四人用智力抢答器

1项目教学课程之一

石家庄邮电职业技术学院

郭根芳题目:四人用智力抢答器的设计与制作2一、实习的目的

1.学习数字电路中各种门电路、集成触发器、CP时钟源等单元电路的综合运用。

2.熟悉智力抢答器电路的组成及工作原理。

3.掌握数字电子系统读图、认知、检测、设计、安装、焊接、测试及故障排除的方法。

4.学习整机的装配工艺；了解一般数字电子产品的生产调试过程；掌握撰写实训报告的能力。3二、实习的意义

1.培养实践动手能力、理论联系实际、分析问题、解决问题的能力及严谨的科学作风，积累实际工作经验，提高学生的综合素质、团队（意识）精神、协调组织、人际交往能力和就业竞争实力。（4人一组、不抛弃、不放弃）

2.使学生在做中学，然后在学中做，先知其然，然后知其所以然。促进学生职业能力发展。体现“以能力为本位、以学生为中心”的教学方法。4二、实习的意义3.项目课程开发的最终目的是学生职业能力的发展，行动导向学习，学生亲自经历完整的工作过程（工作过程系统化），在培养专业能力的同时，促进学生关键能力的发展和综合素质的提高。本实训提供了最受企业关注的“工作过程知识”和基本工作经验的机会。

“知识改变命运，学习成就未来。”5三、实习内容与步骤1.读图

了解用途，化整为零，抓住联系，估算指标。四路智力抢答器电路组成及工作原理。2.认知元器件芯片74LS00、74LS20、74LS175、NE555、发光二极管、电阻、电容、按键开关和万能板等。3.检测元器件功能测试，参数测量。4.设计与安装在万能板上安装。按装顺序：确定电源+5V、地线，先安装芯片底座（8、14和16脚封装），注意缺口的方向。65.焊接练习焊接，实际焊接。

6.直流测量根据技术指标测量、调试（常用逻辑笔）。

7.故障排除分析故障原因，找出解决的方法。

8.产品验收（重点是实用；难点是美观）是否满足设计要求，布局布线整齐美观、焊点牢固漂亮。

9.交实习报告实习报告是对学生撰写科学论文和科研总结报告的能力训练。通过写报告，不仅是对产品设计、组装、调试的内容进行全面总结，而且是把实践内容上升到理论高度。

按要求书写实习报告。7四、四人用智力抢答器（一）抢答器原理框图及其功能说明（二）主要元器件

1.二输入与非门——74LS00（或CC4011）

2.四输入与非门——74LS203.集成四D触发器——74LS175 4.555定时器——NE555（三）电路结构及工作原理（四）测试及常见故障分析8（一）抢答器组成框图及功能介绍1.数据输入电路由按键（抢答按键、主持人控制开关）、电阻等元件组成，输入优先抢答者数据。图4-1抢答器组成框图9

2.数据输出显示电路由发光二极管（LED）和电阻等元件组成，对应优先抢答者指示灯亮。3.主控单元电路由二输入与非门74LS00、四输入与非门74LS20、集成四D触发器74LS175等元件组成，具有分辨和锁存优先抢答者数据的功能。

4.时钟单元电路由NE555、电阻、电容和+5V电源等元件组成，为抢答器提供时钟脉冲（CP）信号。105.工作原理

（1）抢答之前，主持人将开关置于清“0”位置，抢答器处于禁止工作状态，显示灯熄灭。（2）当主持人宣布抢答开始时，同时将开关拨到“开始”位置，当按下任意一个按键时，对应的LED灯被点亮，以后再去按其它的按键，指示灯的状态不改变。直到按下“清零”按键。（一）抢答器组成框图及功能介绍11（二）主要元器件注意：与非门逻辑功能——输入有0出1，输入全1出0。不用的输入端悬空、并联或接高电平。1.二输入与非门—74LS00图4-274LS00引脚排列图121.二输入与非门—CC401174LS00和CC4011可直接代换（注意引脚排列）图4-3CC4011引脚排列图132.四输入与非门—74LS20注意：与非门逻辑功能：输入有0出1，输入全1出0。不用的输入端悬空、并联或接高电平。（NC为空脚）图4-474LS20引脚排列图143.四D触发器—74LS1751234图4-574LS175引脚排列图153.四D触发器—74LS1751D、2D、3D、4D为数码输入端；1Q、2Q、3Q、4Q和4个（反相）端为数码输出端；为异步清零端。图4-674LS175引脚排列图16

555定时器是一种将模拟电路和数字电路集成于一体的电子器件。用它可以构成单稳态触发器、多谐振荡器和施密特触发器等多种电路。

555定时器在工业控制、定时、检测、报警等方面有广泛应用。4.555定时器17

多谐振荡器是一种无稳态触发器，接通电源后，不需外加触发信号，就能产生矩形波输出。

由于矩形波中含有丰富的谐波，故称为多谐振荡器。

多谐振荡器是一种常用的脉冲波形发生器，触发器和时序电路中的时钟脉冲一般是由多谐振荡器产生的。（1）由555定时器组成的多谐振荡器18（2）定时器—555引脚排列图图4-7定时器555引脚排列图19（2）定时器—555引脚排列图2脚为低电平触发端；6脚为高电平触发端；4脚复位端低电平有效；5脚为控制端，不用时，经0.01uF滤波电容接地，防止引入干扰；

7脚为放电端，外接电容元件C通过放电三极管T放电；

3脚为输出端，输出电流可达200mA，直接驱动发光二极管、扬声器和指示灯；8脚为电源端，可在5V～18V范围内使用；

1脚为接地端

。20①电路结构

UC（3）多谐振荡器电路图4-8多谐振荡器电路21

图4-9多谐振荡器电路与波形

UC输出端2脚触发输入端，UC低于VDD/3使输出端（3脚）置16脚阈值输入端，UC高于VDD2/3使输出端（3脚）置0。

②

工作原理

2223（三）抢答器原理电路图注意：淸零端低电平有效，优先级最高。其它选手按键不起作用。01.清零后逻辑电平值1脚低电平

图4-10四路抢答器原理图

24与非门逻辑功能：输入有0输出为1。注意信号流向：+5V、S1、4脚、2脚、LED1、R1、地。CP上升沿有效，其它按键不起作用若3脚连接有问题如何？（输出锁不住）。2.S1抢答后的逻辑电平值1脚高电平25

555定时器产生时钟信号（1000Hz）。

四D触发器的CP信号由输出信号Q（经G1、G2输出）和555定时器输出的时钟信号CP1共同决定。

CP上升沿有效。

与非门逻辑功能：输入有0输出为1。2.四人抢答器电路1000Hz

图4-11四人抢答器电路

264.四人抢答器实物连接图（简化图）555定时器（1000Hz）2、7、10和15脚输出74LS001、2脚入3脚输出；4、5脚入6脚出74LS1753、6、11和14脚输出4、5、12和13脚输入74LS201、2、4和5脚输入，6脚输出最后引出一根红线（+5V），一根黑线(地)，一根黄线（时钟）。信号：+5V、S1、4、2脚、D1、R1、地。

图4-12四人抢答器实物连接图

273.四人抢答器实物连接图（74LS00）Q端：2、7、10和15脚输出D端：4、5、12和13脚输入74LS201、2、4和5脚输入，6脚输出74LS001、2脚入3脚输出；4、5脚入6脚出

图4-13四人抢答器实物连接图（实训用）

283.四人抢答器实物连接图（4011）Q端：2、7、10和15脚输出D端：4、5、12和13脚输入74LS201、2、4和5脚输入，6脚输出40111、2脚入3脚输出；5、6脚入4脚出29（四）测试及常见故障分析1.首先检查万能板及各元器件的连线是否有短路、断路、少接、多接、错接、桥接及虚焊等故障。检查顺序：万能板、+5V、地、CP时钟部分、数据输入部分、控制部分及显示输出部分。修剪焊点导线，高度小于3mm。清理反面焊点周围的环境，即焊珠、焊渣等。安装芯片。注意：导线外皮损坏造成短路；内芯损坏造成开路。30万能板（焊接面）

图4-14单孔万能板（锡板）31万能板（焊接面）图4-15三孔板（铜板）32万能板图4-16四连孔板（铜板）33万能板（焊接面）要求：走线横平竖直焊点坚固漂亮34万能板万能板元器件排列元器件面要求：元器件布局美观漂亮整齐划一35万能板万能板是一种按照标准IC间距（2.54mm）布满焊盘、可按自已的意愿插装元器件及连线的印制电路板。使用门槛低，成本低廉，使用方便，扩展灵活。学生电子设计竞赛中，作品大多使用万能板。别名：万用板、实验板、学习板、洞洞板、点阵板。36万能板的选用

主要有两种：一种焊盘各自独立，另一种是多个焊洞连接在一起。单孔板

单孔板较适合数字电路和单片机电路，因为以芯片为主，电路较规则。连孔板

连孔板则更适合模拟电路和分立电路。连孔板一般有三连孔，四连孔和五连孔。37按材质选用

铜板

铜板的焊孔是裸露的铜，呈现金黄色，平时应该用报纸包好保存以防止焊孔氧化，万一焊孔氧化了（焊盘失去光泽、不好上锡），可以用棉棒蘸酒精或用橡皮擦拭。锡板焊孔表面镀了一层锡的是锡板，焊孔呈现银白色，锡板的基板材质要比铜板坚硬，不易变形。38万能板的焊接技术1、元器件布局要合理，事先一定要规划好，不妨在纸上先画画，模拟一下走线的过程。

2、用不同颜色的导线表示不同的信号（同一个信号最好用一种颜色）；

3、按照电路原理，分步进行制作调试。做好一部分就可以进行测试、调试。

4、走线要规整；边焊接边在原理图上做出标记。39万能板的焊接技术

5、注意引脚的镀锡处理。（1）假如万能板的焊盘上面已经氧化，那么需要打磨。（2）元器件引脚如果氧化，用刀片等工具刮掉氧化层后，做镀锡处理。（3）导线剥开后，绝缘层剥离长度要控制，以免焊接后容易和别的线短路；（4）

导线两端需要做镀锡处理后。402.焊接完成后引出两根线

在安装、焊接全部工作结束后在万能板上引出+5V和地两根（红、黑）线。用万用表测量万用板引出的+5V、地线之间的电阻应为600欧姆以上。如太小，则有短路的地方。停止测试，继续检查。测试时：把万能板的红线接数字电路实验箱的+5V、黑线地；如告警则说明板子有短路的地方。停止测试，继续检查。413.检查各芯片+5V、地是否都连通。

思考题：有的同学拿到宿舍，接交流电源220V；接一节电池（1.5V）结果怎么样？注意：有多少个点接+5V和地？424.检查芯片型号、位置及引脚排列。注意：芯片缺口方向位置。注意：引脚的排列。芯片跨万能板+5V线和地线放置。43（四）测试及常见故障分析5.测量各芯片引脚的直流电位。常用数字实验箱逻辑笔检测：高电平时红灯亮；低电平时绿灯亮。时钟脉冲（CP）时红绿灯都亮。思考题：一根导线两端的电平不同，正常吗？为什么？446.检测555定时器3脚有无时钟信号输出注意：1000Hz时钟脉冲输入时逻辑笔红绿灯都亮。逻辑笔电平值UCVDD思考题：4脚接地结果会怎样？RD457.检查4D触发器74LS175逻辑功能1脚为高电平，9脚时钟正常时：（逻辑笔）4脚高电平，则2脚为高电平，3脚为低电平；5脚高电平，则7脚为高电平，6脚为低电平。等1234468.检查74LS00（CC4011）逻辑功能

使用逻辑笔：1、2脚为高电平，则3脚为低电平；只要输入有一个是低电平，则输出为高电平。479.检查74LS20逻辑功能

使用逻辑笔：1、2、4、5脚为高电平，则6脚为低电平；只要输入有一个脚是低电平，则输出为高电平。4810.不按开关灯（都）亮：开关安装有问题，电阻阻值过大（开路、虚焊），电阻没有接地。（即D输入端为高电平）从后（显示部分）往前检查。将开关对角剪断、余两个脚分别接+5V和芯片清零端是否有效？（LED阳极直接连接了+5V）4911.发光二极管不亮:可能发光二极管损坏或正、负极安装反了、开路、开关坏或没有时钟（CP）。从后（显示部分）往前检查。分析可能引起故障的原因。1脚是否为高电平？

9脚是否有时钟？5012.输出锁不住：可能74LS20、74LS00的连接有问题（短路、导线绝缘皮损坏）或芯片损坏。【使G2（74LS00）输出高电平】故障点在控制部分从前（按键）往后检查。按键正常；175正常；通常CP输入不正常，时钟CP1总起作用。不按不亮51

13.按下开关后不起作用：开关坏，1脚低电平，没有时钟脉冲;有时连按几下才行，可能CP周期过大。按开关灯不亮从前（按键）往后检查。用逻辑笔测4、2、1脚电平值及9脚CP脉冲。5214.发光二极管亮度不一致（亮、暗）可能是：电阻R的数值有问题。

100Ω和5.1kΩ接反了。注意电阻的色环。

思考题：有的同学把+5V和地直接并联在发光二极管两端。结果怎么样？5315.用逻辑笔检测的电平值（清零后）74LS175：2、7、10和15脚输出低电平74LS175：4、5、12和13脚输入低电平，1脚高电平。74LS20：1、2、4和5脚输入高电平，6脚输出低电平。74LS00：1、2脚入低电平，3脚输出高电平；4、脚入高电平，5脚输入时钟，6脚输出时钟。74LS175：3、6、11和14脚输出高电平。高电平红灯亮，低电平绿灯亮，时钟红绿灯都亮。NE555：

3脚输出时钟脉冲（CP）。5416.用逻辑笔检测的电平值（清零后、4011）74LS175：2、7、10和15脚输出低电平74LS175：4、5、12和13脚输入低电平，1脚高电平。74LS20：1、2