课程设计说明书
课程名称： 数字电子技术课程设计 专业： 通信工程 班级： 姓名： 学号：
指导教师： 成绩：
完成日期： 2012 年 1 月 12 日
任 务 书
题目：数码显示电子钟 设计内容及要求： 内容：焊接数码显示电子钟电路； 学习数码显示电子钟的组成电路及工作原理； 数码显示电子钟电路的硬件调试。 要求：掌握集成计数器、显示电路的综合应用； 掌握数码显示电子钟的组成电路及各部分电路的工作原理； 熟悉数码显示电子钟的安装与调试。 设计环境： 数字钟套件、电烙铁、焊锡丝、斜口钳、镊子、螺丝刀 实现目标： 学会综合运用数字电子技术所学的知识解决实际问题； 学会电子电路的工作原理、电子电路的组装、电子电路焊接技术，电子电路故障的检测与排除，电子电路的调试。 摘 要
数字钟是用数字集成电路构成，用数码管显示的一种现代化计数器。它一般由振荡器、分频器、计数器、译码器、显示器、较时电路等部分组成，这些都是数字电路中应用最广的基本电路。振荡器和分频器构成组成标准秒信号发生器，不同进制的计数器、译码器和显示器组成计时系统，通过校时校时校分电路实现对时、分的校准。数字钟实际上是一个对标准频率（1HZ）进行计数的计数电路。由于计数的起始时间不可能与标准时间（北京时间）一致，故需要在电路上加一个校时电路，同时标准的1HZ时间信号必须做到准确稳定。通常使用石英晶体振荡器电路构成数字钟。 关键词：电子钟 数码管 PMOS集成电路
目录
1 电子元件的焊接技术 .............................................................................................................................. 1
1.1 焊接工具和材料 ........................................................................................................................... 1
1.1.1 电烙铁 .................................................................................................................................. 1 1.1.2 焊料 ...................................................................................................................................... 1 1.1.3 助焊剂 .................................................................................................................................. 1 1.2 手工焊接方法 ............................................................................................................................... 2
1 .2.1 焊接操作姿势 .................................................................................................................... 2 1.2.2 电烙铁拿法 .......................................................................................................................... 2 1.2.3 操作步骤 .............................................................................................................................. 2 1.2.4 五步焊接法 ........................................................................................................................ 3 1.2.5 焊接要注意的事项 ............................................................................................................ 3
2 概述与要求 .............................................................................................................................................. 4
2.1 概述 ................................................................................................................................................. 4 2.2 设计要求 ......................................................................................................................................... 4
2.2.1 设计的数字钟能直接显示“时”，“分” ........................................................................ 4 2.2.2 计数功能 .............................................................................................................................. 5 2.2.3校时功能 ............................................................................................................................. 5 2.2.4 定时 闹钟功能 .................................................................................................................. 5
3 电子钟实验原理 ........................................................................................................................................ 5
3.1数码钟的构成 ................................................................................................................................. 6 3.2主要元器件及电路介绍 ................................................................................................................. 6
3.2.1 LM8560原理 ....................................................................................................................... 6 3.2.2 CD4060原理 ....................................................................................................................... 6 3.2.3桥式整流器 ......................................................................................................................... 7 3.2.4 蜂鸣器 ................................................................................................................................ 8 3.3 电路基本原理 ................................................................................................................................. 8 4 焊接与安装 ................................................................................................................................................ 9
4.1安装 .................................................................................................................................................. 9
4.1.1 安装工艺要求 .................................................................................................................... 9 4.1..2 安装注意事项 .................................................................................................................. 9
5 调试与故障处理 ...................................................................................................................................... 10
5.1 调试 ............................................................................................................................................ 10 5.2 故障的检查方法 ............................................................................................................................11 5.3 逐级孤立法分析与排除故障 ........................................................................................................11 6实训心得 ................................................................................................................................................... 12 附1 元件列表 ............................................................................................................................................. 13 附2 成果展示 ............................................................................................................................................. 14
1 电子元件的焊接技术
一个电子装置由若干个电子元件组成，各个电子元件通过焊接连接为一个完整的
电路，焊接技术的优劣直接影响电子装置是否正常运行和质量的好坏。
1.1 焊接工具和材料
1.1.1 电烙铁
电烙铁是焊接电子元器件的重要工具，直接影响着焊接的质量。电烙铁从结构上分为外热式和内热式两种。选择电烙铁要根据焊接任务的不同，选用不同功率的电烙铁。一般焊接半导体元器件选用20W电烙铁即可。
新的电烙铁使用前要进行“上锡”。首先将烙铁头锉干净，然后把电烙铁通电加热，预热一会儿后将烙铁头粘上松香，再用烙铁头将焊锡丝熔化，使烙铁头上薄薄的镀上一层锡。防止电烙铁长时间加热因氧化使烙铁头被“烧死”，不再“吃锡”。如图1.1
1.1.2 焊料
焊料是将被焊物体牢固的焊接到电路板上。焊料熔点比被焊物熔点低很多，否则容易和被焊物连在一起。
一般的电子元件用焊料是锡铅比例为3：2的焊锡，其低熔点仅为180摄氏度左右，用25W-30W的电烙铁就可以熔化。焊锡通常制作成管状焊锡丝，内芯有松香做助焊剂。如图1.2
图1.1 电烙铁 图1.2 焊锡
1.1.3 助焊剂
助焊剂的作用是去除焊件表面的氧化物，加热时防氧化，帮助焊料流动，减少表面张力，提高焊接质量。一般用松香或松香水。
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1.2 手工焊接方法
1 .2.1 焊接操作姿势
操作姿势。手工操作时，应注意保持正确的姿势，有利于健康和安全。正确的操作姿势是： 挺胸端正直坐，不要弯腰，鼻尖至烙铁头尖端至少应保持20cm以上的距离，通常以40cm时为宜 1.2.2 电烙铁拿法
根据电烙铁大小的不同及操作室的方向元件不同，可将手持电烙铁的方法分为：反握法正握法和握笔法，图1.3
图1.3 手握法
1.2.3 操作步骤
焊接技术作为一项基本功，在电子制作中有着举足轻重的地位。用电烙铁手工锡焊时需要掌握一定的技巧，这技巧实际上包含在焊接10字要领——\"一刮、二镀、三测、四焊、五查\"的焊接全过程中。
一刮：刮就是焊接前要做好被焊金属物表面的清洁工作，可用小刀、废钢锯条等刮去（或用细砂纸打磨掉、用粗橡皮擦除）焊接面上的氧化层、油污或绝缘漆，直到露出新的金属表面。
二镀：镀就是对被要焊接的部位进行搪锡
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三测：测就是对搪过锡的元器件进行检查，看元器件在电烙铁高温下外观有无烫损、变形、搭焊（短路）等。
四焊：焊就是把\"测\"试合格的元器件按要求焊接到印制电路板或指定的位置上去。 1.2.4 五步焊接法
正确的焊接方法是五步焊接法：准备施焊、加热焊件、加焊锡、去焊锡和去烙铁，如图1.4所示。
(1)准备施焊：首先准备好焊锡丝，然后预热电烙铁。 (2)加热焊件：将烙铁头接触焊接点，使被焊引线和焊盘加热。
(3)加焊锡：当焊件加热到一定温度后，放上焊锡丝，焊锡丝能够立即沾附到被焊件上，在焊接芯片等电子产品时不能长时间与焊盘接触，容易使其烫坏。 (4)加焊锡：当熔化一定量的焊锡后，将焊锡丝移开。
(5)去烙铁：当焊锡完全湿润焊点后，朝大约45°方向迅速移开电烙铁。
图1.4 五步焊接法
1.2.5 焊接要注意的事项
1、对焊件要先进行表面处理
一般焊件表面都被氧化，需要表面处理，去除表面污迹，氧化膜等。采用刮磨或用酒精清洗。
2、对元件引脚进行镀锡
对导线、引脚的焊接部位要进行焊锡润滑，也称上锡。 3、焊料量的控制
焊点的焊锡量要适量，不可过多或过少，如图1.5所示。
图1.5 焊料量的控制
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4、焊点的质量
焊接质量的好坏以焊点圆滑、光亮为好。
图1.6 焊接主意事项
2 概述与要求
2.1 概述
随着电子行业的发展, 数字钟已成为人们日常生活中不可缺少的必需品，广泛用于个人家庭以及车站、码头、剧场、办公室等公共场所，给人们的生活、学习、工作、娱乐带来极大的方便。由于数字集成电路技术的发展和先进的石英技术，使数字钟具有走时准确、性能稳定、携带方便等优点，它还能用于计时、自动报时和自动控制等各个领域。
为了让我们可以很好地把已经学过的比较零散的数字电路的知识能够有机的、系统地联系起来用于实际，培养综合分析、设计电路的能力，所以我们进行此次数字钟的设计是必要的。可编程逻辑器件在数字系统中的应用随着集成电路技术和计算机技术的蓬勃发展,让电子产品设计有了更好的应用市场,实现方法也有了更多的选择。传统电子产品设计方案是一种基于电路板的设计方法,该方法需要选用大量的固定功能器件,然后通过这些器件的配合设计从而模拟电子产品的功能,其工作集中在器件的选用及电路板的设计上。随着计算机性价比的提高及可编程逻辑器件的出现,对传统的数字电子系统设计方法进行了解放性的革命,现代电子系统设计方法是设计师自己设计芯片来实现电子系统的功能,将传统的固件选用及电路板设计工作放在芯片设计中进行。从20世纪90年代初开始,电子产品设计系统日趋数字化、复杂化和大规模集成化,各种电子系统的设计软件应运而生。
2.2 设计要求
2.2.1 设计的数字钟能直接显示“时”，“分”
数字钟是一个将“时”和“分”显示于人的视觉器官的计时装置。它的计时周期为12，显示满刻度为23时59分，另外应有校时功能和一些显示星期、报时、停电查看时
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间等附加功能。因此，一个基本的数字钟电路主要由译码显示器、“时”和“分”，计数器、校时电路、报时电路和振荡器组成。 2.2.2 计数功能
“时计数器”采用24进制计时器，可实现对一天24小时的累计。 2.2.3校时功能
整点报时电路是根据计时系统的输出状态产生一脉冲信号，然后去触发一音频发生器实现报时。校时电路是用来对“时”和“分”显示数字进行校对调整的。 2.2.4 定时 闹钟功能
当调好时间后，并按下开关K2，显示屏右下方有红点指示，到定时时间有驱动信号经R3使VT1工作，继电器得到电后开始工作，从而使负载两端加有220V交流电，如果需要复位，只要按动开关K4即可，按下开关K1，即可定时报警输出。在面板上从左到右，存在五个微动开关，分别是S4、S3、K1、S2、S1，S4调定时、S3调时钟、S2调分钟、S1调小时，K1为定时报警开关（即闹铃开关），K2为定时控制开关。
3 电子钟实验原理
数码显示电子钟原理图如图3.1所示:
图3.1 电路图
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3.1数码钟的构成
数字钟实际上是一个对标准频率（1HZ）进行计数的计数电路。由于计数的起始时间不可能与标准时间（如北京时间）一致，故需要在电路上加一个校时电路，同时标准的1HZ时间信号必须做到准确稳定。通常使用石英晶体振荡器电路构成数字钟。
本数字钟电路主要由译码显示器、“时”和“分”计数器、校时电路、报时电路和振荡器组成。干电路系统由秒信号发生器、“时、分计数器、译码器及显示器、校时电路、整点报时电路组成。分信号产生器是整个系统的时基信号，它直接决定计时系统的精度，一般用石英晶体振荡器加分频器来实现。“分计数器”采用60进制计数器，每累计60分钟，发出一个“时脉冲”信号，该信号将被送到“时计数器”。“时计数器”采用12进制计时器，可实现对半天12小时的累计。译码显示电路将“时”、“分”计数器的输出状态进行七段显示译码器译码，通过六位LED七段显示器显示出来。整点报时电路是根据计时系统的输出状态产生一脉冲信号，然后去触发一音频发生器实现报时。校时电路是用来对“时”、“分”显示数字进行校对调整的。
3.2主要元器件及电路介绍
3.2.1 LM8560原理
本实验采用的是含有一只PMOS大规模集成电路的LM8560。PMOS是指由n型衬底、p沟道，靠空穴的流动运送电流的MOS管。LM8560集成电路采用28脚双列直插式封装，如下图3.2。
LM8560集成电路内含显示译码驱动电路、12/24小时选择电路及以其他各种设置报警等电路。它具有较宽的工作电压范围(7．5-14V)和工作温度范围(@20C-+70C)。它自身功耗很小，输出的能直接驱动发光二极管显示屏。
图3.2 A LM8560集成电路 图3.2B LM856O实物图
3.2.2 CD4060原理
CD4060 由一震荡器和14 极二进制串行计数器位组成，震荡器的结构可以是RC 或
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晶振电路。CR 为高电平时，计数器清零且振荡器使用无效，所有的计数器位均为主从触发器。在CP1（和CP0）的下降沿计数器以二进制进行计数，在时钟脉冲线上使用施密特触发器对时钟上升和下降时间无限制。CD4060 提供了16 引线多层陶瓷双列直插（D）、熔封陶瓷双列直插（J）、塑料双列直插（P）和陶瓷片状载体（C）4 种封装形式，如图3.3、3.4。
图3.3 CD4060引脚图
图3.4 CD4060内部框图
3.2.3桥式整流器
桥式整流器是利用二极管的单向导通性进行整流的最常用的电路，常用来将交流电转变为直流电。桥式整流是对二极管半波整流的一种改进。桥式整流器利用四个二极管，两两对接。输入正弦波的正半部分是两只管导通，得到正的输出；输入正弦波的负半部分时，另两只管导通，由于这两只管是反接的，所以输出还是得到正弦波的正半部分。 桥式整流器对输入正弦波的利用效率比半波整流高一倍。 桥式整流器是由多只整流二极管作桥式连接，外用绝缘塑料封装而成，大功率桥式整流器在绝缘层外添加金属壳包封，增强散热。桥式整流器品种多，性能优良，整流效率高，稳定性好，最大整流电流从0.5A到50A，最高反向峰值电压从50V到1000V。如图3.5所示：
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图3.5 桥式整流电路
3.2.4 蜂鸣器
电磁式蜂鸣器是由振荡器、电磁线圈、磁铁、振动膜片及外壳等组成。接通电源后，
振荡器产生的音频信号电流通过电磁线圈，使电磁线圈产生磁场。振动膜片在电磁线圈和磁铁的相互作用下，周期性地振动发声
3.3 电路基本原理
LM8560(IC1)是50/60Hz的时基24小时专用数字钟集成电路，有28只管脚，1-14脚是显示笔划输出，15脚为正电源端,20脚为负电源端，27脚是内部振荡器RC输入端,16脚为报警输出，这里是用报警信号控制继电器得电，从而控制交流电源220V的开启。T1为降压变压器,经桥式整流(VD6-VD9)及滤波( C3 C4)后得到平滑的直流电,供主电路和显示屏工作.当交流电源停电时,备用电池通过VD5向电路供电。IC2(CD4060) JT R2 C2构成50Hz的时基电路，CD4060内部包含14位二分频器和一个振荡器，电路简洁，30.720KHz的信号经分频后，得到50Hz的信号送到LM8560的25脚，并做秒信号经VT2 VT3驱动显示屏的闪动。当调好定时时间后，并按下开关K2(白色钮)，显示屏右下方有红点指示，到定时时间有驱动信号经R3使VT1工作,继电器得电工作，从而使负载两端加有220V交流电。如需复位,只按动开关S4即可。按下开关K1(红色钮),即可定时报警输出。在面板上从左到右。存在5五个微动开关,分别是S4 S3 S2 S1调小时，S2调分钟 S3调时钟 S4调定时，K1定时报警开关(即闹铃开关)，K2定时控制开关。
调分钟时，需按下S3的同时按动S1,即可调小时数；按下S3的同时按动S2可调分钟数。
调定时输出或闹铃报警时，需按下S4的同时按动S1即可调定时时的小时数；按下S4的同时按动S2可调定时分钟数。
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4 焊接与安装
4.1安装
4.1.1 安装工艺要求
（1）.用万用表检测各元件。
（2）.安装元件，先装低矮和耐热的元件如电阻，再装大一点的元件，最后装怕热元件三极管，集成电路等。电阻的安装：将电阻阻值选择好后，根据两孔的距离采用立式紧贴电路板安装。电解电容、二极管、三极管安装时注意极性和型号，电解电容C4紧贴电路板卧式安装，C3紧贴电路板立式安装；二极管紧贴电路板立式安装；三极管安装时要注意型号，轻触开关和自锁开关紧贴电路板安装。
（3）.排线两端去塑料皮上锡后一端按电原理图的序号接LED的显示屏，另一端接电路板，蜂鸣器的两端分别焊红白导线，导线的另一端分别接电路板的BL+、BL-。另外，电路板上还有6根跳线（J1-J6），可用其它元件多余的铁线充当。
（4）.将热缩管套在电源变压器初级线圈的导线上，然后吧插头电源线与初级线圈以及电源输出插座的一端另一端通过继电器焊在一起，移动热缩管至焊接处并用烙铁直接对热缩管加温直至热缩管缩小将导线包住，确保使用时的安全。变压器安装在前盖两个高的支架上，用螺钉固定，接入电路时注意分清初、次级。蜂鸣器装在前盖的共振腔座孔中，用胶或电烙铁点一下固定。显示屏和电路板分别用四颗自攻螺丝固定，电路板与显示屏之间的排线折成S形（即扭成一个麻花），防止排线在焊接处折断。电源线卡好后引出壳外，电池弹簧依顺序安好。前盖和后盖对好后扣好，再同自攻螺丝固定即可。 4.1..2 安装注意事项
（1）安装前的准备工作
① 检查印刷板上有无质量问题； ② 全部元器件安装前必须进行测试； ③ 处理好电烙铁做好焊接的准备工作。 （2）元器件的检测
首先对照原理电路图，看懂印制电路图。将电路图中元件与实物元件进行对照，认识实物元件。再对元件进行检测。
① 对照原理电路，列出元件列表。绘制元件清单。
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② 逐一检查测试电阻、电容参数。用数字万用表测试小容量电容器电容量。本电路中对电阻和电容无特殊要求。
③ 检查电位器是否完好。 （3）电子元件的引线整形
电子元件在安装到电路板上时,必须事先对元件的引脚进行整形,以适应电路安装的需要。电子元器件的引线成型主要是为了使元器件的安装尺寸满足印制电路板上元件安装孔尺寸的要求。
（4）电子元器件的插装方法
① 插装的顺序：先低后高，先小后大，先轻后重。
② 元器件的标识：电子元器件的标记和色码部位应朝上，以便于辩认；横向插件的数值读法应从左至右，而竖向插件的数值读法则应从下至上。 ③ 元器件的间距
在印制板上的元器件之间的距离不能小于1mm；引线间距要大于2mm。一般元器件应紧密安装，使元器件贴在印制板上。
符合以下情况的元器件不宜紧密贴装，而需浮装：
A、轴向引线需要垂直插装的：一般元器件距印制板3～7mm； B、发热量大的元器件（大功率电阻、大功率管等）； C、受热后性能易变坏的器件（如集成块等）； ④ 注意二极管、集成电路、电解电容的极性
本电路板因元件较少，元件的安装秩序：二极管、电阻、电位器、小电解电容、大电解电容、集成电路的顺序进行安装。
安装前注意元件引脚是否氧化，对氧化严重的元件要进行处理和上锡。
5 调试与故障处理
5.1 调试
通电前先认真对照电路原理图、线路板、检查有无错焊漏焊，观察电路板上有无短路现象发生，如有故障要一一排除。通电时一定要注意高压危险，插电源时手一定不要接触及电路极特别时继电器这一块只要焊接正确，通电后即可正常工作;时间显示并闪动了。调整后就不闪动了。调整当时时间：用手指按下调时键S3不动，用另一手指点按小时键S1直到当前时间当左上角有点显示时表示是上午，没有点显示时是下午（24
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小时制除外）再用手指点按分钟键S2直到当前分钟时间，这时可松开调时键，这样时间就调好了。调定时输出：用手指按下定时键S4不动，其它调整方法同调当前时间一样。当需要定时时将K2开关按下，不用时可松开，这时显示屏的右下角有相应点的显示（这时闹铃开关处于关闭状态）；当需要定时闹铃时将K1按下，不用时可松开，这时显示屏的右下角有相应点的显示（这时闹铃开关处于关闭状态）。
5.2 故障的检查方法
(1)直观检查法
为了避免和减少接线的错误，应画出正确的电路原理图和安装接线图。按照安装接线图检查电源线、信号线有无接错，元件有无错焊、漏焊，二极管、三极管、电解电容器极性有无接反等。通话后检查是否有打火等异常声响；有无焦糊异味出现；摸晶体管、电阻、集成电路是否温度过高等。发现异常立即断电检查故障。 (2)仪器检查法
用万用表、示波器等仪器发现和寻找故障及元件。
5.3 逐级孤立法分析与排除故障
在不能直接排除故障部位时，可采用逐级检测的方法却低昂故障部位。 步骤为： (1)判断故障级 可采用三种方法。
① 由前向后逐级寻找故障级。从第一级输入信号，测量其后各级输出信号是否正常，如发现某一级的输出波形不正确，可判断故障发生哎该级电路。
② 有后向前逐级寻找故障级。可在某级输入端加入信号，测量其后各级输出信号是否正常，无故障则向前级推进。若在某级输出波形不正常，可判断故障发生在该级电路。
③ 2分法。即在中间级测量工作状态或输出信号，由此判断故障时在前半部分还是在后半部分。
(2)寻找故障的具体部分元器件
股扎根级确定后，可通过测量共工作点电压、电流，等方法确定故障的元器件。
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6实训心得
数字钟是采用数字电路实现对“时”、“分”、“秒”数字显示的计时装置。数字钟的精度、稳定度远远超过老式机械钟。与传统机械钟相比，它具有走时准确、显示直观无机械传动装置等优点。在数字显示方面，目前以有集成的记数、译码电路，他可以直观的驱动数码显示器件。也可直接采用CMOS-LED光电组合器件,构成模块式石英晶体数字钟。这些电路装置十分小巧,安装使用也方便,如果想实现大型光电数字显示,可以加一定的驱动电路,采用霓虹灯或白炽灯显示系统,做起来也不困难。
数字钟是以不同的计数器为基本单元构成的，它的用途十分广泛，只要有计时、计数的存在，便要用到数字钟的原理及结构；同时在日期中，它以其小巧，价格低廉，走时精度高，使用方便，功能多，便于集成化而受广大消费的喜爱。经过一个多月的精心设计终于完成了这次小保姆式数字电子钟的设计，在这里我要感谢李姿老师以及小组同学们在此过程中对我的指导与帮助。
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附1 元件列表
序号 名称 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 名称规格 用量 位号 序号 名称 18 19 电解电容 电解电容 轻触开关 自锁开关 按键帽 集成插座 集成插座 偏插头 排线 导线 电池极片 名称规格 220UP 1000UP 6×6×17 7×7 28密脚 16脚 1.2M 8CM×18芯 1.0×60MM 用量 位号 1支 C3 1支 C4 4个 S1‐4 1个 K1 1个 1个 1个 1根 1组 4根 一套 集成电路 LM8560(3450) 1块 IC1 集成电路 CD4O60 二极管 三极管 三极管 三极管 显示屏 晶振 蜂鸣器 IN40O1 9013 9012 8050 FTTL-655G 30.720K Φ12×9 1块 IC2 9支 D1‐D9 20 2支 VT3.VT4 21 1支 VT2 1支 VT1 1块 LED 1支 JT 1个 BL 1个 1支 R7 22 23 24 25 26 27 28 电源变压器 220V/9V/2W 电阻 电阻 电阻 电阻 电阻 1K 6.8K 10K 120K 1M 3支 R4.5.6 29 1支 R3 1支 R1 1支 R2 1支 C2 1支 C1 30 31 32 33 34 前后壳电池盖 前后壳电池盖 三件 螺丝 螺丝 热缩管 说明书 线路板 PA3×6MM PA3×8MM Φ3×20MM 说明书 5粒 1粒 2根 一份 1块 瓷片电容 20P 瓷片电容 103P
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附2 成果展示
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