四人用智力搶答器

1項(xiàng)目教學(xué)課程之一

石家莊郵電職業(yè)技術(shù)學(xué)院

郭根芳題目:四人用智力搶答器的設(shè)計(jì)與制作2一、實(shí)習(xí)的目的

1.學(xué)習(xí)數(shù)字電路中各種門(mén)電路、集成觸發(fā)器、CP時(shí)鐘源等單元電路的綜合運(yùn)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(rèn)知、檢測(cè)、設(shè)計(jì)、安裝、焊接、測(cè)試及故障排除的方法。

4.學(xué)習(xí)整機(jī)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(guò)程；掌握撰寫(xiě)實(shí)訓(xùn)報(bào)告的能力。3二、實(shí)習(xí)的意義

1.培養(yǎng)實(shí)踐動(dòng)手能力、理論聯(lián)系實(shí)際、分析問(wèn)題、解決問(wèn)題的能力及嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)作風(fēng)，積累實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，提高學(xué)生的綜合素質(zhì)、團(tuán)隊(duì)（意識(shí)）精神、協(xié)調(diào)組織、人際交往能力和就業(yè)競(jìng)爭(zhēng)實(shí)力。（4人一組、不拋棄、不放棄）

2.使學(xué)生在做中學(xué)，然后在學(xué)中做，先知其然，然后知其所以然。促進(jìn)學(xué)生職業(yè)能力發(fā)展。體現(xiàn)“以能力為本位、以學(xué)生為中心”的教學(xué)方法。4二、實(shí)習(xí)的意義3.項(xiàng)目課程開(kāi)發(fā)的最終目的是學(xué)生職業(yè)能力的發(fā)展，行動(dòng)導(dǎo)向?qū)W習(xí)，學(xué)生親自經(jīng)歷完整的工作過(guò)程（工作過(guò)程系統(tǒng)化），在培養(yǎng)專(zhuān)業(yè)能力的同時(shí)，促進(jìn)學(xué)生關(guān)鍵能力的發(fā)展和綜合素質(zhì)的提高。本實(shí)訓(xùn)提供了最受企業(yè)關(guān)注的“工作過(guò)程知識(shí)”和基本工作經(jīng)驗(yàn)的機(jī)會(huì)。

“知識(shí)改變命運(yùn)，學(xué)習(xí)成就未來(lái)?！?三、實(shí)習(xí)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(biāo)。四路智力搶答器電路組成及工作原理。2.認(rèn)知元器件芯片74LS00、74LS20、74LS175、NE555、發(fā)光二極管、電阻、電容、按鍵開(kāi)關(guān)和萬(wàn)能板等。3.檢測(cè)元器件功能測(cè)試，參數(shù)測(cè)量。4.設(shè)計(jì)與安裝在萬(wàn)能板上安裝。按裝順序：確定電源+5V、地線(xiàn)，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(xí)焊接，實(shí)際焊接。

6.直流測(cè)量根據(jù)技術(shù)指標(biāo)測(cè)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(yàn)收（重點(diǎn)是實(shí)用；難點(diǎn)是美觀）是否滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，布局布線(xiàn)整齊美觀、焊點(diǎn)牢固漂亮。

9.交實(shí)習(xí)報(bào)告實(shí)習(xí)報(bào)告是對(duì)學(xué)生撰寫(xiě)科學(xué)論文和科研總結(jié)報(bào)告的能力訓(xùn)練。通過(guò)寫(xiě)報(bào)告，不僅是對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)、組裝、調(diào)試的內(nèi)容進(jìn)行全面總結(jié)，而且是把實(shí)踐內(nèi)容上升到理論高度。

按要求書(shū)寫(xiě)實(shí)習(xí)報(bào)告。7四、四人用智力搶答器（一）搶答器原理框圖及其功能說(shuō)明（二）主要元器件

1.二輸入與非門(mén)——74LS00（或CC4011）

2.四輸入與非門(mén)——74LS203.集成四D觸發(fā)器——74LS175 4.555定時(shí)器——NE555（三）電路結(jié)構(gòu)及工作原理（四）測(cè)試及常見(jiàn)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(kāi)關(guān)）、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(duì)應(yīng)優(yōu)先搶答者指示燈亮。3.主控單元電路由二輸入與非門(mén)74LS00、四輸入與非門(mén)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(shí)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(shí)鐘脈沖（CP）信號(hào)。105.工作原理

（1）搶答之前，主持人將開(kāi)關(guān)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(dāng)主持人宣布搶答開(kāi)始時(shí)，同時(shí)將開(kāi)關(guān)撥到“開(kāi)始”位置，當(dāng)按下任意一個(gè)按鍵時(shí)，對(duì)應(yīng)的LED燈被點(diǎn)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(mén)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(mén)—74LS00圖4-274LS00引腳排列圖121.二輸入與非門(mén)—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(mén)—74LS20注意：與非門(mén)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(gè)（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(shí)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(gòu)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(shí)器在工業(yè)控制、定時(shí)、檢測(cè)、報(bào)警等方面有廣泛應(yīng)用。4.555定時(shí)器17

多諧振蕩器是一種無(wú)穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，接通電源后，不需外加觸發(fā)信號(hào)，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(chēng)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(shí)序電路中的時(shí)鐘脈沖一般是由多諧振蕩器產(chǎn)生的。（1）由555定時(shí)器組成的多諧振蕩器18（2）定時(shí)器—555引腳排列圖圖4-7定時(shí)器555引腳排列圖19（2）定時(shí)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(fù)位端低電平有效；5腳為控制端，不用時(shí)，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(guò)放電三極管T放電；

3腳為輸出端，輸出電流可達(dá)200mA，直接驅(qū)動(dòng)發(fā)光二極管、揚(yáng)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(jié)構(gòu)

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(jí)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(mén)邏輯功能：輸入有0輸出為1。注意信號(hào)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(wèn)題如何？（輸出鎖不住）。2.S1搶答后的邏輯電平值1腳高電平25

555定時(shí)器產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)（1000Hz）。

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

CP上升沿有效。

與非門(mén)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(shí)物連接圖（簡(jiǎn)化圖）555定時(shí)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(xiàn)（+5V），一根黑線(xiàn)(地)，一根黃線(xiàn)（時(shí)鐘）。信號(hào)：+5V、S1、4、2腳、D1、R1、地。

圖4-12四人搶答器實(shí)物連接圖

273.四人搶答器實(shí)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(shí)物連接圖（實(shí)訓(xùn)用）

283.四人搶答器實(shí)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(cè)試及常見(jiàn)故障分析1.首先檢查萬(wàn)能板及各元器件的連線(xiàn)是否有短路、斷路、少接、多接、錯(cuò)接、橋接及虛焊等故障。檢查順序：萬(wàn)能板、+5V、地、CP時(shí)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(diǎn)導(dǎo)線(xiàn)，高度小于3mm。清理反面焊點(diǎn)周?chē)沫h(huán)境，即焊珠、焊渣等。安裝芯片。注意：導(dǎo)線(xiàn)外皮損壞造成短路；內(nèi)芯損壞造成開(kāi)路。30萬(wàn)能板（焊接面）

圖4-14單孔萬(wàn)能板（錫板）31萬(wàn)能板（焊接面）圖4-15三孔板（銅板）32萬(wàn)能板圖4-16四連孔板（銅板）33萬(wàn)能板（焊接面）要求：走線(xiàn)橫平豎直焊點(diǎn)堅(jiān)固漂亮34萬(wàn)能板萬(wàn)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(wàn)能板萬(wàn)能板是一種按照標(biāo)準(zhǔn)IC間距（2.54mm）布滿(mǎn)焊盤(pán)、可按自已的意愿插裝元器件及連線(xiàn)的印制電路板。使用門(mén)檻低，成本低廉，使用方便，擴(kuò)展靈活。學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽中，作品大多使用萬(wàn)能板。別名：萬(wàn)用板、實(shí)驗(yàn)板、學(xué)習(xí)板、洞洞板、點(diǎn)陣板。36萬(wàn)能板的選用

主要有兩種：一種焊盤(pán)各自獨(dú)立，另一種是多個(gè)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(jī)電路，因?yàn)橐孕酒瑸橹?，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(shí)應(yīng)該用報(bào)紙包好保存以防止焊孔氧化，萬(wàn)一焊孔氧化了（焊盤(pán)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(jiān)硬，不易變形。38萬(wàn)能板的焊接技術(shù)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(huà)畫(huà)，模擬一下走線(xiàn)的過(guò)程。

2、用不同顏色的導(dǎo)線(xiàn)表示不同的信號(hào)（同一個(gè)信號(hào)最好用一種顏色）；

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

4、走線(xiàn)要規(guī)整；邊焊接邊在原理圖上做出標(biāo)記。39萬(wàn)能板的焊接技術(shù)

5、注意引腳的鍍錫處理。（1）假如萬(wàn)能板的焊盤(pán)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(dǎo)線(xiàn)剝開(kāi)后，絕緣層剝離長(zhǎng)度要控制，以免焊接后容易和別的線(xiàn)短路；（4）

導(dǎo)線(xiàn)兩端需要做鍍錫處理后。402.焊接完成后引出兩根線(xiàn)

在安裝、焊接全部工作結(jié)束后在萬(wàn)能板上引出+5V和地兩根（紅、黑）線(xiàn)。用萬(wàn)用表測(cè)量萬(wàn)用板引出的+5V、地線(xiàn)之間的電阻應(yīng)為600歐姆以上。如太小，則有短路的地方。停止測(cè)試，繼續(xù)檢查。測(cè)試時(shí)：把萬(wàn)能板的紅線(xiàn)接數(shù)字電路實(shí)驗(yàn)箱的+5V、黑線(xiàn)地；如告警則說(shuō)明板子有短路的地方。停止測(cè)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(xué)拿到宿舍，接交流電源220V；接一節(jié)電池（1.5V）結(jié)果怎么樣？注意：有多少個(gè)點(diǎn)接+5V和地？424.檢查芯片型號(hào)、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(wàn)能板+5V線(xiàn)和地線(xiàn)放置。43（四）測(cè)試及常見(jiàn)故障分析5.測(cè)量各芯片引腳的直流電位。常用數(shù)字實(shí)驗(yàn)箱邏輯筆檢測(cè)：高電平時(shí)紅燈亮；低電平時(shí)綠燈亮。時(shí)鐘脈沖（CP）時(shí)紅綠燈都亮。思考題：一根導(dǎo)線(xiàn)兩端的電平不同，正常嗎？為什么？446.檢測(cè)555定時(shí)器3腳有無(wú)時(shí)鐘信號(hào)輸出注意：1000Hz時(shí)鐘脈沖輸入時(shí)邏輯筆紅綠燈都亮。邏輯筆電平值UCVDD思考題：4腳接地結(jié)果會(huì)怎樣？RD457.檢查4D觸發(fā)器74LS175邏輯功能1腳為高電平，9腳時(shí)鐘正常時(shí)：（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(gè)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(gè)腳是低電平，則輸出為高電平。4810.不按開(kāi)關(guān)燈（都）亮：開(kāi)關(guān)安裝有問(wèn)題，電阻阻值過(guò)大（開(kāi)路、虛焊），電阻沒(méi)有接地。（即D輸入端為高電平）從后（顯示部分）往前檢查。將開(kāi)關(guān)對(duì)角剪斷、余兩個(gè)腳分別接+5V和芯片清零端是否有效？（LED陽(yáng)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(fù)極安裝反了、開(kāi)路、開(kāi)關(guān)壞或沒(méi)有時(shí)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(shí)鐘？5012.輸出鎖不?。嚎赡?4LS20、74LS00的連接有問(wèn)題（短路、導(dǎo)線(xiàn)絕緣皮損壞）或芯片損壞?！臼笹2（74LS00）輸出高電平】故障點(diǎn)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(shí)鐘CP1總起作用。不按不亮51

13.按下開(kāi)關(guān)后不起作用：開(kāi)關(guān)壞，1腳低電平，沒(méi)有時(shí)鐘脈沖;有時(shí)連按幾下才行，可能CP周期過(guò)大。按開(kāi)關(guān)燈不亮從前（按鍵）往后檢查。用邏輯筆測(cè)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(wèn)題。

100Ω和5.1kΩ接反了。注意電阻的色環(huán)。

思考題：有的同學(xué)把+5V和地直接并聯(lián)在發(fā)光二極管兩端。結(jié)果怎么樣？5315.用邏輯筆檢測(cè)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(shí)鐘，6腳輸出時(shí)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(shí)鐘紅綠燈都亮。NE555：

3腳輸出時(shí)鐘脈沖（CP）。5416.用邏輯筆檢測(cè)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