四人用智力抢答器

1项目教学课程之一项目教学课程之一 石家庄邮电职业技术学院石家庄邮电职业技术学院 题目题目:四人用智力抢答器的设计与制作四人用智力抢答器的设计与制作2一、实习的目的一、实习的目的 1.1.学习数字电路中各种门电路、集成触发器、学习数字电路中各种门电路、集成触发器、CPCP时钟源等单元电路的综合运用时钟源等单元电路的综合运用2.2.熟悉智力抢答器电路的组成及工作原理熟悉智力抢答器电路的组成及工作原理3.3.掌握数字电子系统读图、认知、检测、设计、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安装、焊接、测试及故障排除的方法4.4.学习整机的装配工艺；了解一般数字电子产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、实习的意义二、实习的意义 1.培养实践培养实践动手能力、理论联系实际、分析问题、动手能力、理论联系实际、分析问题、解决问题的能力解决问题的能力及严谨的科学作风，积累实际工作及严谨的科学作风，积累实际工作经验，提高学生的综合素质、团队（意识）精神、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。

协调组织、人际交往能力和就业竞争实力4人一人一组、组、）2.使学生在做中学，然后在学中做，先知其然，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、以学生为中心以能力为本位、以学生为中心”的教学方法的教学方法4二、实习的意义二、实习的意义 3.项目课程开发的最终目的是学生职业能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（工作过程系统化工作过程系统化），），在培养专业能力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本实训提供了最受企业关注的“工作过程知工作过程知识识”和基本工作经验的机会和基本工作经验的机会5三、实习内容与步骤三、实习内容与步骤 1.读图读图 了解用途，化整为零，抓住联系，估算指标四路了解用途，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智力抢答器电路组成及工作原理2.认知元器件认知元器件 芯片芯片74LS00、74LS20、74LS175、NE555、发光二、发光二极管、电阻、电容、按键开关和万能板等。

极管、电阻、电容、按键开关和万能板等3.检测元器件检测元器件 功能测试，参数测量功能测试，参数测量4.设计与安装设计与安装 在万能板上安装在万能板上安装按装顺序：确定电源按装顺序：确定电源+5V、地线，先安装芯片底座、地线，先安装芯片底座（8、14和和16脚封装），脚封装），缺口的方向缺口的方向6 5.焊接焊接 练习焊接，实际焊接练习焊接，实际焊接6.直流测量直流测量 根据技术指标测量、调试（）7.故障排除故障排除 分析故障原因，找出解决的方法8.产品验收产品验收（）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按要求书写实习报告7四、四人用智力抢答器四、四人用智力抢答器（一）抢答器原理框图及其功能说明（一）抢答器原理框图及其功能说明（二）主要元器件（二）主要元器件 1.二输入与非门二输入与非门74LS00（或（或CC4011）2.四输入与非门四输入与非门74LS20 3.集成四集成四D 触发器触发器74LS175 4.555定时器定时器NE555（三）电路结构及工作原理（三）电路结构及工作原理（四）测试及常见故障分析（四）测试及常见故障分析8（一）（一）抢答器组成框图及功能介绍抢答器组成框图及功能介绍 1.数据输入电路数据输入电路 由按键（抢答按键、主持人控制开关）、电阻等元件组成，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。

输入优先抢答者数据图图4-1 抢答器组成框图抢答器组成框图9 2.数据输出显示电路数据输出显示电路 由发光二极管（由发光二极管（LED）和电阻等元件组成，对应优）和电阻等元件组成，对应优先抢答者指示灯亮先抢答者指示灯亮3.主控单元电路主控单元电路 由二输入与非门由二输入与非门74LS00、四输入与非门、四输入与非门74LS20、集成四集成四D触发器触发器74LS175等元件组成，具有分辨和锁存优等元件组成，具有分辨和锁存优先抢答者数据的功能先抢答者数据的功能4.时钟单元电路时钟单元电路 由由NE555、电阻、电容和、电阻、电容和+5V电源等元件组成，为电源等元件组成，为抢答器提供时钟脉冲（抢答器提供时钟脉冲（CP）信号10 5.工作原理工作原理 （1）抢答之前，主持人将开关置于清）抢答之前，主持人将开关置于清“0”位置，位置，抢答器处于禁止工作状态，显示灯熄灭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）当主持人宣布抢答开始时，同时将开关拨到拨到“开始开始”位置，当按下任意一个按键时，对应位置，当按下任意一个按键时，对应的的LED灯被点亮，以后再去按其它的按键，指示灯被点亮，以后再去按其它的按键，指示灯的状态不改变。

直到按下灯的状态不改变直到按下“清零清零”按键一）（一）抢答器组成框图及功能介绍抢答器组成框图及功能介绍11注意注意：与非门逻辑功能与非门逻辑功能输入有输入有0出出1，输入全，输入全1出出0不用的输入端悬空、并联或接高电平不用的输入端悬空、并联或接高电平图图4-2 74LS00引脚排列图引脚排列图1274LS0074LS00和和CC4011CC4011可直接代换可直接代换（注意引脚排列注意引脚排列）图图4-3 CC4011引脚排列图引脚排列图13注意：注意：与非门逻辑功能：输入有与非门逻辑功能：输入有0出出1，输入全，输入全1出出0不用的输入端悬空、并联或接高电平不用的输入端悬空、并联或接高电平NC为空脚）为空脚）图图4-4 74LS20引脚排列图引脚排列图141234图图4-5 74LS175引脚排列图引脚排列图15CLRQ图图4-6 74LS175引脚排列图引脚排列图164.4.17是一种是一种无稳态无稳态触发器，接通电源触发器，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，故称为多谐由于矩形波中含有丰富的谐波，故称为多谐振荡器。

振荡器是一种常用的是一种常用的脉冲波形发生器脉冲波形发生器，触发器和时序电路中的触发器和时序电路中的时钟脉冲时钟脉冲一般是由多谐振一般是由多谐振荡器产生的荡器产生的18图图4-7 定时器定时器555引脚排列图引脚排列图19 2 2脚为低电平触发端；脚为低电平触发端；6 6脚为高电平触发端；脚为高电平触发端；4 4脚复位端低电平有效；脚复位端低电平有效；5 5脚为控制端，不用时，脚为控制端，不用时，经经0.01uF0.01uF滤波电容接地，防止引入干扰；滤波电容接地，防止引入干扰；7 7脚为放电端，外接电容元件脚为放电端，外接电容元件C C 通过放电三通过放电三极管极管T T放电；放电；3 3脚为输出端，输出电流可达脚为输出端，输出电流可达200mA200mA，直接驱，直接驱动发光二极管、扬声器和指示灯；动发光二极管、扬声器和指示灯；8 8脚为电源端，脚为电源端，可在可在5V 5V 18V18V范围内使用范围内使用；1 1脚为接地端脚为接地端 20 电路结构 UC图图4-8 多谐振荡器电路多谐振荡器电路21 图图4-9 多谐振荡器电路与波形多谐振荡器电路与波形 UC输出端2脚触发输入端，脚触发输入端，UC低于低于VDD/3使输出端（使输出端（3脚）置脚）置1 6脚阈值输入端，脚阈值输入端，UC高于高于VDD2/3使输出端（使输出端（3脚）脚）置置0。

工作原理 22125.1k,5.1k,0.1F,5VCCRRCV036WHWL1211.431.430.94kHz2(5.12 5.1)100.1 10fttRRC 23注意注意：淸零端：淸零端低电平有效，低电平有效，优先级最高优先级最高其它选手按键其它选手按键不起作用不起作用01脚低电平脚低电平 图图4-10 四路抢答器原理图四路抢答器原理图 24与非门逻与非门逻辑功能：辑功能：输入有输入有0输出为输出为1注意信号流向：注意信号流向：+5V、S1、4脚、脚、2脚、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）1脚高电平脚高电平25 555定时器产生时定时器产生时钟信号（钟信号（1000Hz）四四D触发器的触发器的CP信信号由输出信号号由输出信号Q（经经G1、G2输出输出）和）和555定时器定时器输出的时钟信号输出的时钟信号CP1共同决定共同决定CP上升沿有效上升沿有效与非门逻辑功能：与非门逻辑功能：输入有输入有0输出为输出为11000Hz 图图4-11 四人抢答器电路四人抢答器电路 26555定时器定时器（1000Hz）2、7、10和和15脚输出脚输出 74LS001、2脚入脚入3脚输出；脚输出；4、5脚入脚入6脚出脚出 74LS1753、6、11和和14脚输出脚输出4、5、12和和13脚输入脚输入 74LS201、2、4和和5脚输脚输入，入，6脚输出脚输出最后引出一根红最后引出一根红线（线（+5V），一），一根黑线根黑线(地地)，一，一根黄线（时钟）。

根黄线（时钟）信号：信号：+5V、S1、4、2脚、脚、D1、R1、地图图4-12 四人抢答器实物连接图四人抢答器实物连接图 27Q端：端：2、7、10和和15脚输出脚输出D端：端：4、5、12和和13脚输入脚输入 74LS201、2、4和和5脚输脚输入，入，6脚输出脚输出 74LS001、2脚入脚入3脚输出；脚输出；4、5脚入脚入6脚出脚出 图图4-13 四人抢答器实物连接图（实训用）四人抢答器实物连接图（实训用）28Q端：端：2、7、10和和15脚输出脚输出D端：端：4、5、12和和13脚输入脚输入 74LS201、2、4和和5脚输脚输入，入，6脚输出脚输出 40111、2脚入脚入3脚输出；脚输出；5、6脚入脚入4脚出脚出29（四）测试及常见故障分析（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、桥接及虚焊等故障路、断路、少接、多接、错接、桥接及虚焊等故障检查顺序：万能板、检查顺序：万能板、+5V、地、地、CP时钟部分、时钟部分、数据输入部分、控制部分及显示输出部分数据输入部分、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、焊渣等清理反面焊点周围的环境，即焊珠、焊渣等安装芯片安装芯片注意：导线外皮损坏造成注意：导线外皮损坏造成短路短路；内芯损坏造成内芯损坏造成开路开路30万能板（焊接面）图图4-14 单孔万能板（锡板）单孔万能板（锡板）31万能板（焊接面）图图4-15 三孔板（铜板）三孔板（铜板）32万能板图图4-16 四连孔板（铜板）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万能板元器件排列元器件面元器件面要求：元器件要求：元器件布局美观漂亮布局美观漂亮整齐划一整齐划一35万能板 万能板是一种按照标准万能板是一种按照标准ICIC间距（间距（2.54mm2.54mm）布满焊盘、可按自已的意愿插装元器件布满焊盘、可按自已的意愿插装元器件及连线的印制电路板及连线的印制电路板使用门槛低，成本低廉，使用方便，扩使用门槛低，成本低廉，使用方便，扩展灵活学生电子设计竞赛中，作品大展灵活学生电子设计竞赛中，作品大多使用万能板多使用万能板别名：万用板、实验板、学习板、洞洞别名：万用板、实验板、学习板、洞洞板、点阵板板、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多个焊洞连接在一起单孔板单孔板 单孔板较适合数字电路和单片机电路，因为单孔板较适合数字电路和单片机电路，因为以芯片为主，电路较规则以芯片为主，电路较规则连孔板连孔板 连孔板则更适合模拟电路和分立电路连孔板则更适合模拟电路和分立电路连连孔板一般有三连孔，四连孔和五连孔孔板一般有三连孔，四连孔和五连孔37按材质选用按材质选用 铜板铜板 铜板的焊孔是裸露的铜，呈现金黄色，平时应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精或用橡皮擦拭锡板锡板 焊孔表面镀了一层锡的是锡板，焊孔呈现银白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 1、元器件布局要合理，事先一定要规划好，、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。

不妨在纸上先画画，模拟一下走线的过程2 2、用不同颜色的导线表示不同的信号（同、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）；一个信号最好用一种颜色）；3 3、按照电路原理，分步进行制作调试做、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、调试好一部分就可以进行测试、调试4 4、走线要规整；边焊接边在原理图上做出、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焊接完成后引出两根线 在安装、在安装、焊接全部工作结束后在万能板焊接全部工作结束后在万能板上引出上引出+5V+5V和地两根（和地两根（红红、黑）线用万用表测量万用板引出的用万用表测量万用板引出的+5V+5V、地线之、地线之间的电阻应为间的电阻应为600600欧姆以上如太小，则有短欧姆以上如太小，则有短路的地方停止测试，继续检查路的地方。

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测试时：把万能板的红线接数字电路实验箱的箱的+5V+5V、黑线地；如告警则说明板子有短路黑线地；如告警则说明板子有短路的地方停止测试，继续检查停止测试，继续检查413.检查各芯片检查各芯片+5V、地是否都连通地是否都连通思考题：思考题：有的同学拿有的同学拿到宿舍，接到宿舍，接交流电源交流电源220V；接一节电池接一节电池（1.5V）结）结果怎么样？果怎么样？注意：注意：有多少个有多少个点接点接+5V和地？和地？424.检查芯片型号、位置及引脚排列检查芯片型号、位置及引脚排列注意：注意：芯片缺芯片缺口方向口方向位置注意：引注意：引脚的排列脚的排列芯片跨万芯片跨万能板能板+5V线和地线线和地线放置43（四）测试及常见故障分析（四）测试及常见故障分析 5.测量各芯片引脚的直流电位测量各芯片引脚的直流电位常用数字实验箱逻辑笔检测：高电平时常用数字实验箱逻辑笔检测：高电平时红灯亮红灯亮；低电平时；低电平时绿灯亮绿灯亮时钟脉冲（时钟脉冲（CP）时时红红绿绿灯都亮思考题：一根导线两端的电平不同，正常思考题：一根导线两端的电平不同，正常吗？为什么？吗？为什么？446.检测检测555定时器定时器3脚有无时钟信号输出脚有无时钟信号输出注意：注意：1000Hz时钟脉冲输入时逻辑笔红绿灯都亮。

时钟脉冲输入时逻辑笔红绿灯都亮逻辑笔逻辑笔电平值电平值UCDDDD3231VVVDD思考题：思考题：4脚接地结果脚接地结果会怎样？会怎样？RD457.检查检查4D触发器触发器74LS175逻辑功能逻辑功能 1脚为高电平，脚为高电平，9脚时钟正常时：脚时钟正常时：（逻辑笔逻辑笔）4脚高电平，则脚高电平，则2脚为高电平，脚为高电平，3脚为低电平；脚为低电平；5脚高电平，则脚高电平，则7脚为高电平，脚为高电平，6脚为低电平等脚为低电平等 1234468.检查检查74LS00（CC4011）逻辑功能逻辑功能 使用使用逻辑笔：逻辑笔：1、2脚为高电平，则脚为高电平，则3脚为低电平；脚为低电平；只要输入有一个是低电平，则输出为高电平只要输入有一个是低电平，则输出为高电平479.检查检查74LS20逻辑功能逻辑功能 使用使用逻辑笔：逻辑笔：1、2、4、5脚为高电平，则脚为高电平，则6脚为低电平；脚为低电平；只要输入有一个脚是低电平，则输出为高电平只要输入有一个脚是低电平，则输出为高电平48 10.不按开关灯（不按开关灯（都都）亮：）亮：开关安装有问题，电阻阻值开关安装有问题，电阻阻值过大（过大（开路、虚焊开路、虚焊），），电阻没有接地。

电阻没有接地即即D输入端为高电平输入端为高电平）从后（显从后（显示部分）示部分）往前检查往前检查将开关对角将开关对角剪断、余两剪断、余两个脚分别接个脚分别接+5V和芯片和芯片清零端是清零端是否有效？否有效？（LED阳极直阳极直接连接了接连接了+5V）49 11.发光二极管不亮发光二极管不亮:可能发光二极管损坏或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（正、负极安装反了、开路、开关坏或没有时钟（CP）从后（显从后（显示部分）示部分）往前检查往前检查分析可能分析可能引起故障引起故障的原因1脚是否脚是否为高电平？为高电平？9脚是否脚是否有时钟？有时钟？50 12.输出锁不住：输出锁不住：可能可能74LS20、74LS00 的连接有问题的连接有问题（短路、导线绝缘皮损坏短路、导线绝缘皮损坏）或芯片损坏或芯片损坏故障点在控故障点在控制部分制部分从前（按键）从前（按键）往后检查往后检查按键正常；按键正常；175正常；正常；通常通常CP输入输入不正常，时钟不正常，时钟CP1总起作用总起作用不按不亮不按不亮51 13.按下开关后不起作用：按下开关后不起作用：开关坏，开关坏，1脚低电平，脚低电平，没有时钟脉冲没有时钟脉冲;有时连按几下才行，可能有时连按几下才行，可能CP周期过大。

周期过大按开关按开关灯不亮灯不亮从前（按键）从前（按键）往后检查往后检查用逻辑笔测用逻辑笔测4、2、1脚脚电平值及电平值及9脚脚CP脉冲52可能是：可能是：电阻电阻R的数的数值有问题值有问题100和和5.1k接反了注意电阻的注意电阻的色环思考题：思考题：有的同学有的同学把把+5V和地和地直接并联在直接并联在发光二极管发光二极管两端结果两端结果怎么样？怎么样？5374LS175：2、7、10和和15脚输出低电平脚输出低电平74LS175：4、5、12和和13脚输入低电平，脚输入低电平，1脚高电平脚高电平74LS20：1、2、4和和5脚输脚输入高电平，入高电平，6脚脚输出低电平输出低电平74LS00：1、2脚入低电平，脚入低电平，3脚输出高电平；脚输出高电平；4、脚入高电平，脚入高电平，5脚脚输入时钟，输入时钟，6脚输脚输出时钟74LS175：3、6、11和和14脚脚输出高电平输出高电平高电平红灯亮，高电平红灯亮，低电平绿灯亮，低电平绿灯亮，时钟红绿灯都亮时钟红绿灯都亮NE555：3脚输脚输出时钟脉出时钟脉冲（冲（CP）5474LS175：2、7、10和和15脚输出低电平脚输出低电平74LS175：4、5、12和和13脚输入低电平，脚输入低电平，1脚高电平。

脚高电平74LS20：1、2、4和和5脚输脚输入高电平，入高电平，6脚脚输出低电平输出低电平4011：1、2脚入低电平，脚入低电平，3脚输出高电平；脚输出高电平；6、脚入高电平，脚入高电平，5脚脚输入时钟，输入时钟，4脚输脚输出时钟74LS175：3、6、11和和14脚脚输出高电平输出高电平高电平红灯亮，高电平红灯亮，低电平绿灯亮，低电平绿灯亮，时钟红绿灯都亮时钟红绿灯都亮NE555：3脚输脚输出时钟脉出时钟脉冲（冲（CP）5574LS175：2脚高，脚高，7、10和和15脚低74LS175：4、5、12和和13脚低，脚低，1脚高74LS20：1、2、4脚高，脚高，5脚低，脚低，6脚高74LS00：1、2脚高，脚高，3脚低；脚低；4脚低，脚低，5脚输入时脚输入时钟，钟，6脚高74LS175：3脚低，脚低，6、11和和14脚高高电平红灯亮，高电平红灯亮，低电平绿灯亮，低电平绿灯亮，时钟红绿灯都亮时钟红绿灯都亮NE555：3脚输脚输出时钟脉出时钟脉冲（冲（CP）5674LS175：2脚高，脚高，7、10和和15脚低74LS175：4、5、12和和13脚低，脚低，1脚高74LS20：1、2、4脚高，脚高，5脚低，脚低，6脚高。

脚高4011：1、2脚高，脚高，3脚低；脚低；6脚低，脚低，5脚输入时脚输入时钟，钟，4脚高74LS175：3脚低，脚低，6、11和和14脚高高电平红灯亮，高电平红灯亮，低电平绿灯亮，低电平绿灯亮，时钟红绿灯都亮时钟红绿灯都亮NE555：3脚输脚输出时钟脉出时钟脉冲（冲（CP）57四人用智力抢答器四人用智力抢答器成品图成品图158四人用智力抢答器四人用智力抢答器成品图成品图259四人用智力抢答器四人用智力抢答器成品图成品图360谢谢 谢！谢！THE ENDTHE END2012 2012 年年 1212月月。