官泳華

（四川職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子電氣工程系，四川遂寧　629000）

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數(shù)字定時(shí)搶答電路的分析與制作

官泳華

（四川職業(yè)技術(shù)學(xué)院電子電氣工程系，四川遂寧629000）

摘要：通過(guò)“數(shù)字定時(shí)搶答電路的分析與制作”任務(wù)的訓(xùn)練，以任務(wù)為單元，以應(yīng)用為主線，充分體現(xiàn)任務(wù)引領(lǐng)、實(shí)踐導(dǎo)向的課程思想，將理論知識(shí)融入到實(shí)踐項(xiàng)目中，以項(xiàng)目任務(wù)為出發(fā)點(diǎn)，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣.提高學(xué)生對(duì)數(shù)字電路工作原理的理解，熟悉中規(guī)模集成門電路的邏輯功能及應(yīng)用，能綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)完成小型數(shù)字系統(tǒng)應(yīng)用電路的設(shè)計(jì)制作，包括查閱資料、確定電路設(shè)計(jì)方案、計(jì)算與選擇元器件參數(shù)、安裝與調(diào)試電路，能使用相關(guān)儀器進(jìn)行測(cè)試和編寫實(shí)訓(xùn)報(bào)告.

關(guān)鍵詞：資料搜集；實(shí)施方案；驗(yàn)收評(píng)估；資料歸檔

近年來(lái)，我院機(jī)電和電氣化專業(yè)“數(shù)字電路實(shí)訓(xùn)周”中，“數(shù)字定時(shí)搶答電路的分析與制作”就是訓(xùn)練內(nèi)容之一.項(xiàng)目?jī)?nèi)容選取力求具有典型性和可操作性.將定時(shí)、計(jì)數(shù)，譯碼顯示等知識(shí)的綜合運(yùn)用.學(xué)生在實(shí)訓(xùn)室中加以實(shí)現(xiàn)，學(xué)習(xí)的內(nèi)容更加貼近實(shí)際，具有實(shí)用性和趣味性.以工作任務(wù)引領(lǐng)的方式將相關(guān)知識(shí)點(diǎn)融入在工作任務(wù)中，學(xué)生掌握必要的基本理論知識(shí)，而能力的培養(yǎng)貫穿于教學(xué)的全過(guò)程，使學(xué)生的實(shí)踐能力、職業(yè)技能、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力不斷提高.

1　資料搜集

①搜集能實(shí)現(xiàn)數(shù)字定時(shí)搶答器的電路組成.

②在完成15秒8路定時(shí)搶答器電路的基礎(chǔ)上查閱集成電路手冊(cè)，搜集能滿足電路要求的中規(guī)模集成電路、器件的技術(shù)參數(shù)、使用說(shuō)明等相關(guān)資料.

③搜集布局、裝配電路的工藝流程資料.④搜集電路調(diào)試的工藝規(guī)范資料.

2　實(shí)施方案

2.1設(shè)計(jì)電路

（1）確定數(shù)字定時(shí)搶答器的技術(shù)要求

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

②主持人可以控制系統(tǒng)的清零與搶答開(kāi)始.

③搶答器要有數(shù)據(jù)鎖存與顯示的功能.搶答開(kāi)始后，若有任何一名選手按動(dòng)搶答按鈕，則要顯示其編號(hào)至系統(tǒng)直到被主持人清零，同時(shí)其他人再按對(duì)應(yīng)按鈕無(wú)效.

④搶答器要有自動(dòng)定時(shí)功能，并且一次搶答時(shí)間由主持人任意設(shè)定（本項(xiàng)目設(shè)定時(shí)間為15秒）.當(dāng)主持人啟動(dòng)“開(kāi)始”鍵后，定時(shí)器自動(dòng)減計(jì)數(shù)，并在顯示器上顯示.

⑤參賽選手只有在設(shè)定時(shí)間內(nèi)搶答方為有效搶答。若搶答有效，則定時(shí)器停止工作，并且顯示搶答開(kāi)始時(shí)間直到系統(tǒng)被清零。

⑥若設(shè)定時(shí)間內(nèi)無(wú)選手進(jìn)行搶答（按對(duì)應(yīng)按鈕），則定時(shí)器上顯示00，光電報(bào)警，并且禁止選手超時(shí)搶答.

（2）確定完成15秒8路定時(shí)搶答器的電路原理圖

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

（3）分析電路的工作過(guò)程

定時(shí)搶答器的工作過(guò)程如下：

①定時(shí)器的清零.首先是主持人對(duì)定時(shí)器進(jìn)行清零處理.主持人通過(guò)開(kāi)關(guān)S11打到清零位置時(shí)，由于兩個(gè)計(jì)數(shù)器74HC192的清零端CR都為高電平，于是兩個(gè)計(jì)數(shù)器的輸出都為“0”，定時(shí)器顯示“0”，達(dá)到清零的作用.清零后，再將開(kāi)關(guān)打到工作端，使兩個(gè)計(jì)數(shù)器處于工作狀態(tài).

圖1

圖2

②定時(shí)器預(yù)設(shè)搶答時(shí)間及搶答編號(hào)清除.主持人通過(guò)開(kāi)關(guān)S12將搶答電路中顯示搶答編號(hào)的數(shù)碼管清除使其不顯示，同時(shí)使定時(shí)器預(yù)置到定時(shí)搶答的時(shí)間（15秒）.當(dāng)主持人將開(kāi)關(guān)S12打到清除位置時(shí)，搶答電路中鎖存器74LS279的四個(gè)輸出端全為0，由于CD4511的滅零端BI為低電平，所以編號(hào)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(yōu)先編碼器74HC148處于工作狀態(tài)；同時(shí)，555定時(shí)器產(chǎn)生的秒脈沖信號(hào)進(jìn)入74HC192計(jì)數(shù)器；另外，在定時(shí)電路中，由于LD為零，兩個(gè)74HC192進(jìn)行置數(shù)，使定時(shí)器顯示設(shè)定時(shí)間（15秒）.

③搶答過(guò)程。當(dāng)主持人宣讀搶答題目后說(shuō)一聲“搶答開(kāi)始”，同時(shí)將控制開(kāi)關(guān)S12拔到“開(kāi)始”位置時(shí)，搶答器處于工作狀態(tài)，定時(shí)器進(jìn)行倒計(jì)時(shí).當(dāng)定時(shí)時(shí)間到，卻沒(méi)有選手搶答時(shí)，定時(shí)器顯00，借位輸出發(fā)出一個(gè)負(fù)脈沖信號(hào)，使發(fā)光二極管點(diǎn)亮，進(jìn)行光電報(bào)警；同時(shí)通過(guò)控制門G1和G2封鎖定時(shí)器（使時(shí)鐘脈沖封鎖）和搶答電路（使E1為高電平），于是定時(shí)器保持00，并封鎖輸入電路，禁止選手超時(shí)搶答，即實(shí)現(xiàn)定時(shí)電路和搶答電路同時(shí)停止工作.當(dāng)選手在定時(shí)時(shí)間內(nèi)按動(dòng)搶答按鍵時(shí)（如按下S5），74HC148的輸出Y2Y1Y0=010，GS=0，經(jīng)RS鎖存后，Q1＝1，BI=1，CD4511處于工作狀態(tài)，經(jīng)譯碼后顯示“5”.由于Q1＝1，使74HC148的E1端為高電平，優(yōu)先編碼器處于封鎖狀態(tài)，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(shí)器停止工作，定時(shí)顯示器上顯示剩余的搶答時(shí)間，并保持到主持人將系統(tǒng)清零為止.當(dāng)選手將問(wèn)題回答完畢，主持人操作控制開(kāi)關(guān)S11使定時(shí)器清零后處于工作狀態(tài)，然后再進(jìn)行搶答電路的清除和定時(shí)器的預(yù)置數(shù)，以便進(jìn)行下一輪搶答.

④元器件的清點(diǎn)、識(shí)別、測(cè)試。查閱集成電路手冊(cè)，確定中規(guī)模集成電路、器件的技術(shù)參數(shù)、管腳排列、使用說(shuō)明等，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)箱測(cè)試其邏輯功能，判別其質(zhì)量.

其它器件可根據(jù)元件外形或用萬(wàn)用表測(cè)試，確定各實(shí)際元件的參數(shù)和管腳、質(zhì)量等.

2.2電路組裝

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

2.3電路的調(diào)試與測(cè)試

反復(fù)檢查組裝電路，在電路組裝無(wú)誤的情況下，接入電源，觀察三個(gè)數(shù)碼管的顯示情況.

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

②撥動(dòng)主持人開(kāi)關(guān)S11，使它處于定時(shí)器“清零”位置，觀察定時(shí)器電路應(yīng)顯示為00，然后使定時(shí)器處于工作狀態(tài).

③撥動(dòng)主持人開(kāi)關(guān)S12，使搶答電路清除和定時(shí)器預(yù)置數(shù)，定時(shí)器應(yīng)顯示15，搶答器電路中的數(shù)碼管應(yīng)滅燈，否則應(yīng)檢查定時(shí)電路和搶答電路.

④撥動(dòng)主持人開(kāi)關(guān)S12到“開(kāi)始”位置，觀察定時(shí)器電路的顯示應(yīng)呈遞減數(shù)字變化.當(dāng)減到00時(shí)，定時(shí)器停止工作，發(fā)光二極管發(fā)光，給出搶答時(shí)間到的信號(hào)，同時(shí)按搶答按鍵無(wú)效，禁止搶答.

⑤主持人撥動(dòng)控制開(kāi)關(guān)S12，使定時(shí)搶答器“置數(shù)與清除”后再“開(kāi)始”，定時(shí)電路遞減變化，同時(shí)按下8路搶答按鍵的其中一個(gè)，例如按下第5個(gè)按鍵，觀察定時(shí)電路是否停止工作，顯示0～15之間的某一數(shù)字，搶答電路是否顯示5；此時(shí)，再按其他的搶答按鍵，搶答電路和定時(shí)電路都不工作，禁止搶答，否則應(yīng)檢查電路.

2.4電路故障的排查

若在以上的調(diào)試、測(cè)試過(guò)程中，測(cè)試電路不正常，應(yīng)仔細(xì)檢查電路裝配是否正確.檢查時(shí)可分塊檢查，例如，先檢查秒脈沖產(chǎn)生電路→再檢查定時(shí)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(yàn)收評(píng)估

任務(wù)實(shí)施完成后，按標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行驗(yàn)收與評(píng)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(diào)試與測(cè)試

①正確地使用集成電路.

②秒脈沖輸出波形正確.

③定時(shí)器電路顯示正確.

④搶答電路顯示正確.

⑤正確使用萬(wàn)用表、示波器等測(cè)試儀器.

3.2故障排除

①能正確觀察出故障現(xiàn)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(yīng)用得當(dāng).

④檢修結(jié)果正確.

⑤正確使用測(cè)試儀器.

3.3安全、文明生產(chǎn)

①安全用電，不人為損壞元器件和設(shè)備等.

②保持實(shí)驗(yàn)環(huán)境整潔，操作習(xí)慣良好.

③認(rèn)真、誠(chéng)信地工作，能較好地和小組其他人員交流、協(xié)作完成工作.

4　資料歸檔

在任務(wù)完成后，需學(xué)會(huì)編寫技術(shù)文檔，包含：①電路的功能說(shuō)明；②電路原理圖及分析；③裝配電路的工具、測(cè)試儀器儀表、元器件及材料清單；④數(shù)電實(shí)驗(yàn)箱上的電路布局圖；⑤電路連接的工藝流程；⑥測(cè)試結(jié)果分析；⑦總結(jié).

通過(guò)該項(xiàng)目的訓(xùn)練使學(xué)生理論與實(shí)踐融會(huì)貫通，在項(xiàng)目任務(wù)的驅(qū)動(dòng)下，“做中學(xué)”的教學(xué)形式，更好、更快地掌握專業(yè)知識(shí)和專業(yè)技能.在“學(xué)中做”里，邊學(xué)邊練，提升尋找方法，解決問(wèn)題的能力.通過(guò)自主學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)、體驗(yàn)學(xué)習(xí)及時(shí)掌握專業(yè)的技術(shù)動(dòng)態(tài)，體現(xiàn)了能力為本位的教育教學(xué)指導(dǎo)思想，讓學(xué)生全面參與學(xué)習(xí)過(guò)程，在實(shí)踐中培養(yǎng)能力，突出職業(yè)教育特色.

參考文獻(xiàn)：

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責(zé)任編輯：張隆輝

中圖分類號(hào)：TN702

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1672- 2094（2016）01- 0166- 03

收稿日期：2016-01-07

作者簡(jiǎn)介：官泳華（1964-），女，四川內(nèi)江人，四川職業(yè)技術(shù)學(xué)院副教授.研究方向：物理及電工電子學(xué).