制作抢答电路：任务实施

1.抢答电路分析

(1)电路组成

D触发器组成的抢答器电路如图5-21所示。图5-21中，S1、S2、S3、S4是4路抢答按钮。任何一个人先将某一按钮按下，则与其对应的发光二极管被点亮，表示此人抢答成功;而紧随其后的其他开关再被按下时均无效。SR是主持人控制的复位操作按钮，当SR被按下时，抢答器电路清零，松开后则允许抢答。该电路主要由抢答信号产生电路、抢答信号互锁电路、触发脉冲产生电路、音响电路和抢答信号显示电路组成。S1、S2、S3、S4、SR及D触发器74LS175组成信号产生电路;IC3、IC4(1)、IC4(3)组成抢答信号互锁电路;IC2(1)及周围元器件组成触发脉冲产生电路、IC4(2)及扬声器组成音响电路;4个发光二极管组成抢答信号显示电路。

(2)电路工作过程

1)触发脉冲的产生

CD4013为D触发器，假设其初态Q=1、此时Q端通过RP2向C2充电。当VC2充至VCC/2时，D触发器复位，Q端由1变为0，而由0变为1，此时端通过RP1向C1充电，当VC1充至VCC/2时，D触发器被置位，完成一个工作周期。之后将不断重复上述工作过程，形成多谐振荡信号CP1。此振荡信号CP1作为74LS175的触发脉冲，改变了RP1、C1与RP2、C2可调节振荡周期或频率。

2)抢答过程

①准备期间。主持人按下复位按钮SR，则Q1Q2Q3Q4为“0000”，LED1、LED2、LED3、LED4均不亮，同时，为“1111”，IC3输出为“0”，IC4(1)输出为“1”，IC4(2)输出为“0”，蜂鸣器不发声。IC4(3)输入一个“1”和脉冲信号CP1，输出一个同CP1反相的脉冲信号CP2，于是74LS175得到时钟脉冲信号，电路处于允许抢答状态。

图5-21 基于D触发器组成的抢答器电路

②开始抢答。例如，一名抢答人按下开关S1时，D1输入变为“1”，Q1状态变为“1”，Q1Q2Q3Q4为“1000”，LED1被点亮，为“0111”，IC3输出为“1”，IC4(1)输出为“0”，IC4(2)输入一个“1”和脉冲信号CP1，输出一个与CP1反相的脉冲信号，蜂鸣器发声;同时，IC4(3)输出为“1”不变，触发脉冲CP1被封锁[IC4(3)也称为封锁门]，74LS175的输入脉冲CP2始终为“1”(没有脉冲信号)，4个触发器的输出状态保持不变，即4个Q保持不变(4个指示灯的状态被锁定不变)，仍为“1000”，其他抢答者再按下按钮，因CP2为“1”，74LS175处于保持状态，所以不起作用，该抢答人抢答成功。若要进行下一轮抢答，则由主持人重新按下复位按钮SR完成清零。

2.器件、器材

实训需要设备包括5V直流电源、数字电路实验装置、频率计、示波器、万用表和电烙铁，所需器材明细表如表5-12所示。

表5-12 D触发器抢答器元器件(材)明细表

3.元器件识别与测试

识读各元器件的引脚与功能;在数字实验装置上按各集成电路的检测条件搭建检测电路，检测其功能，判别其好坏;用万用表检测按钮开关S1～S4及SR，要求通、断良好。

(1)集成D触发器74LS175的识别与检测

按图5-22识读74LS175的引脚，理解其含义，按表5-13栏目的要求对其进行检测，并判断其好坏。

图5-22 74LS175引脚图

表5-13 74LS175功能测试表

(2)集成D触发器CD4013的识别与检测

按图5-23识读CD4013的引脚，理解其含义，按表5-14栏目的要求对其进行检测，并判断其好坏。

图5-23 CD4013引脚图

表5-14 CD4013功能测试表

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(3)集成逻辑门74LS20的识别与检测

按图5-9识别74LS20的引脚，按表5-5所示的栏目检测其功能。

(4)集成逻辑门74LS00的识别与检测

集成逻辑门74LS00的识别与检测按表1-28的栏目进行，并自制表格完成数据记录。

(5)色环电阻的识别与检测

色环电阻R1～R9的识别与检测按表1-12的栏目进行，并自制表格完成数据记录。

(6)电位器的识别与检测

电位器RP1和RP2的识别与检测按表5-15的栏目进行。

表5-15 电位器的识别与检测

(7)二极管的识别与检测

VD1、VD2及LED1～LED4的识别与检测按表1-13的栏目完成，并自制表格完成数据记录。

(8)扬声器的识别与检测

扬声器RL的识别与检测按表5-16的栏目进行。

表5-16 扬声器的识别与检测

4.电路组装

(1)元器件布局

根据图5-21所示的电路原理图，在印制电路板或单孔板上完成元器件布局。整个电路的布局应以集成芯片为中心，形成抢答信号产生电路、触发脉冲产生电路、音响电路和抢答信号显示电路4个功能模块。按钮要安装在便于竞赛选手操作的地方，外观要整齐有序、美观。主持人按钮要安装在便于主持人操作的地方。其他方面布局要求和前面介绍的元器件布局与布线要求相同。

(2)焊接与线路连接

布局完成后，按原理图5-21完成元器件焊接与线路连接。组装完成后，按原理图自检有无短路、虚焊、漏焊、错焊及连线错误等情况。

5.功能检测与调试

电路组装完成后按以下步骤进行电路功能检测与调试。

(1)接通电源，用示波器观测触发脉冲产生电路的输出波形CP1，用频率计测量CP1的频率，调节RP1和RP2使CP1成为较窄的矩形脉冲，频率为1kHz。

(2)按下清零开关SR，所有指示灯应熄灭。

(3)按下S1～S4中的任何一个开关，如S1，与之对应的指示灯LED1应被点亮，再按其他开关均无效。

(4)按下总清零开关SR，已亮的指示灯应熄灭。

(5)重复步骤(3)和步骤(4)，依次检查各指示灯能否被点亮。

(6)增加与降低触发脉冲的频率，观察频率的高低对抢答精确度的影响。