數字定時搶答電路的分析與制作

官泳華

（四川職業技術學院電子電氣工程系，四川遂寧　629000）

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數字定時搶答電路的分析與制作

官泳華

（四川職業技術學院電子電氣工程系，四川遂寧629000）

摘要：通過“數字定時搶答電路的分析與制作”任務的訓練，以任務為單元，以應用為主線，充分體現任務引領、實踐導向的課程思想，將理論知識融入到實踐項目中，以項目任務為出發點，激發學習興趣.提高學生對數字電路工作原理的理解，熟悉中規模集成門電路的邏輯功能及應用，能綜合運用所學知識完成小型數字系統應用電路的設計制作，包括查閱資料、確定電路設計方案、計算與選擇元器件參數、安裝與調試電路，能使用相關儀器進行測試和編寫實訓報告.

關鍵詞：資料搜集；實施方案；驗收評估；資料歸檔

近年來，我院機電和電氣化專業“數字電路實訓周”中，“數字定時搶答電路的分析與制作”就是訓練內容之一.項目內容選取力求具有典型性和可操作性.將定時、計數，譯碼顯示等知識的綜合運用.學生在實訓室中加以實現，學習的內容更加貼近實際，具有實用性和趣味性.以工作任務引領的方式將相關知識點融入在工作任務中，學生掌握必要的基本理論知識，而能力的培養貫穿于教學的全過程，使學生的實踐能力、職業技能、分析問題和解決問題的能力不斷提高.

1　資料搜集

①搜集能實現數字定時搶答器的電路組成.

②在完成15秒8路定時搶答器電路的基礎上查閱集成電路手冊，搜集能滿足電路要求的中規模集成電路、器件的技術參數、使用說明等相關資料.

③搜集布局、裝配電路的工藝流程資料.④搜集電路調試的工藝規范資料.

2　實施方案

2.1設計電路

（1）確定數字定時搶答器的技術要求

①搶答器為8位參賽選手搶答，提供8個搶答按鈕，分別編號S0、S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7.

②主持人可以控制系統的清零與搶答開始.

③搶答器要有數據鎖存與顯示的功能.搶答開始后，若有任何一名選手按動搶答按鈕，則要顯示其編號至系統直到被主持人清零，同時其他人再按對應按鈕無效.

④搶答器要有自動定時功能，并且一次搶答時間由主持人任意設定（本項目設定時間為15秒）.當主持人啟動“開始”鍵后，定時器自動減計數，并在顯示器上顯示.

⑤參賽選手只有在設定時間內搶答方為有效搶答。若搶答有效，則定時器停止工作，并且顯示搶答開始時間直到系統被清零。

⑥若設定時間內無選手進行搶答（按對應按鈕），則定時器上顯示00，光電報警，并且禁止選手超時搶答.

（2）確定完成15秒8路定時搶答器的電路原理圖

定時搶答器的總體框圖如圖1所示.它由主體電路和擴展電路兩部分組成.主體電路完成基本的搶答功能，即開始搶答后，當選手按動搶答按鍵時，能顯示選手的編號，同時能封鎖輸入電路，禁止其他選手搶答.擴展電路完成定時搶答功能.安裝整體電路如圖2.

（3）分析電路的工作過程

定時搶答器的工作過程如下：

①定時器的清零.首先是主持人對定時器進行清零處理.主持人通過開關S11打到清零位置時，由于兩個計數器74HC192的清零端CR都為高電平，于是兩個計數器的輸出都為“0”，定時器顯示“0”，達到清零的作用.清零后，再將開關打到工作端，使兩個計數器處于工作狀態.

圖1

圖2

②定時器預設搶答時間及搶答編號清除.主持人通過開關S12將搶答電路中顯示搶答編號的數碼管清除使其不顯示，同時使定時器預置到定時搶答的時間（15秒）.當主持人將開關S12打到清除位置時，搶答電路中鎖存器74LS279的四個輸出端全為0，由于CD4511的滅零端BI為低電平，所以編號顯示器為空白（滅燈）；由于G3輸出為1，G2輸出為0，使E1為低電平，于是優先編碼器74HC148處于工作狀態；同時，555定時器產生的秒脈沖信號進入74HC192計數器；另外，在定時電路中，由于LD為零，兩個74HC192進行置數，使定時器顯示設定時間（15秒）.

③搶答過程。當主持人宣讀搶答題目后說一聲“搶答開始”，同時將控制開關S12拔到“開始”位置時，搶答器處于工作狀態，定時器進行倒計時.當定時時間到，卻沒有選手搶答時，定時器顯00，借位輸出發出一個負脈沖信號，使發光二極管點亮，進行光電報警；同時通過控制門G1和G2封鎖定時器（使時鐘脈沖封鎖）和搶答電路（使E1為高電平），于是定時器保持00，并封鎖輸入電路，禁止選手超時搶答，即實現定時電路和搶答電路同時停止工作.當選手在定時時間內按動搶答按鍵時（如按下S5），74HC148的輸出Y2Y1Y0=010，GS=0，經RS鎖存后，Q1＝1，BI=1，CD4511處于工作狀態，經譯碼后顯示“5”.由于Q1＝1，使74HC148的E1端為高電平，優先編碼器處于封鎖狀態，封鎖了其他選手按鍵的輸入.由于＝0，控制門G1封鎖了秒脈沖，使定時器停止工作，定時顯示器上顯示剩余的搶答時間，并保持到主持人將系統清零為止.當選手將問題回答完畢，主持人操作控制開關S11使定時器清零后處于工作狀態，然后再進行搶答電路的清除和定時器的預置數，以便進行下一輪搶答.

④元器件的清點、識別、測試。查閱集成電路手冊，確定中規模集成電路、器件的技術參數、管腳排列、使用說明等，并通過實驗箱測試其邏輯功能，判別其質量.

其它器件可根據元件外形或用萬用表測試，確定各實際元件的參數和管腳、質量等.

2.2電路組裝

在電路連接時，將整個電路分為四個模塊，第1模塊為秒脈沖發生電路，第2模塊為搶答電路，第3模塊為定時電路，第4模塊為控制電路.裝配時，可分模塊組裝，每個模塊調試正常后，再進行連接總裝.因此，電路的布局與布線亦可分模塊進行.

2.3電路的調試與測試

反復檢查組裝電路，在電路組裝無誤的情況下，接入電源，觀察三個數碼管的顯示情況.

①首先用示波器測試由555定時器產生的秒脈沖電路是否正常，若不正常，則檢查秒脈沖產生電路，直至正常為止.

②撥動主持人開關S11，使它處于定時器“清零”位置，觀察定時器電路應顯示為00，然后使定時器處于工作狀態.

③撥動主持人開關S12，使搶答電路清除和定時器預置數，定時器應顯示15，搶答器電路中的數碼管應滅燈，否則應檢查定時電路和搶答電路.

④撥動主持人開關S12到“開始”位置，觀察定時器電路的顯示應呈遞減數字變化.當減到00時，定時器停止工作，發光二極管發光，給出搶答時間到的信號，同時按搶答按鍵無效，禁止搶答.

⑤主持人撥動控制開關S12，使定時搶答器“置數與清除”后再“開始”，定時電路遞減變化，同時按下8路搶答按鍵的其中一個，例如按下第5個按鍵，觀察定時電路是否停止工作，顯示0～15之間的某一數字，搶答電路是否顯示5；此時，再按其他的搶答按鍵，搶答電路和定時電路都不工作，禁止搶答，否則應檢查電路.

2.4電路故障的排查

若在以上的調試、測試過程中，測試電路不正常，應仔細檢查電路裝配是否正確.檢查時可分塊檢查，例如，先檢查秒脈沖產生電路→再檢查定時電路→再檢查搶答電路→再檢查控制電路，逐一檢查，直到排除故障為止.

3　驗收評估

任務實施完成后，按標準進行驗收與評估.線路若一次裝配不成功，需檢查電路、排除故障直至電路正常.

3.1調試與測試

①正確地使用集成電路.

②秒脈沖輸出波形正確.

③定時器電路顯示正確.

④搶答電路顯示正確.

⑤正確使用萬用表、示波器等測試儀器.

3.2故障排除

①能正確觀察出故障現象.

②能夠正確分析故障原因，判斷故障范圍.

③檢修故障思路清晰，方法應用得當.

④檢修結果正確.

⑤正確使用測試儀器.

3.3安全、文明生產

①安全用電，不人為損壞元器件和設備等.

②保持實驗環境整潔，操作習慣良好.

③認真、誠信地工作，能較好地和小組其他人員交流、協作完成工作.

4　資料歸檔

在任務完成后，需學會編寫技術文檔，包含：①電路的功能說明；②電路原理圖及分析；③裝配電路的工具、測試儀器儀表、元器件及材料清單；④數電實驗箱上的電路布局圖；⑤電路連接的工藝流程；⑥測試結果分析；⑦總結.

通過該項目的訓練使學生理論與實踐融會貫通，在項目任務的驅動下，“做中學”的教學形式，更好、更快地掌握專業知識和專業技能.在“學中做”里，邊學邊練，提升尋找方法，解決問題的能力.通過自主學習、合作學習、體驗學習及時掌握專業的技術動態，體現了能力為本位的教育教學指導思想，讓學生全面參與學習過程，在實踐中培養能力，突出職業教育特色.

參考文獻：

[1]楊志忠.數字電子技術基礎[M].第2版.北京:高等教育出版社，2010.

[2]鄧木森.數字電子電路分析與應用[M].北京：高等教育出版社，2008.

[3]羅杰.電子線路設計·實驗·測試[M].第4版.北京：電子工業出版社，2008.

[4]張曉琴.數字電子技術應用及項目訓練[M].成都：西南交通大學出版社，2010.

責任編輯：張隆輝

中圖分類號：TN702

文獻標識碼：A

文章編號：1672- 2094（2016）01- 0166- 03

收稿日期：2016-01-07

作者簡介：官泳華（1964-），女，四川內江人，四川職業技術學院副教授.研究方向：物理及電工電子學.