数字定时抢答电路的分析与制作

官泳华

（四川职业技术学院电子电气工程系，四川遂宁　629000）



数字定时抢答电路的分析与制作

官泳华

（四川职业技术学院电子电气工程系，四川遂宁629000）

摘要：通过“数字定时抢答电路的分析与制作”任务的训练，以任务为单元，以应用为主线，充分体现任务引领、实践导向的课程思想，将理论知识融入到实践项目中，以项目任务为出发点，激发学习兴趣.提高学生对数字电路工作原理的理解，熟悉中规模集成门电路的逻辑功能及应用，能综合运用所学知识完成小型数字系统应用电路的设计制作，包括查阅资料、确定电路设计方案、计算与选择元器件参数、安装与调试电路，能使用相关仪器进行测试和编写实训报告.

关键词：资料搜集；实施方案；验收评估；资料归档

近年来，我院机电和电气化专业“数字电路实训周”中，“数字定时抢答电路的分析与制作”就是训练内容之一.项目内容选取力求具有典型性和可操作性.将定时、计数，译码显示等知识的综合运用.学生在实训室中加以实现，学习的内容更加贴近实际，具有实用性和趣味性.以工作任务引领的方式将相关知识点融入在工作任务中，学生掌握必要的基本理论知识，而能力的培养贯穿于教学的全过程，使学生的实践能力、职业技能、分析问题和解决问题的能力不断提高.

1　资料搜集

①搜集能实现数字定时抢答器的电路组成.

②在完成15秒8路定时抢答器电路的基础上查阅集成电路手册，搜集能满足电路要求的中规模集成电路、器件的技术参数、使用说明等相关资料.

③搜集布局、装配电路的工艺流程资料.④搜集电路调试的工艺规范资料.

2　实施方案

2.1设计电路

（1）确定数字定时抢答器的技术要求

①抢答器为8位参赛选手抢答，提供8个抢答按钮，分别编号S0、S1、S2、S3、S4、S5、S6、S7.

②主持人可以控制系统的清零与抢答开始.

③抢答器要有数据锁存与显示的功能.抢答开始后，若有任何一名选手按动抢答按钮，则要显示其编号至系统直到被主持人清零，同时其他人再按对应按钮无效.

④抢答器要有自动定时功能，并且一次抢答时间由主持人任意设定（本项目设定时间为15秒）.当主持人启动“开始”键后，定时器自动减计数，并在显示器上显示.

⑤参赛选手只有在设定时间内抢答方为有效抢答。若抢答有效，则定时器停止工作，并且显示抢答开始时间直到系统被清零。

⑥若设定时间内无选手进行抢答（按对应按钮），则定时器上显示00，光电报警，并且禁止选手超时抢答.

（2）确定完成15秒8路定时抢答器的电路原理图

定时抢答器的总体框图如图1所示.它由主体电路和扩展电路两部分组成.主体电路完成基本的抢答功能，即开始抢答后，当选手按动抢答按键时，能显示选手的编号，同时能封锁输入电路，禁止其他选手抢答.扩展电路完成定时抢答功能.安装整体电路如图2.

（3）分析电路的工作过程

定时抢答器的工作过程如下：

①定时器的清零.首先是主持人对定时器进行清零处理.主持人通过开关S11打到清零位置时，由于两个计数器74HC192的清零端CR都为高电平，于是两个计数器的输出都为“0”，定时器显示“0”，达到清零的作用.清零后，再将开关打到工作端，使两个计数器处于工作状态.

图1

图2

②定时器预设抢答时间及抢答编号清除.主持人通过开关S12将抢答电路中显示抢答编号的数码管清除使其不显示，同时使定时器预置到定时抢答的时间（15秒）.当主持人将开关S12打到清除位置时，抢答电路中锁存器74LS279的四个输出端全为0，由于CD4511的灭零端BI为低电平，所以编号显示器为空白（灭灯）；由于G3输出为1，G2输出为0，使E1为低电平，于是优先编码器74HC148处于工作状态；同时，555定时器产生的秒脉冲信号进入74HC192计数器；另外，在定时电路中，由于LD为零，两个74HC192进行置数，使定时器显示设定时间（15秒）.

③抢答过程。当主持人宣读抢答题目后说一声“抢答开始”，同时将控制开关S12拔到“开始”位置时，抢答器处于工作状态，定时器进行倒计时.当定时时间到，却没有选手抢答时，定时器显00，借位输出发出一个负脉冲信号，使发光二极管点亮，进行光电报警；同时通过控制门G1和G2封锁定时器（使时钟脉冲封锁）和抢答电路（使E1为高电平），于是定时器保持00，并封锁输入电路，禁止选手超时抢答，即实现定时电路和抢答电路同时停止工作.当选手在定时时间内按动抢答按键时（如按下S5），74HC148的输出Y2Y1Y0=010，GS=0，经RS锁存后，Q1＝1，BI=1，CD4511处于工作状态，经译码后显示“5”.由于Q1＝1，使74HC148的E1端为高电平，优先编码器处于封锁状态，封锁了其他选手按键的输入.由于＝0，控制门G1封锁了秒脉冲，使定时器停止工作，定时显示器上显示剩余的抢答时间，并保持到主持人将系统清零为止.当选手将问题回答完毕，主持人操作控制开关S11使定时器清零后处于工作状态，然后再进行抢答电路的清除和定时器的预置数，以便进行下一轮抢答.

④元器件的清点、识别、测试。查阅集成电路手册，确定中规模集成电路、器件的技术参数、管脚排列、使用说明等，并通过实验箱测试其逻辑功能，判别其质量.

其它器件可根据元件外形或用万用表测试，确定各实际元件的参数和管脚、质量等.

2.2电路组装

在电路连接时，将整个电路分为四个模块，第1模块为秒脉冲发生电路，第2模块为抢答电路，第3模块为定时电路，第4模块为控制电路.装配时，可分模块组装，每个模块调试正常后，再进行连接总装.因此，电路的布局与布线亦可分模块进行.

2.3电路的调试与测试

反复检查组装电路，在电路组装无误的情况下，接入电源，观察三个数码管的显示情况.

①首先用示波器测试由555定时器产生的秒脉冲电路是否正常，若不正常，则检查秒脉冲产生电路，直至正常为止.

②拨动主持人开关S11，使它处于定时器“清零”位置，观察定时器电路应显示为00，然后使定时器处于工作状态.

③拨动主持人开关S12，使抢答电路清除和定时器预置数，定时器应显示15，抢答器电路中的数码管应灭灯，否则应检查定时电路和抢答电路.

④拨动主持人开关S12到“开始”位置，观察定时器电路的显示应呈递减数字变化.当减到00时，定时器停止工作，发光二极管发光，给出抢答时间到的信号，同时按抢答按键无效，禁止抢答.

⑤主持人拨动控制开关S12，使定时抢答器“置数与清除”后再“开始”，定时电路递减变化，同时按下8路抢答按键的其中一个，例如按下第5个按键，观察定时电路是否停止工作，显示0～15之间的某一数字，抢答电路是否显示5；此时，再按其他的抢答按键，抢答电路和定时电路都不工作，禁止抢答，否则应检查电路.

2.4电路故障的排查

若在以上的调试、测试过程中，测试电路不正常，应仔细检查电路装配是否正确.检查时可分块检查，例如，先检查秒脉冲产生电路→再检查定时电路→再检查抢答电路→再检查控制电路，逐一检查，直到排除故障为止.

3　验收评估

任务实施完成后，按标准进行验收与评估.线路若一次装配不成功，需检查电路、排除故障直至电路正常.

3.1调试与测试

①正确地使用集成电路.

②秒脉冲输出波形正确.

③定时器电路显示正确.

④抢答电路显示正确.

⑤正确使用万用表、示波器等测试仪器.

3.2故障排除

①能正确观察出故障现象.

②能够正确分析故障原因，判断故障范围.

③检修故障思路清晰，方法应用得当.

④检修结果正确.

⑤正确使用测试仪器.

3.3安全、文明生产

①安全用电，不人为损坏元器件和设备等.

②保持实验环境整洁，操作习惯良好.

③认真、诚信地工作，能较好地和小组其他人员交流、协作完成工作.

4　资料归档

在任务完成后，需学会编写技术文档，包含：①电路的功能说明；②电路原理图及分析；③装配电路的工具、测试仪器仪表、元器件及材料清单；④数电实验箱上的电路布局图；⑤电路连接的工艺流程；⑥测试结果分析；⑦总结.

通过该项目的训练使学生理论与实践融会贯通，在项目任务的驱动下，“做中学”的教学形式，更好、更快地掌握专业知识和专业技能.在“学中做”里，边学边练，提升寻找方法，解决问题的能力.通过自主学习、合作学习、体验学习及时掌握专业的技术动态，体现了能力为本位的教育教学指导思想，让学生全面参与学习过程，在实践中培养能力，突出职业教育特色.

参考文献：

[1]杨志忠.数字电子技术基础[M].第2版.北京:高等教育出版社，2010.

[2]邓木森.数字电子电路分析与应用[M].北京：高等教育出版社，2008.

[3]罗杰.电子线路设计·实验·测试[M].第4版.北京：电子工业出版社，2008.

[4]张晓琴.数字电子技术应用及项目训练[M].成都：西南交通大学出版社，2010.

责任编辑：张隆辉

中图分类号：TN702

文献标识码：A

文章编号：1672- 2094（2016）01- 0166- 03

收稿日期：2016-01-07

作者简介：官泳华（1964-），女，四川内江人，四川职业技术学院副教授.研究方向：物理及电工电子学.