智力競賽搶答器的制作與調試在高職課程中的教學應用

李紅

摘 要： 高職課程中一些理論枯燥、邏輯推理較復雜的教學內容難于開展，本文以制作四人智力競賽搶答器項目為例，將原本相對獨立的元器件通過搭建綜合電路運用到一起，分析結構原理，并對試驗項目教學步驟做詳細說明，以此舉例說明部分綜合性實驗項目在高職教學過程中的應用優勢。

關鍵詞： 搶答器 D觸發器 多諧振蕩器 調整

根據高職院校教學具體環境和條件，為提高學生在動手實踐時的邏輯思維能力，在教學過程中可加入一部分綜合性實驗。下面以制作四人智力競賽搶答器項目為例，通過分析結構原理，搭建綜合電路，說明試驗項目教學步驟，為高職院校的理實一體化教學提供參考。在本項目教學過程中，重點是使學生學習數字電路中D觸發器、分頻電路、多諧振蕩器、CP時鐘脈沖源等單元電路的綜合運用，熟悉智力競賽搶賽器的工作原理，進一步了解簡單數字系統實驗、調試及故障排除方法。四人智力競賽搶答器的方案流程如圖1所示。

現根據基本原理和固有元件制作四人智力競賽搶答裝置，智力競賽搶答裝置構成原理圖如圖2所示。

圖2中F1為四D觸發器74LS175，具有公共置0端和公共CP端，引腳排列見附錄;F2為雙4輸入與非門74LS20;F3是由74LS00組成的多諧振蕩器;F4是由74LS74組成的四分頻電路，F3、F4組成搶答電路中的CP時鐘脈沖源，搶答開始時，由主持人清除信號，按下復位開關S，74LS175的輸出Q1～Q4全為0，所有發光二極管LED均熄滅，當主持人宣布“搶答開始”后，首先做出判斷的參賽者立即按下開關，對應的發光二極管點亮，同時，通過與非門F2送出信號鎖住其余三個搶答者的電路，不再接受其他信號，直到主持人再次清除信號為止。

實驗設備與器件有：+5V直流電源、邏輯電平開關、邏輯電平顯示器、雙蹤示波器、數字頻率計、直流數字電壓表、74LS175、74LS20、74LS74、74LS00等。

首先，測試各觸發器及各邏輯門的邏輯功能，判斷器件的好壞。然后將74LS175、74LS20、74LS74、74LS00等器件的管腳端子按圖2所示標號進行連接（注：74LS74的1、4、10、13管腳接+5V），搶答器五個開關接實驗裝置上的邏輯開關，發光二極管接邏輯電平顯示器。

斷開搶答器電路中CP脈沖源電路，單獨對多諧振蕩器F3及分頻器F4進行調試，多諧振蕩器單獨調整接線圖如圖3所示，在V0端接示波器，調整多諧振蕩器10K電位器，用示波器觀測輸出V0的波形，使其輸出脈沖頻率約4KHz。74LS00管腳示意圖如圖4所示，調整完成后用示波器再觀察F4輸出波形及測試其頻率。

其次，測試智力競賽搶答器電路功能，接通+5V電源，CP端接實驗裝置上連續脈沖源，取重復頻率約1KHz。

1.搶答開始前，開關K1、K2、K3、K4均置“0”，準備搶答，將開關S置“0”，發光二極管全熄滅，再將S置“1”。搶答開始，K1、K2、K3、K4某一開關置“1”，觀察發光二極管的亮、滅情況，然后將其他三個開關中任一個置“1”，觀察發光二極的亮、滅有無改變。

2.重復第一步的內容，改變K1、K2、K3、K4任一個開關狀態，觀察搶答器的工作情況。

3.整體測試，斷開實驗裝置上的連續脈沖源，接入F3及F4，再進行實驗。

此外，可以在圖中電路加一個計時功能，要求計時電路顯示時間精確到秒，最多限制為2分鐘，一旦超出限時，則取消搶答權，電路如何改進。

按上述步驟做完后，要求學生分析智力競賽搶答裝置各部分功能及工作原理，總結數字系統地設計、調試方法，分析實驗中出現的故障及解決辦法。

通過制作、調試及分析這樣一個綜合性的試驗裝置，一方面使學生系統地了解了數字電路中D觸發器、分頻電路、多諧振蕩器、CP時鐘脈沖源等單元電路的實際應用，另一方面使學生進一步掌握了較好的學習方法，理論與實踐相結合，從而進一步提高了學生的學習效率。