次數(shù)。制作好的電子脈搏計(jì)數(shù)器實(shí)物如圖2所示。
四、故障分析與處理
常見的故障現(xiàn)象為:電子脈搏計(jì)數(shù)器不工作。該故障與脈搏模擬電路、555計(jì)數(shù)時(shí)間控制器和計(jì)數(shù)器三部分電路有關(guān)。處理時(shí)可將U1C第6腳同時(shí)接入數(shù)字邏輯實(shí)驗(yàn)箱的電平顯示器,此時(shí),對(duì)應(yīng)的電平指示燈應(yīng)顯示脈搏的頻率閃爍,即為脈搏模擬電路正常,否則為故障。(注意:用數(shù)字邏輯實(shí)驗(yàn)箱的電平顯示器測(cè)試時(shí),應(yīng)先將數(shù)字邏輯實(shí)驗(yàn)箱的公共端與脈搏器的公共端連接在一起,即零電位連在一起。)若脈搏模擬電路正常,則按一下S1,U3和U5的第6腳(CD40110的鎖存控制端)應(yīng)為低電平,則555計(jì)數(shù)控制正常,否則為555計(jì)數(shù)控制不正常。但U3和U5的第6腳為低電平的同時(shí),U3和U5的第5腳不能為高電平,若U3和U5的第5腳總在高電平,則U3和U5總在清零,致使計(jì)數(shù)器不工作。計(jì)數(shù)器故障的分析牽涉到555電路對(duì)其的計(jì)數(shù)和清零控制。可將計(jì)數(shù)器與555電路以及脈搏模擬電路的連接斷開,將U3和U5的第6腳和第5腳都接入低電平,即0V電壓,然后再用數(shù)字邏輯實(shí)驗(yàn)箱的單次脈沖發(fā)生器所產(chǎn)生的單次脈沖,替代脈搏模擬電路,以檢查計(jì)數(shù)器工作正常與否。