李雙勝

【摘要】在生活中，我們常常遇到測量速度或與時間有關的物理量的問題，如汽車的里程和計費、心率等。在用電子電路實現(xiàn)對這些非電量的測量時，要先用傳感器把它們轉換為數(shù)字脈沖，或由脈搏模擬電路產(chǎn)生一個脈沖振蕩，模擬人體脈搏跳動，然后在單位時間內(nèi)，對脈沖進行計數(shù)。電子脈搏計數(shù)器就是實現(xiàn)上述方法的一個典型案例。

【關鍵詞】脈搏 計數(shù)器 電子制作

一、工作原理

圖1所示的電子脈搏計數(shù)器電路，由脈搏模擬電路，555計數(shù)時間控制器，計數(shù)、譯碼、驅動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)生一個脈沖振蕩信號，模擬人體脈搏跳動，再經(jīng)反相器U1C第6腳輸出給十進制計數(shù)器U3的時鐘輸入端進行個位計數(shù)，每當計滿10個脈沖，U3的進位輸出CO端就產(chǎn)生一個進位脈沖，作為U5（十位）的計數(shù)輸入。

555定時器接成了單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器形式，每按動按鈕開關S1一次，產(chǎn)生一個寬度為60s的單脈沖，此時，555定時器第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計數(shù)工作。在單脈沖上升沿到來時，由R5、C2組成的微分電路使計數(shù)器清零。在S1接通的瞬間，555定時器第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，作好計數(shù)準備。R3對C3的充電時間為1分鐘，即讓兩個計數(shù)器計數(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停止計數(shù)工作，等待S1的下一次觸動。在單脈沖持續(xù)時間，LE=0，允許計數(shù)脈沖輸入，計數(shù)器對1分鐘內(nèi)的脈搏進行計數(shù)，并通過數(shù)碼管顯示計數(shù)過程；當單脈沖結束后，LE=1，鎖存計數(shù)結果，數(shù)碼管則顯示這個結果。

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)電路原理圖的結構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一級地布局。此外，元器件的排列，應做到橫平豎直、整齊美觀。

（2）元件檢測：檢測電子元件的好壞，所有元器件需經(jīng)萬用表檢測無誤、無損壞后，再焊入電路。

（3）加工成形：按工藝要求對元器件的引腳進行成形加工。

（4）元件插裝：按布局圖在萬能板上依次進行元器件的排列、插裝。

（5）焊接元件：按焊接工藝要求對元器件進行焊接，注意應分級焊接、分級檢測，且應各級檢測調(diào)試正常后，才可焊接下一級電路。

（6）焊后檢查：檢查有否虛焊、漏焊和短路等。

（7）整機聯(lián)調(diào)：將各級電路互相級聯(lián)，進行系統(tǒng)調(diào)試。

（二）工藝要求

（1）焊接時一般按“先小件后大件、先里后外、先低后高、從左到右、從上到下”的基本焊接原則進行操作。

（2）接線要短，全電路的接地點要保證共地。

（3）焊接時電阻采用臥裝，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一致。

（5）焊接有極性的元器件，如電解電容時，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不要彎曲成死角，一般應留有1.5mm以上的余量，以免損壞元器件。

（7）元器件安裝時，有標志的一面應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，否則會損壞集成電路的引腳。

（9）焊接集成電路時，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，同時也便于日后更換。

（10）對同一個焊點應斷續(xù)焊接，不能連續(xù)焊接。

（11）導線的顏色要符合習慣用法：一般正電源用紅線，負電源用藍線，地線用黑線，信號線用其他顏色的線。

（12）在檢查整個電路安裝正確，且沒有虛焊、漏焊和短路后，再通電測試。

三、電路調(diào)試

確認安裝無誤后，給電路接上6V電源，七段數(shù)碼管應亮起來，按下按鈕開關S1后，555集成定時器開始60S定時，數(shù)碼管自動開始計數(shù)，直到60S停止計數(shù)，此時，數(shù)碼管顯示的計數(shù)結果即為一分鐘內(nèi)脈搏跳動的次數(shù)。制作好的電子脈搏計數(shù)器實物如圖2所示。

四、故障分析與處理

常見的故障現(xiàn)象為：電子脈搏計數(shù)器不工作。該故障與脈搏模擬電路、555計數(shù)時間控制器和計數(shù)器三部分電路有關。處理時可將U1C第6腳同時接入數(shù)字邏輯實驗箱的電平顯示器，此時，對應的電平指示燈應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)字邏輯實驗箱的電平顯示器測試時，應先將數(shù)字邏輯實驗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）應為低電平，則555計數(shù)控制正常，否則為555計數(shù)控制不正常。但U3和U5的第6腳為低電平的同時，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，致使計數(shù)器不工作。計數(shù)器故障的分析牽涉到555電路對其的計數(shù)和清零控制?？蓪⒂嫈?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)字邏輯實驗箱的單次脈沖發(fā)生器所產(chǎn)生的單次脈沖，替代脈搏模擬電路，以檢查計數(shù)器工作正常與否。