贵州省电子技能大赛 多用电子实验仪.docx
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贵州省电子技能大赛多用电子实验仪
《电子电路装调与应用》任务书
工位号：
评价成绩：
说明：
本次比赛工作任务共有3项目内容，共100分；由选手在规定的时间内独立完成，完成的时间为240分钟。
在对你完成工作任务情况的评价时，职业与安全意识方面有10%的比重。
请你注意安全操作、展示你的职业素养：
1．完成工作任务的过程中，所有操作都应符合安全操作规程,仪器、仪表使用规范、安全。
2．工具摆放整齐，符合职业岗位要求，使用规范，符合安全要求。
3．包装物品、导线线头等的处理要符合职业岗位的要求。
4．保持工位的整洁，处理好任务完成过程中的垃圾。
5．遵守赛场纪律，尊重赛场工作人员，爱惜赛场的设备和器材。
评价参考：
项目
内容
分值
评分说明
配分
得分
项目分
职业素养10分
安全意识
2
没有穿绝缘电工鞋扣1分。
1
出现不符合安全操作规程的行为，一次（如带电插拔）扣1分。
1
现场管理
3
保持工位整洁。
如设备及工具摆放杂乱扣0.5分。
0.5
现场未清理扣1分，清理不到位扣0.5分；
1
提前操作扣1分；竞赛时间结束仍继续操作扣1分；不遵守赛场纪律或者不服从裁判管理，扣1.5分，最多扣1.5分
1.5
操作规范
3
爱惜赛场的设备和器材。
如违规操作仪器仪表损坏，扣1.5分。
1.5
爱惜赛场的工具。
如违规操作工具损坏，扣1.5分。
1.5
更换元器件情况
2
选手在操作过程中损坏元器件，每更换一个元器件扣0.2分。
最多扣1分。
1
选手在操作过程中损坏模块，更换一个模块扣0.5分。
最多扣1分。
1
一、多用电子实验仪的装配与检测（本大项分五项，第
（一）项15分，第
（二）项14分，第（三）项12分，第（四）项10分，第（五）项5分，第（六）项5分，共61分）
（一）多用电子实验仪元器件检测、焊接与装配（本项分2项，第1项2分，第2项13分，共15分）
1．元器件选择（本项目2分）
要求：
根据给出的产品说明及电子产品电路原理图，在印制电路板焊接和产品安装过程中，正确无误地从赛场提供的元、器件中选取所需的元、器件及功能部件。
评价参考：
可按照以下三种情况评价。
A级：
电子产品功能全部实现电子实验仪工作，得2分。
B级：
在印制电路板上完成焊接器件，但电路只实现部分功能的，得1分。
C级：
电路板未能全部焊接上元器件，的0.5分
2．电子产品安装（本项目13分）
根据给出的“多用电子实验仪”电路原理图（见附图一），选择正确的元器件并且准确地焊接在赛场提供的印制电路板上。
要求：
在印制电路板上所焊接的元器件的焊点大小适中、光滑、圆润、干净、无毛刺，无漏、假、虚、连焊，引脚加工尺寸及成形符合工艺要求；导线长度、剥线头长度符合工艺要求，芯线完好，捻线头镀锡。
其中：
（1）贴片焊接（5分）
评价参考：
贴片焊接工艺按下面标准分级评价。
（1）A级：
所焊接的元器件的焊点适中，无漏、假、虚、连焊，焊点光滑、圆润、干净，无毛刺，焊点基本一致，没有歪焊。
给5分。
（2）B级：
所焊接的元器件的焊点适中，无漏、假、虚、连焊，但个别（1～2个）元器件有下面现象：
有毛刺，不光亮，或出现歪焊。
得4分。
（3）C级：
3～5个元器件有漏、假、虚、连焊，或有毛刺，不光亮，歪焊。
给3分。
（4）不入级：
有严重（超过6个元器件以上）漏、假、虚、连焊，或有毛刺，不光亮，歪焊。
得2分。
（5）完全没有贴片焊接得0分。
（2）非贴片焊接（8分）
评价参考：
非贴片焊接工艺按下面标准分级评价。
A级：
所焊接的元器件的焊点适中，无漏、假、虚、连焊，焊点光滑、圆润、干净，无毛刺，焊点基本一致，引脚加工尺寸及成形符合工艺要求；导线长度、剥线头长度符合工艺要求，芯线完好，捻线头镀锡。
得8分。
B级：
所焊接的元器件的焊点适中，无漏、假、虚、连焊，但个别（1～2个）元器件有下面现象：
有毛刺，不光亮，或导线长度、剥线头长度不符合工艺要求，捻线头无镀锡。
得7分。
C级：
3～6个元器件有漏、假、虚、连焊，或有毛刺，不光亮，或导线长度、剥线头长度不符合工艺要求，捻线头无镀锡。
得6～6.9分。
不入级：
有严重（超过7个元器件以上）漏、假、虚、连焊，或有毛刺，不光亮，导线长度、剥线头长度不符合工艺要求，捻线头无镀锡。
得5分。
超过五分之一的元器件（15个以上）没有焊接在电路板上，得0分。
（二）多用电子实验仪检修（本项分2项，每项7分，共14分）
注意：
在你已经焊接好的“多用电子实验仪”线路板上，已经设置了两处故障。
要求：
请你根据“多用电子实验仪”电路原理和电路功能（电路功能请参考附带的“多用电子实验仪”功能与操作简介）加以排除，故障排除后电路才能正常工作。
并请完成以下的检修报告。
故障排除中如果涉及有损坏的元件，请用常规元件变通的代换原则，利用赛场提供的多余元件代换（例如相同特性的其他型号元件，不同封装的同型号元件，电阻的临近阻值，电阻的串并联等办法解决），不再向赛场领用其它元件，凡领用元件的，按损坏元件领用记录。
1．故障一检修报告
故障现象（1分）
通电后呼吸灯有反应，按K1键不能启动电路。
故障检修（3分）
由于是电源不能启动，重点查启动电路：
通电用万用表检测R25两端有高的电压，开关K1两端无论按下与否均无电压，推断R25到K1的连线开路。
顺铜箔查找R25到K1的连线情况，发现中间过孔处有断线。
故障点（1.5分）
R25到K1的铜箔开路
故障排除（1.5分）
焊好R25到K1的铜箔开路处，故障排除。
2．故障二检修报告
故障现象（1分）
信号发生和测量显示正常，稳压电源无输出。
故障检修（3分）
根据现象，重点检查调整管三脚电压，TP1、TP3电压均较高，输出TP2为0V，且都不可调。
继续测量控制电路通路，发现R5两端电压均很低，说明R5到VT1基极间的连线开路。
故障点（1.5分）
R5到VT1基极间的铜箔有开路点。
故障排除（1.5分）
焊好R5到VT1基极间的铜箔开路点，故障排除。
（三）多用电子实验仪功能调试（本项目分2小项，第
（1）项6分，第
（2）项6分，共12分）
1．“多用电子实验仪”电路板电路工作正常。
（每项1分，共6分）
要求：
已经焊接、装配和故障排除后的“多用电子实验仪”电路板，可实现电路工作正常。
（1）电源工作正常，整机有反应，能够正常开机和关机，关机呼吸灯指示正常。
（2）单片机及其输入输出电路正常。
（3）数码管及LED显示电路正常工作：
能正常显示电压、电流、温度等信息。
（4）精密稳压部分正常，能够输出0-12V的可调电压。
（5）过流保护及自动恢复电路正常，过流时无输出（可以用套件中提供的4.7欧/2W的功率电阻接到输出端测试），蜂鸣器报警发声，数秒后能够自动恢复输出。
（6）信号发生、自动切换电路、功放电路工作正常，能输出指定的信号波形。
2．电路调试：
（每项1分，共6分）
（1）按下K2，关闭电源，调节RP8，使呼吸灯电路“呼吸”周期适合，完全熄灭的时间在0.5秒以内。
（2）基准电压的调节：
调节RP7，用毫伏表监测TP7电压，使之为3.072V。
（3）调节RP2，使稳压输出电压TP2为10.0-10.2V，并用万用表测试，如果误差超过1%，需重调RP7。
（4）按动频率调节键K5和K6，用频率计监测TP8的频率，使之为1KHz。
（5）调整RP3，使TP8波形峰值电压为0.5V；调整RP4，使TP9波形峰值电压为0.5V；调整RP5，使TP10波形峰值电压为0.63V；调整RP6，使TP11波形峰值电压为0.45V。
（6）按动K7，使输出波形为三角波（即绿灯亮），调整RP1，使TP6波形峰值电压为2.8V。
（四）多用电子实验仪数据测量（本10分）
要求：
根据给出的附图一“多用电子实验仪”电路图及已经焊接好的电路板。
在正确完成所有调试和设置后，使用给出的仪器仪表，对相关电路进行测量，并把测量的结果填在相关的表格及空格中。
接通电路后，让波形输出为模式4（正弦波，指示灯为蓝色），观察并测量TP6的波形，并将相关数据记录在下面表格中。
（10分）
评价参考：
（1）测量数据后面不写单位扣除该小题0.5分
（2）波形一般显示为2—6个周期，幅度一般要超过显示屏幕的一半（5格）。
画波形多于4个周期或幅度小于2格的扣0.5分，最多扣1分，波形不正确不给分。
波形（4分）
周期（2分）
幅度（2分）
T=1mS
Vp-p=2.5V
量程（1分）
量程（1分）
0.2mS/DIV
0.5V/DIV
（五）装配工艺卡片编制（本项分2项，第1项3分，第2项2分，共5分）
根据装配工艺卡片指定的智能分区播放器元器件，完成下面装配工艺卡片的编制。
1．请把下表《装配工艺过程卡片》中的“序号（位号）”列出的各元器件，在“以上各元器件插装顺序是”一栏中编制插装顺序（可归类处理）。
2．根据《装配工艺过程卡片》中“图样”，在“工艺要求”中一列其中的空格里填写工艺要求。
电子装配工艺过程卡片
装配工艺过程卡片
工序名称
产品图号
插件
PCB-20140403
序号（位号）
代号、名称
规格
数量
工艺要求
工装名称
R3
1206贴片电阻
18KΩ±1%
1
按图3（c）安装，注意不要倾斜（1.5分）
镊子、斜口钳、电烙铁等常用装接工具
R7
0805贴片电阻
10KΩ±5%
1
R1
1/4W直插电阻
300Ω±1%
1
按图1（a）安装，注意不要倾斜
R2
1/4W直插电阻
100Ω±1%
1
C7、C9
瓷片电容
1000pF
2
紧贴PCB板表面安装
C3
CD11电解电容
100μF/25V
1
按图2（e）安装，注意不要倾斜（1.5分）
IC7
三端稳压器
L7805
1
先将引脚按要求进行90度弯折，再用螺丝固定到电路板安装。
VT1
功率三极管
TIP42
1
用螺钉将三极管与散热器固定，然后紧贴电路板插装焊接接。
以上各元器件插装顺序是（R3、R7）→（R1、R2）→（C7、C9、IC7）→C3→VT1（2分）
图样
旧底图
总号
更改标记
数量
更改单号
签名
日期
签名
日期
第页
拟制
审核
共页
底图总号
标准化
第册
第页
（六）电路基础理论及原理分析：
（根据提供的电路原理图及相关资料，回答下面的问题。
本项目分5小项，每项1分，共5分）
1.全彩发光二极管是近年新开发的高效LED,它作为指示灯使用，不但可以指示红绿蓝三种状态，还可以通过混色显示其他状态，如果混色的比例恰当，红绿都亮时一般可以混色为黄色，三色都亮时显示为白色。
（选填红、橙、黄、绿、青、蓝、紫、白、棕）
2.蜂鸣器是常用的电声器件，从材料上看有压电式的和电磁式的，从发声特性上分有源的和无源的，在“多用电子实验仪”中所使用的是C。
（选填）
A.压电式有源蜂鸣器；B.压电式无源蜂鸣器；
C.电磁式有源蜂鸣器；D.电磁式无源蜂鸣器；
3.串联稳压电源一般包含取样电路、基准电压形成电路、误差比较放大电路、调整电路这四大要素，多用电子实验仪是稳压电源也包含这些要素，其中R10、R17所组成的电路从原理上看应该属于取样电路。
4．电路中VT3的ce脚击穿短路，将会使输出电压A。
（选填）
A．升到接近于输入端的电压，且不可调；B．升到接近于输入端的电压，但可适当调低；
C．接近0V，且不可调；C．接近0V，但可适当调高；
5.电路中C15起什么作用，它的值的大小会影响电路的什么特性？
答：
C15是稳压电源自动恢复的定时电容，当稳压电源过载保护后，IC2的第1脚输出的高电平使VT5截止，这是电源电压通过R19对C15充电，C15的电压充到一定程度时，就可以使VT4导通，将IC2第3脚的保护锁定电压释放，电路恢复正常供电。
二、用亚龙YL-290或HY-DZG02电工电子创新实训模块搭建电路。
（本大项共14分，第1项10分，第2项4分。
）
图2.1为一个声光控制灯电路，图中R7为光敏电阻。
当光线较强时，无论有没有声音，发光二极管LED都不亮。
当光线较暗，无声音时，LED不亮。
调节电位器Rp1，使有声音时，LED点亮5秒左右后熄灭。
图2.1
1.正确完成电路功能要求。
（本项目10分）
评价参考：
功能全部实现得10分，光敏不能控制扣5分，没有搭建完不给分。
2．在完成电路后，通电调试，检测下面数据。
（本项目共4分，每小题2分）
（1）在LED亮时NE555的3脚输出电压为3.6V（精确到0.1V）。
（2）要使声音信号出发后，LED亮的时间加长，电位器Rp2应调大（填“调大”或“调小”）。
三、使用Protel2004DXP绘制原理图和设计PCB（本大项分3项，第1项3分，第2项8分，第3项4分，共15分）
说明：
选手在E盘根目录上以工位号为名建立文件夹（××为选手工位号，与装配的电路板输入考号一致），选手竞赛所得的所有文件均存入该文件夹中。
各文件的主文件名包括：
工程（项目）文件：
××.prjpcb
原理图文件：
Sch××.schdoc
PCB文件：
PCB××.pcbdoc
原理图元件库文件：
Schib××.schlib
元件封装库文件：
Plib××.pcblib
如果选手保存文件的路径不对或没有填写工位号，则不给予选手评分。
内容：
使用ProtelDXP2004软件，根据所给的电路原理图，并在电路图中的元器件符号上标明它的标号和标称值或型号，如果赛场原理图库中没有，请自己创建，并保存到原理图元件库文件Schib××.schlib中。
1、按下图格式在A4图纸右下角绘制下表，并填写表中内容文字。
（题号填写本项目书项目号）（3分）
评价参考：
能绘制表格（2分），填写表格中文字（1分）。
2、绘制电路原理图，元件库中没有的符合选手可以自己绘制并保存到选手指定创建的原理图库文件中。
（8分）
评价参考：
能正确绘制电路图的得8分。
缺元器件一个扣1分（不再扣该元器件的连线分），没有使用国标符号一个扣1分（其中二极管和开关应该有自制符号，其它可以变通），缺一连线扣0.5分，元件型号、参数值、单位不正确每处扣0.5分，最多扣8分。
（3）、根据所画的原理图生成PCB板图。
（其中封装1分，PCB板设计3分，共4分）
请根据所画的电路原理图，采用尺寸合理的封装，其中MIC的PCB封装自制，保存到元件封装库文件Plib××.pcblib中。
要求轮廓直径10mm，焊盘间距5mm，焊盘直径2mm，焊盘孔径1mm。
评价参考：
没按要求每错一处扣0.5分，最多扣1分。
PCB板要求单面布线，导线安全距离不小于10mil，导线宽度不小于15mil，板子尺寸不大于50mm×50mm，4角设计安装孔直径3mm，顶层字符要求显示元件标号，可以不显示标称值。
设计好的PCB板图保存到PCB文件PCB××.pcbdoc中。
评价参考：
没按要求每错一处扣0.5-1分，最多扣3分。
四、电路功能与操作简介
本电路用于为电子实验、维修人员提供0-15V的精密可调稳定电压，该输出的电压、电流及环境温度可以进行数码显示，输出过载能够自动保护并报警，过几秒后能够自动恢复供电。
另一功能就是可以输出1KHz左右的方波、锯齿波、三角波、正弦波，并可以通过微动开关调节频率，可以方便地进行输出波形种类的切换，从而为实验者提供多种信号源。
1.电源开关的控制，按下K1电源将打开，精密稳压电源和信号发生电路有输出，数码管及LED指示相关工作状态。
按下K2主电源关闭，此时无任何信号和电压输出，呼吸灯开始工作，指示系统处于待机状态。
2.精密稳压电路：
开机后系统通过精密串联稳压电路输出需要的直流电压，数码管有4种显示可以设定，方式一为电压显示，此时最后一个数码管将显示电压单位“V”；方式二为电流显示，此时最后一个数码管将显示电流单位“A”；方式三为温度显示，此时最后一个数码管将显示温度单位“℃”；方式四为前面是三种状态的自动轮流显示。
前3种工作方式可以通过开关K3循环切换，按K4键进入第4种显示状态，即三种值轮流显示，单片机能够自动记忆最后的按键状态，并一直工作于此种状态，直到下一次按下显示方式切换开关为止。
稳压电路的另一个功能就是过流保护和自动恢复，当输出端电流超标时（比如短路，可以用套件中提供的4.7欧/2W功率电阻接到输出端实验该功能），电路能够自动切断输出电压，同时蜂鸣器鸣叫报警，过几秒后电路自动恢复供电，如果过流因素没有撤销，电路将继续进入报警状态，如果过流因素撤销了，电路将进入正常工作状态。
3．多种信号发生电路：
开机后单片机将自动产生一定频率的方波从单片机的第9脚输出，通过波形变换电路处理后分别将方波、锯齿波、三角波、正弦波送到电子切换开关，经选择后的信号从电子开关的第3脚输出，送到LM386组成的功放电路放大，最后从JP2输出。
按动K7可以使输出波形发生变化，即在方波、锯齿波、三角波、正弦波循环切换，同时全彩LED1将发出不同的光线指示不同的波形输出。
按下K5键可以使输出周期减小，按下K6键可以使输出周期增大。
五、主要芯片介绍
1、STC15F204EA系列单片机简介
STC15F204EA系列单片机是STC生产的单时钟/机器周期（T）的单片机，是高速/高可靠高可/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，采用第八代加密技术，加密性超强，指令代码完全兼容传统8051，但速度快6-12倍。
内部集成高精度R/C时钟，±1%温飘，常温下温飘5‰，5MHz~35MHz宽范围可设置，可彻底省掉外部昂贵的晶振。
8路高速10位A/D转换（30万次/秒），针对电机控制，强干扰场合。
（1）增强型8051CPU，1T，单时钟/机器周期，速度比普通8051快6-12倍;
（2）工作电压：
5.5V-3.8V（5V单片机）;
（3）内部高可靠复位，8级可选复位门槛电压，彻底省掉外部复位电路;
（4）内部高精度R/C时钟，±1%温飘（-40℃——+85℃），常温下温飘5‰，内部时钟从5MHz~35MHz可选（5.5296MHz/.0592MHz/22.84MHz/33.776MHz）
（5）工作频率范围：
5MHz~35MHz，相当于普通8051的60MHz～420MHz;
（6）低功耗设计：
低速模式，空闲模式，掉电模式（可由外部中断唤醒）;
（7）支持掉电唤醒的管脚：
INT0/P3.2,INT/P3.3,INT2,INT3,INT4;
（8）1K/2K/3K/4K/5K字节片内Flash程序存储器，擦写次数10万次以上;
（9）片上集成256字节RAM;
（10）有EEPROM功能，擦写次数10万次以上；
（11）ISP/IAP，在系统可编程/在应用可编程，无需编程器/仿真器；
（12）8通10位高速ADC，速度可达30万次/秒，2路定时器还可当2路PWM或D/A使用
图5.1
（13）2个16位可重装载定时器，兼容普通8051的定时器T0/T1，并可实现时钟输出和PWM功能
（14）可编程时钟输出功能，T0在P3.5输出时钟，T1在P3.4输出时钟,在P0.0口输出内部高精度R/C时钟IRC_CLK（也可2分频输出IRC_CLK/2）。
（15）硬件看门狗（WDT）；
（16）串口功能可由【P3.0/INT4,P3.1】结合定时器实现；
（17）先进的指令集结构，兼容普通8051指令集，有硬件乘法/除法指令；
（18）26个通用I/O口，复位后为：
准双向口/弱上拉（普通8051传统I/O口）可设置成四种模式：
准双向口/弱上拉，强推挽/强上拉，仅为输入/高阻，开漏，每个I/O口驱动能力均可达到20mA，但整个芯片最大不要超过90mA；
（19）封装：
DIP-20
2.CD4051
是单8通道数字控制模拟电子开关，有三个二进控制输入端A、B、C和INH输入，具有低导通阻抗和很低的截止漏电流。
幅值为4.5～20V的数字信号可控制峰值至20V的模拟信号。
例如，若VDD＝+5V，VSS＝0，VEE＝-13.5V，则0～5V的数字信号可控制-13.5～4.5V的模拟信号。
这些开关电路在整个VDD-VSS和VDD-VEE电源范围内具有极低的静态功耗，与控制信号的逻辑状态无关。
当INH输入端＝“1”时，所有的通道截止。
三位二进制信号选通8通道中的一通道，可连接该输入端至输出。
CD4051引脚功能说明
引脚号
符号
功能
124512131415
IN/OUT
输入/输出端
91011
ABC
地址端
3
OUT/IN
公共输出/输入端
6
INH
禁止端
7
VEE
模拟信号接地端
8
Vss
数字信号接地端
16
VDD
电源+
CD4051真值表
INPUTSTATES
选中输出通道
INHIBIT
C
B
A
CD4051B
0
0
0
0
0
0
0
0
1
1
0
0
1
0
2
0
0
1
1
3
0
1
0
0
4
0
1
0
1
5
0
1
1
0
6
0
1
1
1
7
1
X
X
X
均不接通
3.运算放大器LM358
LM358双运放集成电路，采用8脚双列直插塑料封装，其内部包含两组形式完全相同的运算放大器，除电源共用外，两组运算放大器相互独立，引脚及内部方框图如图5.2所示，LM358具有电源电压范围宽，静态功耗小，可单电源使用，价格低廉等优点，因此被广泛应用于各种电路中。
图5.2图5.3
在图5.3中由U7A、RP6、R13、R45和R12组成同相比例运算放大电路，其放大倍数为Auf=（R13+RRP6）/R12，我们可以通过调节RP6小范围地改变此级放大电路的放大倍数。
4.并联稳压器TL431
TL431是TL、ST公司研制开发的并联型三端稳压基准。
由于其封装简单（型如三极管）、参数优越（高精度、低温漂）、性价比高，近年来在国外已经得到了广泛应用。
TL431外形如图5.4，电路符号如图5.5，内部组成结构图如图5.6，典型应用电路如图5.7，在典型应用电路中,R1、R2和TL431组成了高精度并联稳压电源，如要改变输出电压VKA，可通过调整R1和R2的阻值，输出电压VKA便可在Vref（标称2.5V）至36伏之间任意设定。
输出电压VKA=Vref（1+R1/R2）+Iref*R1在实际应用中Iref很小一般忽略不计，所以稳压电路的输出电压可以写成VKA=Vref（1+R1/R2）。
图5.4图5.5
图5.6图5.7
5、74HC595
74HC595是一款漏极开路输出的CMOS移位寄存器，输出端口为可控的三态输出端，亦能串行输出控制下一级级联芯片。
特点：
高速移位时钟频率Fmax>25MHz
标准串行（SPI）接口
CMOS串行输出，可用于多个设备的级联
低功耗：
TA
升级会员 