智力竞赛抢答器报告详解.docx

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智力竞赛抢答器报告详解

课程实训报告

课程名称：

《数字设备设计与生产实训》

实训题目：

智力竞赛抢答器

专业：

通信技术

班级：

15级

学生姓名：

叶之梦

陈杰

胡晓霞

学号：

1503534

1503535

1503536

指导教师：

刘旭飞

职称：

讲师

部门：

电子信息工程学院

起止日期：

2016年12月17日至2016年12月31日

教务处制

重庆工商职业学院课程实训报告编写规范

每位学生做完实训后均应提交课程实训报告（不少于2000字）或实训作品。

格式和内容要求如下：

1.页面设置：

纸型为A4，纵向，左边距为2.5厘米，上、下、右的边距均为2厘米。

2.正文：

（1）内容要求：

（仅作参考，可自行拟定内容）

△实训目的

△实训内容

△需求分析

△概要设计

△详细设计

△调试分析

△用户使用说明

△测试结果

△实训建议、意见、体会

△附录或参考资料

（2）格式要求：

每章标题以三号黑体居中打印；章下空二行为节，以四号黑体左起打印，节下空一行为小节，以小四号黑体左起打印。

换行后以小四号宋体打印正文。

正文内的标题号用1.、

（1）、a等依次标出。

重庆工商职业学院课程实训成绩评定

指导教师评语：

实训成绩

指导教师签字：

年月日

智力竞赛抢答器

一、设计目的

1．熟悉中规模集成电路D锁存器、与非门及发光二极管的使用方法；

2．熟悉智力竞赛抢答器的工作原理和简单数字系统的设计方法；

3．了解简单数字系统的实验、调试方法和简单故障排除方法。

4.结合专题独立开展电路的设计与制作，动手又动脑，培养学生提高分析和解决实际电路，具体制作中的各种问题。

二、设计要求

要求完成设计任务书：

1．设计题目《竞赛抢答器》；

2．设计要求：

a.具有四路抢答；　　　b.具有发光显示；　　c.具有声音显示（1kHz）；

　　　　　　　d.具有清零功能；　　　　e.采用220V/50Hz交流电流、直流稳压电源5V。

三、设计内容

1．电路方框图设计

2．电路单元分析与设计

3．总体设计

4．原材料的采购与测试

5．电子产品的制作、调试

6．完成实训报告

四、设计原理

若干人参加智力竞赛，抢答开始时，由主持者清除信号，按下复位开关，所有显示电路熄灭。

当主持人宣布“开始”，首先作出判断的参赛者按下按钮，相应的显示电路灯亮，显示抢答器的组别，并发出声音提示。

此时该电路信号通过锁定电路，不再接收其它电路信号，直到主持人再次清除信号为止。

智力竞赛抢答器工作原理方框图如图一所示。

图一　　智力竞赛抢答器工作原理方框图

五、单元电路的分析与设计

1．指令电路

图二所示为指令电路。

由A、B、C、D开关、4只1M电阻组成回路指令控制电路，分别送入功能执行选择电路的输入端进行电路选择，当某一开关先于其他开关置“1”，VDD则加入，则对应的一路显示电路工作，其他指令开关无效。

图二　　　指令电路

2．复位电路

图三所示为复位电路。

当按下复位按钮，则给功能执行选择电路E端一个高电位“1”的复位信号，使其强制复位，各路显示为零。

图三　　复位电路

3．锁定电路

图四所示为锁定电路。

当执行选择电路输出为某一电路时，该对应电路显示发光，同时另一路径74LS20→74LS08→E端进行锁定，其他指令电路的输入功能执行选择电路则不予执行，指导复位信号置“1”到功能执行选择电路E端后。

图四　　锁定电路

4．功能执行选择电路

图五所示位功能执行选择电路。

当数据输入端D1、D2、D3、D4接收到某一指令信号，则对其他后到的指令信号进行锁存，输出接收指令信号相对应的显示电路与发光电路。

图五　功能执行选择电路

5．显示发光电路

图六所示位显示发光电路。

发光二极管电路与门74LS08组成，当某一显示发光电路接收到来自功能执行选择电路信号，则该路发光管法光，表示该路抢答成功。

图六　　显示发光电路

6．发声电路

图七所示为发声电路。

由喇叭、二极管、3DD15、门74LS08与电阻组成，当任一电路接到来自功能执行选择电路信号，则该电路均发出声响，告知抢答成功。

图七　　发声电路

7．振荡器电路

图八所示为振荡器电路。

由反相器74LS04、电路、电容组成环形振荡器，振荡频率由电阻、电容确定，该电路振荡频率约为1kHz。

图八　振荡器电路

六、总体电路的确定

根据设计要求和各单元电路的设计、智力竞赛抢答器的总体电路如图九所示。

根据设计要求和各单元电路的设计、智力竞赛抢答器的总体电路如图九所示。

绘制原理图

七、集成元器件参数

1．74LS04

功能表达式：

。

2．74LS08

功能表达式：

Y=AB

3．74LS20

功能表达式：

4．CC4042

八、电路的安装、调试

1．根据智力竞赛抢答器的总体原理图先设计好印刷电路板。

（详细阐述印刷电路板的设计制作过程）

根据智力竞赛抢答器的总体原理图，我们把指令电路、复位电路、锁定电路、功能执行选择电路、显示发光电路、发声电路、振荡器电路分别布局，进行

2．检查元器件的质量。

（详细阐述元器件的质量检测过程过程）

（1）、固定电阻器的检测。

将两表笔（不分正负）分别与电阻的两端引脚相接即可测出实际电阻值。

为了提高测量精度，应根据被测电阻标称值的大小来选择量程。

由于欧姆挡刻度的非线性关系，它的中间一段分度较为精细，因此应使指针指示值尽可能落到刻度的中段位置，即全刻度起始的20％～80％弧度范围内，以使测量更准确。

根据电阻误差等级不同。

读数与标称阻值之间分别允许有±5％、±10％或±20％的误差。

如不相符，超出误差范围，则说明该电阻值变值了。

注意：

测试时，特别是在测几十kΩ以上阻值的电阻时，手不要触及表笔和电阻的导电部分；被检测的电阻从电路中焊下来，至少要焊开一个头，以免电路中的其他元件对测试产生影响，造成测量误差；色环电阻的阻值虽然能以色环标志来确定，但在使用时最好还是用万用表测试一下其实际阻值。

（2）．检查发光二极管的检测

性能好坏的判断用万用表R×10k档，测量发光二极管的正、反向电阻值。

正常时，正向电阻值（黑表笔接正极时）约为10~20kΩ，反向电阻值为250kΩ~∞（无穷大）。

较高灵敏度的发光二极管，在测量正向电阻值时，管内会发微光。

若用万用表R×1k档测量发光二极管的正、反向电阻值，则会发现其正、反向电阻值均接近∞（无穷大），这是因为发光二极管的正向压降大于1.6V（高于万用表R×1k档内电池的电压值1.5V）的缘故。

用万用表的R×10k档对一只220μF/25V电解电容器充电（黑表笔接电容器正极，红表笔接电容器负极），再将充电后的电容器正极接发光二极管正极、电容器负极接发光二极管负极，若发光二极管有很亮的闪光，则说明该发光二极管完好。

也可用3V直流电源，在电源的正极串接1只33Ω电阻后接发光二极管的正极，将电源的负极接发光二极管的负极（见图4-74），正常的发光二极管应发光。

或将1节1.5V电池串接在万用表的黑表笔（将万用表置于R×10或R×100档，黑表笔接电池负极，等于与表内的1.5V电池串联），将电池的正极接发光二极管的正极，红表笔接发光二极管的负极，正常的发光二极管应发光。

（3）.74LSXX系列的性能检测

方案一：

测试真值表。

74系列芯片每一个都有一个对应的真值表，给输入端脉冲，测试输出端真值表与理论的是否一样。

一样则是好的，不一样则是坏的芯片，或者芯片不符合型号。

这就要求先做一个对照表，存放所有要测试芯片的真值表。

再弄一个40脚的零插拔力插座，电路硬件上保证可以将任一个脚接电源或是接地，并可以检测任一脚上是高电平还是低电平。

程序设计时按真值表加输入信号，测量输出就行了。

但是存放真值表并且选择真值表这一块不好做，电路太复杂。

需要用到单片机才简化。

方案二：

与标准元器件进行比较。

选择一些好的元器件，用来当做标准件。

同时给标准件和待测件相同的脉冲，用74ls85比较器来对输出的信号进行比较，一样则待测件为好的元器件。

（4）.三极管的检测

指针式万用表检测普通三极管

指针式万用表判断普通三极管的三个电极、极性及好坏时，选择R×100挡或R×1k挡位常分两步进行测量判断。

（1）三颠倒，找基极；PN结，定管型

三极管的内部等效图如图1所示，测量时要时刻想着此图，从而达到熟能生巧。

图1三极管的内部等效图

①三颠倒，找基极。

任取一个电极，把它定为基极（如这个电极为2），任意一支表笔接这个电极，另一支表笔去测量剩下的两只电极（如电极1、3），记下两次数据；然后，对调表笔，再按上述方法测量一次，记下两次数据。

在这三次颠倒测量中（不一定必须测三次），测量结果为两次阻值都很小（正向电阻），两次阻值都很大（反向电阻），那么假定的基极正确。

②PN结，定管型。

找出三极管的基极后，就可以根据基极与另外两个电极之间PN结的方向来确定管子的导电类型。

在上述测量过程中，黑表笔接基极，测量结果是阻值都很小，则该管为NPN型；反之，红表笔接基极，测量结果是阻值都很小，则该管为PNP型。

找基极、定管型的测量示意图如图2示。

图2找基极、定管型的测量示意图

（2）判断基极、集电极——顺箭头，偏转大；测不出，动嘴巴

基极找到之后，判断出PNP型或NPN型，再找发射极和集电极。

①顺箭头，偏转大。

这时可以用测量穿透电流ICEO的方法确定集电极和发射极。

对于NPN型三极管，用黑、红表笔颠倒测量两极间的正、反向电阻RCE和REC，虽然两次测量中万用表指针偏转角度都很小，但仔细观察，总会有一次偏转角度稍大，此时电流的流向一定是：

黑表笔→C极→B极→E极→红表笔。

电流流向正好与三极管符号中的箭头方向一致（“顺箭头”），所以此时黑表笔所接的一定是集电极，红表笔所接的一定是发射极。

对于PNP型三极管，道理也类似于NPN型，其电流流向一定是：

黑表笔→E极→B极→C极→红表笔。

其电流流向也与三极管符号中的箭头方向一致，所以此时黑表笔所接的一定是发射极，红表笔所接的一定是集电极。

②测不出，动嘴巴。

若在“顺箭头，偏转大”的测量过程中，由于颠倒前后的两次测量指针偏转均太小而难以区分时，就要“动嘴巴”了。

具体方法是：

在“顺箭头，偏转大”的两次测量中，用两只手指分别捏住两表笔与引脚的结合部，用嘴巴含住（或用舌头抵住）基极B，仍用“顺箭头，偏转大”的判别方法即可区分开集电极与发射极。

其中人体起到直流偏置电阻的作用，目的是使效果更加明显。

判断基极、集电极的测量示意图如图3所示。

图3判断基极、集电极的测量示意图

正常三极管极间正、反向电阻值如表1所示。

表1正常三极管极间正、反向电阻值

2 数宇式万用表检测三极管

利用数字式万用表不仅可以判别三极管引脚极性、测量管子的共发射极电流放大系数hFE，还可以鉴别硅管与锗管。

由于数字式万用表电阻挡的测试电流很小，所以不适用于检测三极管，应使用二极管挡或hFE挡进行测试。

将数字式万用表置于二极管挡位，红表笔固定任接某个引脚，黑表笔依次接触另外两个引脚，如果两次显示值均小于1V或都显示溢出符号“0L”或“1”，则红表笔所接的引脚就是基极B。

如果在两次测试中，一次显示值小于1V，另一次显示溢出符号“OL”或“1”（视不同的数字式万用表而定），则表明红表笔接的引脚不是基极B，应更换其他引脚重新测量，直到找出基极B为止。

基极确定后，用红表笔接基极，黑表笔依次接触另外两个引脚，如果显示屏上的数值都显示为0.600～0.800V，则所测三极管属于硅NPN型中、小功率管。

其中，显示数值较大的一次，黑表笔所接引脚为发射极。

如果显示屏上的数值都显示为0.400～0.600V，则所测三极管属于硅NPN型大功率管。

其中，显示数值大的一次，黑表笔所接的引脚为发射极。

用红表笔接基极，黑表笔先后接触另外两个引脚，若两次都显示溢出符号“OL”或“1”，调换表笔测量，即黑表笔接基极，红表笔接触另外两个引脚，显示数值都大于0.400V，则表明所测三极管属于硅PNP型，此时数值大的那次，红表笔所接引脚为发射极。

数字式万用表在测量过程中，若显示屏上的显示数值都小于0.400V，则所测三极管属于锗管。

3．电路板组装焊接时，注意集成块组件的引脚，色环电阻值是否正确，三极管的质量、发光管的正负极等。

（详细阐述元器件的安装过程和元器件安装过程的注意事项）

（１）．LED使用注意事项：

a）应使用直流电源供电　　

b）须做好防静电措施　

c）要注意温度的升高会使LED内阻变小当外界环境温度升高后，LED光源内阻会减小，若使用稳压电源供电会造成LED工作电流升高，当超过其额定工作电流后，会影响LED产品的使用寿命，严重的将使LED光源“烧坏”，因此最好选用恒流源供电，以保证LED的工作电流不受外界温度的影响。

d）LED的电流不能超过LED的IF电流.过流的工作会使LED寿命很快下降，如果超出过来，就会马上把LED烧坏。

e）LED在弯角或折角时请不要离胶体太近，应与胶体保持2mm以上的距离，否则会使LED胶体里面支架与金线分离，弯角在同一处的折叠次数不能超过三次，拐角弯成90°，再回到原位置为1次。

f）焊接溫度在260℃左右，时间控制在5S以內，焊接点离胶体底部在2.5mm以上，电烙铁一定要接地，绝对不充许带电焊接LED。

（2）．74LSXX使用的注意事项:

1.正常工作，实验中一般采用稳定性好、内阻小的直流稳压电源。

使用时，应特别注意电源与地线不能错接，否则会因过大电流而造成器件损坏。

2．多余输入端最好不要悬空，虽然悬空相当于高电平，并不能影响与门（与 非门）的逻辑功能，但悬空时易受干扰，为此，与门、与非门多余输入端可直接接到Vcc上，或通过一个公用电阻（几千欧）连到Vcc上。

若前级驱动能力强，则可将多余输入端与使用端并接；不用的或门、或非门输入端直接接地，与或非门不用的与门输入端至少有一个要直接接地，带有扩展端的门电路，其扩展端不允许直接接电源。

若输入端通过电阻接地，电阻值的大小将直接影响电路所处的状态，当R≤680Ω时，输入端相当于逻辑“0”；当R≥4．7KΩ时，输入端相当于逻辑“1”。

对于不同系列的器件，要求的阻值不同。

3．输出端不允许直接接电源或接地，有时为了使后级电路获得较高的输出电 平，允许输出端通过电阻R接至Vcc，一般取R＝3~5.1 KΩ；不允许直接并联使用（集电极开路门和三态门除外）。

4．应考虑电路的负载能力（即扇出系数），要留有余地，以免影响电路的正 常工作。

扇出系数可通过查阅器件手册或计算获得。

5．在高频工作时，应通过缩短引线、屏蔽干扰源等措施，抑制电流的尖峰干扰。

（3）．电容安装注意事项

（a）拆卸电路中的电容前应先放电（可通过灯泡来放电，不能直接短路放电）。

电容器放电后，端子间仍有可能产生电压（再闪击电压），此时，可通过1k（l,的电阻器进行放电。

    （b）安装时请勿使电容器主体变形。

    （c）安装前确认电容器的额定值（静电容量、电压）及电容器的极性后，再进行焊接。

    （d）电容器安装、焊接时应使标志易于观察。

电解电容器和有机薄膜可变电容器焊接时不要使之过热。

反之，会破坏电解电容器的密封，或使有机薄膜电容器的薄膜烫坏。

       （e）有些用卷绕法制成的电容器，把外层金属极片的引出线标注出来，在外壳上印有圆环，使用时应将这个引出线接地或接低电位，以起到更好的屏蔽作用。

    （f）用电烙铁焊接电容时，要注意它的焊接条件（预热、焊接温度时间、端子浸渍时间等）。

    （g）焊接时，电烙铁应与电容器塑胶管保持适当的距离，且焊接动作要快，以防止过热造成塑料管破裂，导致电解液外漏。

    （h）将电容器焊接到印制电路板上之后，不可将电容器主体倾斜、放倒或扭曲，更不可将电容器当做把手来移动印制电路板。

    （i）安装新电容器时，把新电容器的引脚剪短点，并拉直，先焊一个脚，在电路板焊接电容器背面的地方上稍多加点焊锡，用电容器的一个引脚顶住焊孔，背面的焊锡熔化到焊脚孔后，顶住的那个脚就可以进去了，另外一个脚也用同样方法让它进入焊孔。

装上电容器后剪掉过长的引脚，接着一手按住电容器，使它能够与电路紧密接触，一手拿着电烙铁，对电容器两个引脚进行补焊，同时轻轻摇动电容器的两个引脚，使焊锡能充分渗入到引脚的双面板内

（4）．三极管使用注意事项

a）焊接时应选用２０～７５Ｗ电烙铁，每个管脚焊接时间应小于４s，并保证焊接部分与管壳间散热良好。

b）管子引出线弯曲处离管壳的距离不得小于２毫米。

c）大功率管的散热器和管子低部接触应平整光滑，在散热器上用螺钉固定管子，要保证个螺钉的松紧一致，结合紧密。

d）管子应安装牢固，避免靠近电路中的发热元件。

e）三极管要做好性能检测，判断好各个极，才能使用。

4．电路安装完成后的调试：

电路正常，能

5．重复做（4）的内容，改变A、B、C、D任一个开关状态（不要和前次的测试相同）。

九、心得体会

通过这次课程设计，加强了我们动手、思考和解决问题的能力。

也让我看到了自己知识掌握的程度，发现基础比较薄弱，但通过这次课程设计加深了对这发面的了解，对相关元器件的使用有了更深一步的了解。

在设计过程中，经常会遇到这样那样的情况，就是心里老想着这样的接法可以行得通，

但实际接上电路，总是实现不了，因此耗费在这上面的时间用去很多。

我觉得做课程设计同时也是对课本知识的巩固和加强，由于课本上的知识太多，平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能，而且考试内容有限，所以在这次课程设计过程中，我们了解了很多元件的功能，并且对于其在电路中的使用有了更多的认识。

平时看课本时，有时问题老是弄不懂，做完课程设计，那些问题就迎刃而解了。

而且还可以记住很多东西。

比如一些芯片的功能，平时看课本，这次看了，下次就忘了，通过动手实践让我们对各个元器件印象深刻。

认识来源于实践，实践是认识的动力和最终目的实践是检验真理的唯一标准。

所以这个课程设计对我们的作用是非常大的。

这次课程设计能够顺利的完成，很大部分应该是需要耐心和细心，还有团体的团结。

这次课程设计收获了很多。