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长沙理工大学计算机硬硬件工艺实习报告(终结版)


计算机硬件工艺 实习报告

姓 名 院 系 班 级 学 号 指导老师

李长远
计算机与通信工程学院 计算机科学与技术 1101 201150080118 姜蕊辉、王新等六位老师

实习时间 2012 年 12 月 24 日至 2013 年 1 月 4 日 实习地点
长沙理工大学综合实验楼

指导老师评语:

报告评分建议等级:

指导教师签名:

日期:

一、实习目的和意义
计算机硬件工艺实习是计算机科学与技术专业、网络工程专业重要的实践教 学环节。通过本课程的学习,使学生巩固计算机电路、数字电子技术等课程的理 论知识,初步接触电子产品生产实际,了解和掌握一般电子工艺知识和技能,了 解并初步掌握一般电子产品的生产制作、调试与研制开发的基本技能与方法,并 从中学到有关新技术、新工艺。本次实习将通过使用 PROTEL99SE 软件设计 PCB 电路板,并通过实际焊接电路板测试并调试来培养学生分析问题、解决实际问题 的能力,从而提高学生的工程实践能力,为学生今后从事计算机、网络相关电子 产品制造与创新设计工作奠定初步的实践基础。巩固和强化所学知识,为以后走 向工作岗位打下一定的基础。作为一名大学生,在学习知识的同时如果能适当的 运用知识解决实际问题,这样就能在将来进入工作岗位的时候更具有竞争力。

二、实习时间安排
第一周
星期 上午 一 下午 项 目 方 式 集中讲课 操作

讲解电子焊接的基本工艺要求,介绍元器件的基本 识别方法 练习焊接技术 1. 发放元器件 2. 学生按元件清单清点元件、材料 3. 学生使用仪表检查元器件质量,测量参数



上午

操作

下午 上午 三 下午 上午 四 下午 上午 五 下午

教师政治及业务学习,学生自习 焊接产品元器件 焊接产品元器件,整机安装 焊接产品元器件,整机安装 按电子产品功能调试整机,查找并排除故障 按电子产品功能调试整机,查找并排除故障 1. 2. 提交焊接调试好的印制电路板 归还工具、电器,清扫场地

操作 操作 操作 操作 操作 操作 集中总结

第二周
星期 上午 一 下午 上午 二 下午 上午 三 下午 上午 四 下午 上午 五 下午 实习总结,提交实习报告 集中总结 实验 实验 操作 操作 实验 介绍印刷电路板的设计和元件库、元件 操作 集中讲课 实验 介绍制作原理图元件库和原理图元件 操作 集中讲课 实验 介绍原理图的设计 操作 集中讲课 项 目 方 式 集中讲课

Protel99 的介绍和了解电路设计步骤

三、电路的原理图,电路的各部分工作原理
(—) Protel99SE 的学习和使用: 1. Protel99SE 的介绍: Protel99SE 是应用于 Windows9X/2000/NT 操作系统下的 EDA 设计软件,采用设计 库管理模式,可以进行联网设计,具有很强的数据交换能力和开放性及 3D 模拟功 能,是一个 32 位的设计软件,可以完成电路原理图设计,印制电路板设计和可编程 逻辑器件设计等工作,可以设计 32 个信号层,16 个电源--地层和 16 个机加工层。 Protel 99 SE 的系统组成: a、电路工程设计部分

(1)电路原理设计部分(Advanced Schematic 99):电路原理图设计部分包括电 路图编辑器(简称 SCH 编辑器)、电路图零件库编辑器(简称 Schlib 编辑器)和各 种文本编辑器。本系统的主要功能是:绘制、修改和编辑电路原理图;更新和修改 电路图零件库;查看和编辑有关电路图和零件库的各种报表。 (2)印刷电路板设计系统(Advanced PCB 99):印刷电路板设计系统包括印刷 电路板编辑器(简称 PCB 编辑器)、零件封装编辑器(简称 PCBLib 编辑器)和电路 板组件管理器。本系统的主要功能是:绘制、修改和编辑电路板;更新和修改零件 封装;管理电路板组件。 (3)自动布线系统(Advanced Route 99):本系统包含一个基于形状(Shapebased)的无栅格自动布线器,用于印刷电路板的自动布线,以实现 PCB 设计的自动 化。 b、电路仿真与 PLD 部分 (1)电路模拟仿真系统(Advanced SIM 99):电路模拟仿真系统包含一个数字 /模拟信号仿真器,可提供连续的数字信号和模拟信号,以便对电路原理图进行信号 模拟仿真,从而验证其正确性和可行性。 (2)可编程逻辑设计系统(Advanced PLD 99):可编程逻辑设计系统包含一 个有语法功能的文本编辑器和一个波形编辑器(Waveform)。本系统的主要功能 是;对逻辑电路进行分析、综合;观察信号的波形。利用 PLD 系统可以最大限度的 精简逻辑部件,使数字电路设计达到最简化。 (3)高级信号完整性分析系统(Advanced Integrity 99):信号完整性分析系 统提供了一个精确的信号完整性模拟器,可用来分析 PCB 设计、检查电路设计参 数、实验超调量、阻抗和信号谐波要求等。 2. 建立原理图元件库: (1) 元件清单:CAP,74ALS74,74HC240,74LS47,555,4017,7805,9014, CON2,CON3,CON3_1,DPY_7_SEG,E_2,IN4007,LED,SW,RES,LM393N 等。 (2) 元件库建立的方法和步骤(以 74LS47 为例): 1、打开 Protel 99 SE:Windows 桌面选择开始\程序\Protel 99 SE\ Protel 99 SE。 2、关闭旧的工程,创建一个新的工程:File\new\工程路径 Browse?\选择路径,如 图 1\输入你所要创建的名字,如图 2\然后按确定键即可。工程就创建好了。

图1

创建工程图

图2

保存路径图

3、点击 Documents 后,单击右键,选择 New,将出现如图 3 所示页面,再选择

,按 OK 键确定。这样就建立了一个原理图元件库。

图3

原理图元件库创建图

4、修改

元件库名,如:

,并点击进入。

5、制作元件(以 74LS47 为例):

图 4 制作元件 74LS47 图

a、 从右边的画图工具栏中选出画 74LS47 所需的工具 的图形,注意在使用 时要使圈朝外。



画出如图 4 所示

图 5 修改数据图

b、对着引脚双击左键,出现如图 5 所示的界面,再对数据进行修改。最后的得到如 图 6 所示的元件图;

图6

完成后的 74LS47 图

c、最后对元件进行封装命名,为方便原理图库元件生成 PCB 库元件,以元件名为封 装名。在界面的左下角找到 原理图的元件完成。 d、利用相同的方法,再对我们实验所需的所用元件进行制作和封装,从而得到我们 整个实验所需的元件库。 3. 绘制原理图(以方波信号发生器为例): (1) 点击 Documents 后,单击右键,选择 New,将出现如图 7 所示页面,再选择 并点击,对元件进行封装命名,则

,按 OK 键确定.

图7

创建原理图文件图

(2)将

改为

,并点击进入。

(3)将自己的原理图元件库加入到原有的元件库中,并用自己原理图元件库中的元 件画原理图。点击左下角的 点击 8 所示: /再在 Path 中找到自己原理图元件库所在位置,再 。如图

,找到 自己的***.Lib 文件,再点击

图8

添加原理图元件库图

(4)按照老师给的原理图将需要的各个元器件摆在图纸上,选择所需器件,按 即可将元器件摆放在图纸上。放完之后按照原理图的各个元器件的摆放位置 和名称将其一 一摆好,用 连上导线,用 加上网络标号,用 接上电源线

和地线。如图 9 所示,即为方波信号发生器的原理图。

图9

方波信号发生器原理图

(5)

对电路进行 ERC 检测。点击 Tools 下的 ERC 选项,如图 10,得到检查报

告,发现无误,保存

图 10

ERC 检测图

(6) (7)

如果有错误,则对错误处进行分析改正。 电路无误后创建网络表,如图 11 所示。

图 11

创建网络表图

(8)用相同的方法可以画其它的电路原理图。

4. 建立 PCB 元件封装库(以 74ALS74 为例): (1)点击 Documents 后,单击右键,选择 New,将出现如图 12 所示页面,再选择

,按 OK 键确定。

图 12

创建 PCB 元件库图

(2)、将

改名为

,并点击进入。

(3)、在工具栏中选择 Tools/New Component,则会出现如图 13 所示的界 面。

图 13

制作 PCB 元件图

(4)点击 Next,选择

,再点击 / ,

Next/Next,则出现如图 14 所示页面,将 600 改为 300,再点击 ,出现如图 15 所示页面,再修改引脚数为 14,再按

将出现如图 16 所示界面,修改分装名为制作原理图元件库对元件进行分装时

的分装命名 74ALS74,再按 图,如图 17 所示。

,则可生成 74ALS74 的 PCB 元件

图 14

制作 PCB 元件图

图 15

制作 PCB 元件图

图 16

制作 PCB 元件图

图 17

74ALS74 的 PCB 元件图

(5)、利用类似的方法可制作实习所需的 PCB 元件库中的其它元件。 5. PCB 的绘制(以方波信号发生器为例): (1)、点击 Documents 后,单击右键,选择 New,如图 18 操作,再按 OK 键确定, 就建立了 PCB 图的文件。

图 18

创建 PCB 图文件图

(2)、打开 PCB 图库元件以及方波信号发生器的原理图,然后选择 中的 Update PCB,则会出现如图 19 所示的画面,选择方波信号发生器.PCB, 点击 ,出现如图 20 所示的画面,点击 ,再选择 ,

,则有如图 21 所示的画面,显示没有错误,则点击 生成 PCB 图,如图 22 所示,对生成的 PCB 图进行手工排版,得到图 23:

图 19

更新 PCB 图库文件图

图 20

PCB 图检测图

图 21

PCB 图错误分析图

图 22

原理图直接生成的 PCB 图

图 23

手工排版后的 PCB 图

(3)、选择

,点击工具栏中的

,画一个矩形外框框住完成手工布线的 /All/ / ,

PCB 图,如图 24 所示,再选择菜单栏中 则会出现图 25,再选择 ,点击工具栏中的

,更改数据如图 26 所示,再画 ,点击工具栏中

一个矩形外框框住前面的 PCB 图,则会有图 27,再选择 的

,更改数据如图 26,再画一个矩形外框框住图 27 所示的 PCB 图,则有图 28,

即方波信号发生器的 PCB 图完成。

图 24

初步添上外框后的 PCB 图

图 25

布线后的 PCB 图

图 26

数据修改图

图 27

第二次添上外框后的 PCB 图

图 28

方波信号发生器的 PCB 图

(4)用相同的方法可以画出其它电路原理图的 PCB 图,如下:

图 29 电源电路的 PCB 图

图 30 计数器模块电路的 PCB 图

图 31

循环亮灯电路的 PCB 图

图 32

触发器电路的 PCB 图

图 33

比较器电路的 PCB 图

(二)电路的原理图及电路工作原理
1.整流滤波电路 (1)电路原理图:

图 34

整流滤波电路原理图

(2)所用元件 整流二极管 三端稳压器 电解电容 470μ F/16V 瓷片电容 电 阻 发光二极管 IN4007 7805 1000μ F/16V 一只 0.1μ F 470Ω Φ3 两只 一只 一只 四只 一只 一只

(3)电路原理:

220v 交流电压经过变压器变为 9v 交流电压后,通过四个二极管组成的桥式整 流电路变为 10v 左右的脉动直流电压,再利用电解电容组成滤波电路将其变为平滑 的直流电压,再经三端稳压器组成的稳压电路使得输出为较稳定的 5v 直流电压(D5 亮)

2. 方波信号发生器 (1)电路原理图

图 35 方波信号发生器原理图

(2)所用元件: 集成块 集成块插座 电解电容 瓷片电容 电阻 电阻 电阻 发光二极管 555 定时器 8脚 10μ F/16 0.1μ F 100K 10KΩ 300Ω Φ3 一只 一只 一只 一只 一只 一只 两只 两只

(3)电路原理: 电源接通后,5v 电源通过电阻 R7、R6 向电容 C7 充电。这个过程中,NE555 认为无触发信号,输出为高电平(D7 亮)。当集成块 555 的 2 脚电压上升到一定值 的时候(一般为 2/3Vcc),集成块 555 的 6 脚受到触发,集成块中的比较器 1 翻 转,3 脚输出电压为低电平(D7 灭,D6 亮),同时集成块中的三极管导通,电容 C7

通过 R6 放电。当电容 C7 上降到有定值时(一般为 1/3Vcc),集成块中的比较器 2 翻转,3 脚输出电压为高电平(D7 亮,D6 灭),C7 放电终止,又重新开始充电。周 而复始,形成振荡。其振荡周期与充放电的时间有关。C5 防止干扰电压引入。

3. 计数器模块电路图 (1)电路原理图:

图 36 计数器模块电路原理图

(2)所用元件: 集成块 7447 7493 集成块插座 14 脚 电阻 470Ω 1kΩ 数码显示器 复位按键 共阳 SW 16 脚 一只 七只 一只 一只 一只 一只 一只 一只

(3)电路原理:

译码器原理(74LS47)
译码器的逻辑功能是将每个输入的二进制代码译成对应的输出的高、低电平 信号。常用的译码器电路有二进制译码器、二--十进制译码器和显示译码器。译 码为编码的逆过程。它将编码时赋予代码的含义“翻译”过来。实现译码的逻辑 电路成为译码器。译码器输出与输入代码有唯一的对应关系。74LS47 是输出低电 平有效的七段字形译码器,它在这里与数码管配合使用,表 3.1 列出了 74LS47 的真值表,表示出了它与数码管之间的关系。 表 3.1 74LS47 真值表
LT
0 X 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

RBI
X X 0 1 X X X X X X X X X

BI / RBO
1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

D C B A X X X X X X X X 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 1 0 0 1

abcdefg 0000000 1111111 1111111 0000001 1001111 0010010 0000110 1001100 0100100 1100000 0001111 0000000 0001100

说明 试灯 熄灭 灭零 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

74LS47 是 BCD-7 段数码管译码器/驱动器, 74LS47 的功能用于将 BCD 码转化成 数码块中的数字,通过它解码, 可以直接把数字转换为数码管的显示数字。 74LS47 为低电平作用。管脚图如 3.3 图所示。

图 37 74LS47 管脚图

引脚功能
(1)LT(——):试灯输入,是为了检查数码管各段是否能正常发光而设置的。当 LT(——)=0 时,无论输入 A3 ,A2 ,A1 ,A0 为何种状态,译码器输出均为低电 平,也就是七段将全亮,若驱动的数码管正常,是显示 8。 (2)BI(—):灭灯输入,是为控制多位数码显示的灭灯所设置的。当 BI(—)=0 时, 不论 LT(——)和输入 A3 ,A2 ,A1,A0 为何种状态,译码器输出均为高电平,使共 阳极数码管熄灭。 (3)RBI(——):灭零输入,它是为使不希望显示的 0 熄灭而设定的。当对每一位 A3= A2 =A1 =A0=0 时,本应显示 0,但是在 RBI(——-)=0 作用下,使译码器输出全为高 电平。其结果和加入灭灯信号的结果一样,将 0 熄灭。 (4)RBO(———):灭零输出,它和灭灯输入 BI(—)共用一端,两者配合使用,可以 实现多位数码显示的灭零控制。 当方波信号发生器产生的时钟脉冲输入到计数器(7493)14 脚,该计数器对此 信号进行二分频和八分频计数输出,译码器(7447)将计数器输出的四位二进制代 码(一个 BCD 数)译成对应的七位高、低电平信号,并驱动一个七段显示器,显示 器则显示相应的数字。

4.

循环亮灯电路

(1)电路原理图:

图 38 循环亮灯电路原理图

(2)所用元件: 集成块 4017 74HC240 集成块插座 20 脚 三极管 电阻 9014 10KΩ 470Ω 发光二极管 Φ3 16 脚

一只 一只 一只 一只 二只 二只 十只 十只

(3)电路原理: CD4017:十进制计数器/脉冲分配器 CD4017 是5 位 Johnson 计数

器,具有10 个译码输出端,CP、CR、INH 输入端。时钟输 入端的斯密特触发 器具有脉冲整形功能,对输入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。CR 为高电平时,计数器 清零。 Johnson 计数器,提供了快速操作、2 输入译码选通和无毛刺译码输出。 防锁选通,保证了正确的计数顺序。译码输出一般为低电平,只有在对应时钟周

期内保持高电平。在每10 个 时钟输入周期 CO 信号完成一次进位,并用作多级 计数链的下级脉动时钟 工作条件:电源电压范围:3V-15V 度范围 M 类:55℃-125℃ 输入电压范围:0V-VDD 工作温

E 类:40℃-85℃

引出端功能符号: CO:进位脉冲输出 端 CP:时钟输入端 VDD:正电源 CR:清除端 VSS:地 INH:禁止

Q0-Q9 计数脉冲输出端

真值表:

由 555 时钟电路产生的方波信号,输入到 10 位计数——分频器(CD4017),分频 计数产生输出信号经过 74HC240 驱动后输出到发光二极管 D10~D19 上,D10~D19 循 环依次点亮。由于 74HC240 只能对 8 位二进制数进行反相,所以电路中加入了两个 三极管非门。三极管非门应保证当输入低电平时三极管可靠地截至,则输出为高电 平;当输入高电平时三极管工作在深度饱和状态,则输出为低电平。

5. 触发器电路

(1)电路原理图:

图 39

触发器电路原理图

(2)所用元件 集成块 集成块插座 电阻

74LS74 14 脚 1KΩ

一只 一只 二只 四只

470Ω 发光二极管 触发按键 短路卡 短路子 Φ3 SW

四只 二只 六只 十八只

(3)电路原理:
74ls74 功能表: 输 SD 0 入 RD 1 CP × D × 输 出 Qn+1 1 Qn+1 0

1 0 1 1 1

0 0 1 1 1

× × ↑ ↑ ↓

× × 1 0 ×

0 φ 1 0 Qn

1 φ 0 1 Qn

第一路:按触发键 S2 给出一个信号上升沿,电路中设计的 J5、J4 分别是 D 触发 器的清零和预置信号输入端,高电平有效,J3 接 D 触发器 D 输入端。实验中将 J5、 J4 的短接卡短接为高电平(即短接靠近 1 处的两短路子),使 D 触发器 D 端输入信号有 效, 然后按 S2 给 D 触发器一个信号上升沿,将 J3 的数据锁存,其输出结果有 Q 和 Q 非两种,分别通过发光二极管 D9 和 D20 显示出来。同样第二路由 S4 为触发键,J8 和 J7 分别是 D 触发器的清零和预置信号输入端,高电平有效,J6 接 D 触发器 D 输入 端。输出结果同上,由发光二极管 D21 和 D22 显示出来。

6.

比较器电路

(1)电路原理图:

图 40

比较器电路原理图

(2)所用元件 集成块 集成块插座

LM393 8脚

一只 一只

瓷片电容 电阻

0.001μ F 1MΩ 51kΩ 10kΩ 470Ω

一只 一只 六只 二只 一只 二只 一只

电位器 发光二极管

5kΩ Φ3

(3)电路原理:
LM393 引脚功能排列表: 引出端序号 功能 符号 引出端序号 功能 符号

1 2 3 4

输出端 1 反向输入端 1 正向输入端 1 地

OUT1 1N-(1) 1N+(1) GND

5 6 7 8

正向输入端 2 反向输入端 2 输出端 2 电源

1N+(2) 1N-(2) OUT2 VCC

LM393 功能:输出负载电阻能衔接在可允许电源电压范围内的任何电源电压上, 不受 Vcc 端电压值的限制.此输出能作为一个简单的对地 SPS 开路(当不用负载电阻 没被运用),输出部分的陷电流被可能得到的驱动和器件的β 值所限制.当达到极限电 流(16mA)时,输出晶体管将退出而且输出电压将很快上升.输出饱和电压被输出晶体 管大约 60ohm 的γ SAT 限制。当负载电流很小时,输出晶体管的低失调电压(约 1.0mV) 允许 输出箝位在零电平。

此电路采用了双路比较器 LM393,一路用比较器产生一个方波输出,J9 为输出 端,可以通过示波器来观察,其探头分别接“OUT”端和“GND”端。另一路比较器 为电压比较,电位器 RT2 为参考电压调节端,可以通过调节其阻值改变其电压值, 电位器 RT1 为比较电压调节端。实验中我们可以先使参考电压不变,然后调节 RT1, 改变输入电压值,两路电压通过比较器比较,其输出结果可以通过发光二极管 D23 的亮度显示出来。

四、电路焊接过程
1. 焊接电路板用到的实习焊材如下: 计算机硬件实习消耗材料计划表 序 号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 品 电容 电容 电容 电解电容 电解电容 电解电容 电解电容 二级管 电阻 共阳级数码管 三极管 电阻 电阻 电阻 电阻 电阻 电阻 电位器 轻触按键 稳压器(集成块) 集成块 集成块 集成块 集成块 7805 NE555 74HC93 74LS47 4017 名 规 格 单位 只 只 只 只 只 只 数量 1 1 2 1 1 1 1 只 只 只 只 只 只 只 只 只 只 只 只 块 块 块 块 块 4 2 1 2 2 22 4 5 6 1 2 3 1 1 1 1 1

0.001U(102) 0.01uF(103) 0.1uF (104) 10U/16V 470U/16V 100U/16V 1000U/16V IN4007(>1A) 1M 0.5 寸 9014 300 欧姆 1/4W 470 欧姆 1/4W 1k 欧姆 1/4W 10k 欧姆 1/4W 51k 欧姆 1/4W 100k 欧姆 1/4W 5K 碳膜电位器

25 26 27 28 29 30

集成块 集成块 集成块 1*40 短针(2.54mm) 短路子 2EDGV-2P ( 5.08 色)和配套的插头 绿

74HC240 74LS74 LM393N

块 块 块 只 只 只

1 1 1 1/2 6 1 1 2 2 2 1 18

31 32 33 34 35 36

印制板 IC-14 IC-16 IC-8 IC-20 发光二极管 DIP14 DIP16 DIP8 DIP20 Ф3

块 个 个 个 个 个

计算机硬件实习工具计划表 序号 1 2 3 4 5 6 品 电烙铁 烙铁架 (配海绵一块) 焊锡丝 松 香 名 规 25W 25W 格 单位 支 支 坨 块 把 把 数量 1 1 1 1 共计 30 30 30 30

斜口钳 镊子

每 3 组共 用 一 把 斜 10 口钳 1 30

7

万用表



调试时每 5 组 共 用 12 2 块万用 表 调试时按 8 需使用

8

交流变压器

220V-9V



2. 电路焊接顺序: 1>.先焊接电阻,测量好电阻的阻值,然后写在纸上,并按各自的顺序焊接,以免 漏掉电阻,焊接完电阻之后需要用万用表检验一下各电阻还和以前的值是否一 样(检验是否有虚焊)。 2>.焊接电容,先焊接瓷介电容,要注意上面的读数,接着焊接电解电容了,注意 长脚是"+"极,短脚是"—"极。 3>.焊接二极管,要注意二极管的正负极 4>.焊接三极管,—定要认清"e","b","c"三管脚。 5>.最需要细心的是焊接芯片了,要确保电路图准确无误的焊接好。 6>.焊接印刷电路板上有些地方间断了,我们需要用焊锡把它连接起来。 3. 焊接好的电路板见下图:

图 41 电路板正面

图 42 电路板反面

4. 注意事项: 烙铁使用: (1)根据焊接对象合理选用不同的类型烙铁; (2)使用过程中不要任意敲击电烙铁头以免损坏。 锡焊使用: (1)被焊表面要能被焊料润湿。即能沾锡。因此在焊 面的油污、灰尘、杂质、氧化层,绝缘层等; (2)必须根据被焊件的材料来选择合适的焊剂。 元件使用: (1)元件插好后相互检查,不确定的交老师检查;(千万不要插错,容易短路。毁 坏本元件甚至其它元件,并且调试不方便) (2)元件一定要与电路板结构紧凑,尽量紧贴元件面,但不可以损坏元件引脚; (3)将元件引脚拉直,便于焊接; (4)焊好后剪掉多余引脚。 接前必须清除被焊件表

5.说明: 1>.在焊接的时候,由于开始焊了大电容,导致后面不好焊电阻,这直接影响到 后来电路焊的都没有焊的很好,导致有的引脚突起; 2>.在焊芯片的时候一定要注意它的方位,不然后来会很麻烦; 3>.在焊电路板的时候由于没注意,有几个焊盘让我焊掉了,最后只能拿导线做 引脚,显得有点不美观,所以不能让电烙铁接触焊盘过久; 4>.在焊的时候,有的引脚虚焊了,这让后面的测试很麻烦.

五、电路测试和故障分析 1.整流稳压滤波电路
J1 2 1 CON2 D2 4007 C1 0.1U C2 1000U/25V 1 Vin 7805
GND

D1

4007 VCC U1 Vout 3 C3 0.1U C4 470U/16V R3 1K D5 LED

D3

4007

2

D4

4007

图 43 整流稳压滤波电路原理图

接通电源后用万用表测得 7805 的输入电压为 9V,输出电压为 5V,实验结果符 合了电路要求,即满足整个电路板对电源电压的要求,则电源电路焊接正确。如图 37 所示:

图 44

电源模块图

2.方波信号发生器

VCC

R4 300 U2 4 2 5 R TRIG 8 VCC

CLK D6 LED

D7 Q DIS 3 CLK 7 6 R5 1M

LED R8 300

555
CVolt GND THR

R7 10K

VCC

C5 0.01U

R6 100K

1
C7 100U/16V C8 10U/16V

图 45

方波信号发生器原理图

当接通电源时,观察发现 D7 一直亮着,而 D6 一直不亮,由此可知电路出现了问 题。

图 46 时钟模块

初步分析应该是电路焊接时出现了问题。 具体电路调整过程:将万用表调至二极管档,测试电路焊接点间的连通性,经过 对该模块对应焊接点的逐一检测,发现 NE555 芯片的第 6 个引脚虚焊了。于是我重 新对该点进行了焊接,焊接好后接通电源,发现 D6 和 D7 交替发光,且交替的时间 约为 8 秒,所以脉冲周期为约 16 秒,符合电路规律,故焊接正确。

3.计数器模块

VCC

S1 SW-SPST R11 1K CLK

U3 2 3 MR1 MR2 Q0 Q1 Q2 Q3 12 9 8 11 CLK1 VCC

74HC93
14 1 CLK0 CLK1
10 h c 9 v 8 d 7 e 6

DPY_7-SEG

U4 7 1 2 6 3 4 5 A B C D a b c d e f g 13 12 11 10 9 15 14 R1 R2 R9 R12 R14 R10 R13 470 470 470 470 470 470 470

b 5

a 4

v 3

f 2

g 1

74LS47

VCC

LT BI/RBO RBI

图 47

计数器原理图

接通电源后发现数码管显示的是乱码,如下图所示。这现象说明在焊接计数器模块 时出现了问题。我尝试着用万用表测试数码管各个引脚与其他相连引脚间的导通 性,发现数码管的第 3 脚和第 8 脚没有导通,用万用表电压档测试发现第 3 脚处的电 压约为 5V,而第 8 脚处的电压却几乎为 0,由此可知问题出在了第 8 引脚上。

图 48 数码管显示乱码

图 49 数码管引脚虚焊

发现问题出现的原因后,我用烙铁重新将第 3 引脚和第 8 引脚进行了焊接,再次测 试发现数码管从 0-9,然后一次显示几个字符图形之后开始重复循环显示,由此,问 题得以解决。

图 50 数码管正常显示时的一个状态图

4.循环亮灯电路

U7 CLK 14 13 15 CLK ENA RST Q0 Q1 Q2 Q3 Q4 Q5 Q6 Q7 Q8 Q9 CO 3 2 4 7 10 1 5 6 9 11 12 2 4 6 8 11 13 15 17 1 19 1A1 1A2 1A3 1A4 2A1 2A2 2A3 2A4 1G 2G

U8 1Y1 1Y2 1Y3 1Y4 2Y1 2Y2 2Y3 2Y4 18 16 14 12 9 7 5 3

4017

74HC240

R20 R19 10K 10K

R34 470 9014 Q2 9014 Q1 D19 LED

R33 470

R32 470

R31 470

R30 470

R29 470

R28 470

R27 470

R26 470

R25 470

D18 LED

D17 LED

D16 LED

D15 LED

D14 LED

D13 LED

D12 LED

D11 LED

D10 LED

VCC

图 51 循环亮灯原理图

当电源接通后,十个发光二级管只有一个发光,发光二级管按逆时针一个一个 轮流发光,且每变化一次的时间约为 16 秒,所以循环发光的周期为 16 秒,从方波 信号发生器电路中只要 D 发亮的同时循环变化一次,所以可以知道循环亮灯电路是 上升沿脉冲控制。但是每次循环的过程中灯 D18 不亮,初步认为是二极管坏了。

图 52 D18 灯不亮

用万用表的二极管档测试发现该灯能够被点亮,所以故障并非二极管本身。经 过仔细观察焊接板发现与 D18 相连接的三极管的焊盘脱落了,或许正是因为这个原 因才导致 D18 灯不亮。

图 53 三极管的焊盘脱落

图 54 除 D18 外其他灯能正常点亮

由于焊盘脱落不好把二极管引脚很好的固定在电路板上,而且这样会导致虚 焊。所以我采用了导线连接的方式焊接,焊接好后再次测试发现灯 D18 能够正常发 光了。由此,循环亮灯模块得以正常工作。

图 55 D18 灯正常工作了

5.触发器电路
J4 J3 3 2 1 CON3 S2 R36 VCC J6 3 2 1 CON3 S4 SW SPST R35 VCC 1K 12 11 D CLK CD Q 8 J8 3 2 1 CON3 1K 10 U9B SD Q 9 SW SPST VCC 4 2 3 D CLK CD Q 6 J5 1 2 3 U9A SD Q SD1 5 1 2 3 CON3 R24 470 R37 470 D9 LED LED

D20

1 74ALS74 CD1 SD2 VCC J7 1 2 3 CON3

CON3

R38 470 R39 470

D21

LED LED

D22

13 74ALS74 CD2

图 56

触发器电路原理图

第一路:按触发键 S2 给出一个信号上升沿,电路中设计的 J5、J4 分别是 D 触发器的 清零和预置信号输入端,高电平有效,J3 接 D 触发器 D 输入端。实验中将 J5、J4 的短接卡短接为高电平(即短接靠近 1 处的两短路子),使 D 触发器 D 端输入信号有效, 然后按 S2 给 D 触发器一个信号上升沿,将 J3 的数据锁 存,其输出结果有 Q 和 Q 非两种,分别通过发光二极管 D9 和 D20 显示出 来。 第二路:由 S4 为触发键,J8 和 J7 分别是 D 触发器的清零和预置信号输入端,高电平 有效,J6 接 D 触发器 D 输入端。输出结果同上,由发光二极管 D21 和 D22 显 示出来。 测试结果:

接通电源,使 J4,J5,J7,J8 接高电平,改变 J3,J6 的电平,灯亮灭 情况如下表:(1 表示接高电平(灯亮),0 表示接低电平(灯灭))

输入 J3 0 0 1 J6 0 1 0

现态 D20 1 1 1 0 D22 1 1 0 0 1 D21 0 0 1 1 0 D9 0 0 0 1 1

开关 S2 无 无 按 按 无 按 S4 无 按

次态 D20 1 1 0 0 0 D22 1 0 0 1 0 D21 0 1 1 0 1 D9 0 0 1 1 1

1

1

0

图 57

第一路状态

图 58

第二路状态

由以上测试结果可知,触发器模块得以正常工作了。

6.比较器电路

VCC R42 R41 51K 3 2 R40 51K 4 C10 0.001U RT2 R44 1M VCC 1 2 3 8 1 LM393N J9 1 2 CON R48 51K RT1 1 2 3 5.1KRT LED 470 R45 51K 5 6 4 R49 8 7 LM393N 51K R43 10K R46 51K R47 10K

5.1KRT

D23

图 59

比较器电路原理图

在接通电源后,不管怎样调节两个定位器,灯始终不亮,可知此模块出现了问 题。首先用万用表检测此模块各个焊接点是否有虚焊,脱焊现象,结果发现焊接无 误,然后检测相应焊接点间的导通性,结果发现没有错误,至此,我认为发光二极 管可能是坏的,于是用万用表二极管档测试二极管是否是好的,结果发现二极管是 坏的,于是我将原二极管拆下来重新装了一个好的二极管,再次测试发现灯可以被 点亮了。 具体点亮过程如下: 在 RT2 设置了参考电压 2.45V 后,调节 RT1,改变输入电压,先将 RT2 输入 4.39V,灯亮;输入 2.35V,灯不亮。可见当 RT2 小于 RT1 时,说明 7 端输出是高电 平,当 RT2 大于等于 RT1 时,灯都是灭的,说明输出是低电平

图 60 电路板的比较器模块

比较器产生的方波输出,如图所示:

图 61

方波信号输出图

至此所有模块检测完毕!

六、收获、心得和建议
两周的计算机硬件工艺实习结束了,在这次实习中,我觉得自己受益匪浅。这 次实习从画电路图,画印刷板电路图到焊电路板整个过程中,我觉得我们都是以自 学为主,当然我们也少不了老师的疑难解答,提示,指导等。但在这个过程中,我 觉得我们的自学能力得到了提高,懂得了去钻研,学会了收集资料,在不懂的时候 会虚心求教,学习气氛非常好。在焊电路板的过程中,我也受益良多。焊电路板是 比较枯燥的,这考验了我们的耐性,在焊板时不能过于急躁,否则可能导致虚焊或 者焊盘脱落等情况。在将元件插入电路板时,必须认真,也要注意插入元件的方 向,注意不要插反了,以免造成严重后果。这些都让我深深地体会到养成严谨的科 学态度的重要性和必要性。在实习中,我们如果认真严谨的去对待每一个步骤,就 可以减少很多不必要的错误,能节约更多的时间。

第一周的动手实习,我认识了许多电子元件,102、103、104 瓷片电容,色环电 阻,二极管,发光二极管,电解电容,各种芯片。在焊接电路板的时候,我焊了一 些虚焊,甚至把焊盘都焊掉了,但是正是因为我自己动手实践,并且积极的询问老 师和一些有经验的同学,我的动手能力得到了锻炼和加强。最后,我把我焊出来的 板子测试通过以后没有问题,一种成就感油然而生。

第二周给我的收获是非常大的,从一开始不知道做什么,然后在姜老师的一步 步指导下,渐渐的知道了自己要做什么。通过使用软件设计 PCB 电路板,我们把书 本上的知识应用到了实践当中来。在 PCB 板子布线的时候,我通过查阅网上的资 料,了解到走线的规则,如双层布线的话,顶层走横线,底层走竖线,线路要走 135°钝角,铺铜等都是为了减少电子干扰等等实际经验。这大大的加深我对设计电 路板的兴趣。 在这两周的实习中,自己至始至终,一步一个脚印,从最开始的焊板子,进行调 试,画电路原理图,最后用 protell99se 做成 PCB 板。虽然在调试的过程中遇到了 很多不解,但是自己通过看电路的原理图和一步一步的检查,最终把错误都找出来 了。在此期间,我也学会了如何用 protell 绘制原理图和如何焊板子。通过调试电 路板,我懂得了,如果电路的显示结果不对,那就得一个一个模块的,从总体到每 一个点,一点一点的去查原因,再结合相关资料去调试。尤其是在焊板子这一块 我 认为要使焊点应接触良好,并保证被焊元件之间能稳定的通过一定的电流,特别要 要避免虚焊的产生。 总之,通过本次计算机硬件工艺实习,自己了解了电子产品的一定硬件知识, 开阔了眼界,把平时书本的知识应用到实践中,自己得到了很多宝贵的知识财富, 另一面自己也看见了自己的不足,还需要努力学习,了解更多相关知识,丰富自己 的阅历,多请教老师和有关人员,通过各个渠道学习和了解计算机硬件的有关知 识。此次实习通过软硬件结合的形式让我们了解了电子产品原理图、印制板的设计 生产过程,提高了动手能力。在今后的学习生活中我要多加强相关实践实习,不断 锻炼提高自己各方面的能力。


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