四人用智力搶答器

1項目教學課程之一

石家莊郵電職業(yè)技術學院

郭根芳題目:四人用智力搶答器的設計與制作2一、實習的目的

1.學習數(shù)字電路中各種門電路、集成觸發(fā)器、CP時鐘源等單元電路的綜合運用。

2.熟悉智力搶答器電路的組成及工作原理。

3.掌握數(shù)字電子系統(tǒng)讀圖、認知、檢測、設計、安裝、焊接、測試及故障排除的方法。

4.學習整機的裝配工藝；了解一般數(shù)字電子產(chǎn)品的生產(chǎn)調(diào)試過程；掌握撰寫實訓報告的能力。3二、實習的意義

1.培養(yǎng)實踐動手能力、理論聯(lián)系實際、分析問題、解決問題的能力及嚴謹?shù)目茖W作風，積累實際工作經(jīng)驗，提高學生的綜合素質(zhì)、團隊（意識）精神、協(xié)調(diào)組織、人際交往能力和就業(yè)競爭實力。（4人一組、不拋棄、不放棄）

2.使學生在做中學，然后在學中做，先知其然，然后知其所以然。促進學生職業(yè)能力發(fā)展。體現(xiàn)“以能力為本位、以學生為中心”的教學方法。4二、實習的意義3.項目課程開發(fā)的最終目的是學生職業(yè)能力的發(fā)展，行動導向?qū)W習，學生親自經(jīng)歷完整的工作過程（工作過程系統(tǒng)化），在培養(yǎng)專業(yè)能力的同時，促進學生關鍵能力的發(fā)展和綜合素質(zhì)的提高。本實訓提供了最受企業(yè)關注的“工作過程知識”和基本工作經(jīng)驗的機會。

“知識改變命運，學習成就未來?！?三、實習內(nèi)容與步驟1.讀圖

了解用途，化整為零，抓住聯(lián)系，估算指標。四路智力搶答器電路組成及工作原理。2.認知元器件芯片74LS00、74LS20、74LS175、NE555、發(fā)光二極管、電阻、電容、按鍵開關和萬能板等。3.檢測元器件功能測試，參數(shù)測量。4.設計與安裝在萬能板上安裝。按裝順序：確定電源+5V、地線，先安裝芯片底座（8、14和16腳封裝），注意缺口的方向。65.焊接練習焊接，實際焊接。

6.直流測量根據(jù)技術指標測量、調(diào)試（常用邏輯筆）。

7.故障排除分析故障原因，找出解決的方法。

8.產(chǎn)品驗收（重點是實用；難點是美觀）是否滿足設計要求，布局布線整齊美觀、焊點牢固漂亮。

9.交實習報告實習報告是對學生撰寫科學論文和科研總結報告的能力訓練。通過寫報告，不僅是對產(chǎn)品設計、組裝、調(diào)試的內(nèi)容進行全面總結，而且是把實踐內(nèi)容上升到理論高度。

按要求書寫實習報告。7四、四人用智力搶答器（一）搶答器原理框圖及其功能說明（二）主要元器件

1.二輸入與非門——74LS00（或CC4011）

2.四輸入與非門——74LS203.集成四D觸發(fā)器——74LS175 4.555定時器——NE555（三）電路結構及工作原理（四）測試及常見故障分析8（一）搶答器組成框圖及功能介紹1.數(shù)據(jù)輸入電路由按鍵（搶答按鍵、主持人控制開關）、電阻等元件組成，輸入優(yōu)先搶答者數(shù)據(jù)。圖4-1搶答器組成框圖9

2.數(shù)據(jù)輸出顯示電路由發(fā)光二極管（LED）和電阻等元件組成，對應優(yōu)先搶答者指示燈亮。3.主控單元電路由二輸入與非門74LS00、四輸入與非門74LS20、集成四D觸發(fā)器74LS175等元件組成，具有分辨和鎖存優(yōu)先搶答者數(shù)據(jù)的功能。

4.時鐘單元電路由NE555、電阻、電容和+5V電源等元件組成，為搶答器提供時鐘脈沖（CP）信號。105.工作原理

（1）搶答之前，主持人將開關置于清“0”位置，搶答器處于禁止工作狀態(tài)，顯示燈熄滅。（2）當主持人宣布搶答開始時，同時將開關撥到“開始”位置，當按下任意一個按鍵時，對應的LED燈被點亮，以后再去按其它的按鍵，指示燈的狀態(tài)不改變。直到按下“清零”按鍵。（一）搶答器組成框圖及功能介紹11（二）主要元器件注意：與非門邏輯功能——輸入有0出1，輸入全1出0。不用的輸入端懸空、并聯(lián)或接高電平。1.二輸入與非門—74LS00圖4-274LS00引腳排列圖121.二輸入與非門—CC401174LS00和CC4011可直接代換（注意引腳排列）圖4-3CC4011引腳排列圖132.四輸入與非門—74LS20注意：與非門邏輯功能：輸入有0出1，輸入全1出0。不用的輸入端懸空、并聯(lián)或接高電平。（NC為空腳）圖4-474LS20引腳排列圖143.四D觸發(fā)器—74LS1751234圖4-574LS175引腳排列圖153.四D觸發(fā)器—74LS1751D、2D、3D、4D為數(shù)碼輸入端；1Q、2Q、3Q、4Q和4個（反相）端為數(shù)碼輸出端；為異步清零端。圖4-674LS175引腳排列圖16

555定時器是一種將模擬電路和數(shù)字電路集成于一體的電子器件。用它可以構成單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、多諧振蕩器和施密特觸發(fā)器等多種電路。

555定時器在工業(yè)控制、定時、檢測、報警等方面有廣泛應用。4.555定時器17

多諧振蕩器是一種無穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，接通電源后，不需外加觸發(fā)信號，就能產(chǎn)生矩形波輸出。

由于矩形波中含有豐富的諧波，故稱為多諧振蕩器。

多諧振蕩器是一種常用的脈沖波形發(fā)生器，觸發(fā)器和時序電路中的時鐘脈沖一般是由多諧振蕩器產(chǎn)生的。（1）由555定時器組成的多諧振蕩器18（2）定時器—555引腳排列圖圖4-7定時器555引腳排列圖19（2）定時器—555引腳排列圖2腳為低電平觸發(fā)端；6腳為高電平觸發(fā)端；4腳復位端低電平有效；5腳為控制端，不用時，經(jīng)0.01uF濾波電容接地，防止引入干擾；

7腳為放電端，外接電容元件C通過放電三極管T放電；

3腳為輸出端，輸出電流可達200mA，直接驅(qū)動發(fā)光二極管、揚聲器和指示燈；8腳為電源端，可在5V～18V范圍內(nèi)使用；

1腳為接地端

。20①電路結構

UC（3）多諧振蕩器電路圖4-8多諧振蕩器電路21

圖4-9多諧振蕩器電路與波形

UC輸出端2腳觸發(fā)輸入端，UC低于VDD/3使輸出端（3腳）置16腳閾值輸入端，UC高于VDD2/3使輸出端（3腳）置0。

②

工作原理

2223（三）搶答器原理電路圖注意：淸零端低電平有效，優(yōu)先級最高。其它選手按鍵不起作用。01.清零后邏輯電平值1腳低電平

圖4-10四路搶答器原理圖

24與非門邏輯功能：輸入有0輸出為1。注意信號流向：+5V、S1、4腳、2腳、LED1、R1、地。CP上升沿有效，其它按鍵不起作用若3腳連接有問題如何？（輸出鎖不?。?.S1搶答后的邏輯電平值1腳高電平25

555定時器產(chǎn)生時鐘信號（1000Hz）。

四D觸發(fā)器的CP信號由輸出信號Q（經(jīng)G1、G2輸出）和555定時器輸出的時鐘信號CP1共同決定。

CP上升沿有效。

與非門邏輯功能：輸入有0輸出為1。2.四人搶答器電路1000Hz

圖4-11四人搶答器電路

264.四人搶答器實物連接圖（簡化圖）555定時器（1000Hz）2、7、10和15腳輸出74LS001、2腳入3腳輸出；4、5腳入6腳出74LS1753、6、11和14腳輸出4、5、12和13腳輸入74LS201、2、4和5腳輸入，6腳輸出最后引出一根紅線（+5V），一根黑線(地)，一根黃線（時鐘）。信號：+5V、S1、4、2腳、D1、R1、地。

圖4-12四人搶答器實物連接圖

273.四人搶答器實物連接圖（74LS00）Q端：2、7、10和15腳輸出D端：4、5、12和13腳輸入74LS201、2、4和5腳輸入，6腳輸出74LS001、2腳入3腳輸出；4、5腳入6腳出

圖4-13四人搶答器實物連接圖（實訓用）

283.四人搶答器實物連接圖（4011）Q端：2、7、10和15腳輸出D端：4、5、12和13腳輸入74LS201、2、4和5腳輸入，6腳輸出40111、2腳入3腳輸出；5、6腳入4腳出29（四）測試及常見故障分析1.首先檢查萬能板及各元器件的連線是否有短路、斷路、少接、多接、錯接、橋接及虛焊等故障。檢查順序：萬能板、+5V、地、CP時鐘部分、數(shù)據(jù)輸入部分、控制部分及顯示輸出部分。修剪焊點導線，高度小于3mm。清理反面焊點周圍的環(huán)境，即焊珠、焊渣等。安裝芯片。注意：導線外皮損壞造成短路；內(nèi)芯損壞造成開路。30萬能板（焊接面）

圖4-14單孔萬能板（錫板）31萬能板（焊接面）圖4-15三孔板（銅板）32萬能板圖4-16四連孔板（銅板）33萬能板（焊接面）要求：走線橫平豎直焊點堅固漂亮34萬能板萬能板元器件排列元器件面要求：元器件布局美觀漂亮整齊劃一35萬能板萬能板是一種按照標準IC間距（2.54mm）布滿焊盤、可按自已的意愿插裝元器件及連線的印制電路板。使用門檻低，成本低廉，使用方便，擴展靈活。學生電子設計競賽中，作品大多使用萬能板。別名：萬用板、實驗板、學習板、洞洞板、點陣板。36萬能板的選用

主要有兩種：一種焊盤各自獨立，另一種是多個焊洞連接在一起。單孔板

單孔板較適合數(shù)字電路和單片機電路，因為以芯片為主，電路較規(guī)則。連孔板

連孔板則更適合模擬電路和分立電路。連孔板一般有三連孔，四連孔和五連孔。37按材質(zhì)選用

銅板

銅板的焊孔是裸露的銅，呈現(xiàn)金黃色，平時應該用報紙包好保存以防止焊孔氧化，萬一焊孔氧化了（焊盤失去光澤、不好上錫），可以用棉棒蘸酒精或用橡皮擦拭。錫板焊孔表面鍍了一層錫的是錫板，焊孔呈現(xiàn)銀白色，錫板的基板材質(zhì)要比銅板堅硬，不易變形。38萬能板的焊接技術1、元器件布局要合理，事先一定要規(guī)劃好，不妨在紙上先畫畫，模擬一下走線的過程。

2、用不同顏色的導線表示不同的信號（同一個信號最好用一種顏色）；

3、按照電路原理，分步進行制作調(diào)試。做好一部分就可以進行測試、調(diào)試。

4、走線要規(guī)整；邊焊接邊在原理圖上做出標記。39萬能板的焊接技術

5、注意引腳的鍍錫處理。（1）假如萬能板的焊盤上面已經(jīng)氧化，那么需要打磨。（2）元器件引腳如果氧化，用刀片等工具刮掉氧化層后，做鍍錫處理。（3）導線剝開后，絕緣層剝離長度要控制，以免焊接后容易和別的線短路；（4）

導線兩端需要做鍍錫處理后。402.焊接完成后引出兩根線

在安裝、焊接全部工作結束后在萬能板上引出+5V和地兩根（紅、黑）線。用萬用表測量萬用板引出的+5V、地線之間的電阻應為600歐姆以上。如太小，則有短路的地方。停止測試，繼續(xù)檢查。測試時：把萬能板的紅線接數(shù)字電路實驗箱的+5V、黑線地；如告警則說明板子有短路的地方。停止測試，繼續(xù)檢查。413.檢查各芯片+5V、地是否都連通。

思考題：有的同學拿到宿舍，接交流電源220V；接一節(jié)電池（1.5V）結果怎么樣？注意：有多少個點接+5V和地？424.檢查芯片型號、位置及引腳排列。注意：芯片缺口方向位置。注意：引腳的排列。芯片跨萬能板+5V線和地線放置。43（四）測試及常見故障分析5.測量各芯片引腳的直流電位。常用數(shù)字實驗箱邏輯筆檢測：高電平時紅燈亮；低電平時綠燈亮。時鐘脈沖（CP）時紅綠燈都亮。思考題：一根導線兩端的電平不同，正常嗎？為什么？446.檢測555定時器3腳有無時鐘信號輸出注意：1000Hz時鐘脈沖輸入時邏輯筆紅綠燈都亮。邏輯筆電平值UCVDD思考題：4腳接地結果會怎樣？RD457.檢查4D觸發(fā)器74LS175邏輯功能1腳為高電平，9腳時鐘正常時：（邏輯筆）4腳高電平，則2腳為高電平，3腳為低電平；5腳高電平，則7腳為高電平，6腳為低電平。等1234468.檢查74LS00（CC4011）邏輯功能

使用邏輯筆：1、2腳為高電平，則3腳為低電平；只要輸入有一個是低電平，則輸出為高電平。479.檢查74LS20邏輯功能

使用邏輯筆：1、2、4、5腳為高電平，則6腳為低電平；只要輸入有一個腳是低電平，則輸出為高電平。4810.不按開關燈（都）亮：開關安裝有問題，電阻阻值過大（開路、虛焊），電阻沒有接地。（即D輸入端為高電平）從后（顯示部分）往前檢查。將開關對角剪斷、余兩個腳分別接+5V和芯片清零端是否有效？（LED陽極直接連接了+5V）4911.發(fā)光二極管不亮:可能發(fā)光二極管損壞或正、負極安裝反了、開路、開關壞或沒有時鐘（CP）。從后（顯示部分）往前檢查。分析可能引起故障的原因。1腳是否為高電平？

9腳是否有時鐘？5012.輸出鎖不?。嚎赡?4LS20、74LS00的連接有問題（短路、導線絕緣皮損壞）或芯片損壞?！臼笹2（74LS00）輸出高電平】故障點在控制部分從前（按鍵）往后檢查。按鍵正常；175正常；通常CP輸入不正常，時鐘CP1總起作用。不按不亮51

13.按下開關后不起作用：開關壞，1腳低電平，沒有時鐘脈沖;有時連按幾下才行，可能CP周期過大。按開關燈不亮從前（按鍵）往后檢查。用邏輯筆測4、2、1腳電平值及9腳CP脈沖。5214.發(fā)光二極管亮度不一致（亮、暗）可能是：電阻R的數(shù)值有問題。

100Ω和5.1kΩ接反了。注意電阻的色環(huán)。

思考題：有的同學把+5V和地直接并聯(lián)在發(fā)光二極管兩端。結果怎么樣？5315.用邏輯筆檢測的電平值（清零后）74LS175：2、7、10和15腳輸出低電平74LS175：4、5、12和13腳輸入低電平，1腳高電平。74LS20：1、2、4和5腳輸入高電平，6腳輸出低電平。74LS00：1、2腳入低電平，3腳輸出高電平；4、腳入高電平，5腳輸入時鐘，6腳輸出時鐘。74LS175：3、6、11和14腳輸出高電平。高電平紅燈亮，低電平綠燈亮，時鐘紅綠燈都亮。NE555：

3腳輸出時鐘脈沖（CP）。5416.用邏輯筆檢測的電平值（清零后、4011）74LS175：2、7、10和15腳輸出低電平74LS175：4、5、12和13腳輸入低電平，1腳高電平。74LS20：1、2