智力竞赛抢答器的制作与调试在高职课程中的教学应用

李红

摘 要： 高职课程中一些理论枯燥、逻辑推理较复杂的教学内容难于开展，本文以制作四人智力竞赛抢答器项目为例，将原本相对独立的元器件通过搭建综合电路运用到一起，分析结构原理，并对试验项目教学步骤做详细说明，以此举例说明部分综合性实验项目在高职教学过程中的应用优势。

关键词： 抢答器 D触发器 多谐振荡器 调整

根据高职院校教学具体环境和条件，为提高学生在动手实践时的逻辑思维能力，在教学过程中可加入一部分综合性实验。下面以制作四人智力竞赛抢答器项目为例，通过分析结构原理，搭建综合电路，说明试验项目教学步骤，为高职院校的理实一体化教学提供参考。在本项目教学过程中，重点是使学生学习数字电路中D触发器、分频电路、多谐振荡器、CP时钟脉冲源等单元电路的综合运用，熟悉智力竞赛抢赛器的工作原理，进一步了解简单数字系统实验、调试及故障排除方法。四人智力竞赛抢答器的方案流程如图1所示。

现根据基本原理和固有元件制作四人智力竞赛抢答装置，智力竞赛抢答装置构成原理图如图2所示。

图2中F1为四D触发器74LS175，具有公共置0端和公共CP端，引脚排列见附录;F2为双4输入与非门74LS20;F3是由74LS00组成的多谐振荡器;F4是由74LS74组成的四分频电路，F3、F4组成抢答电路中的CP时钟脉冲源，抢答开始时，由主持人清除信号，按下复位开关S，74LS175的输出Q1～Q4全为0，所有发光二极管LED均熄灭，当主持人宣布“抢答开始”后，首先做出判断的参赛者立即按下开关，对应的发光二极管点亮，同时，通过与非门F2送出信号锁住其余三个抢答者的电路，不再接受其他信号，直到主持人再次清除信号为止。

实验设备与器件有：+5V直流电源、逻辑电平开关、逻辑电平显示器、双踪示波器、数字频率计、直流数字电压表、74LS175、74LS20、74LS74、74LS00等。

首先，测试各触发器及各逻辑门的逻辑功能，判断器件的好坏。然后将74LS175、74LS20、74LS74、74LS00等器件的管脚端子按图2所示标号进行连接（注：74LS74的1、4、10、13管脚接+5V），抢答器五个开关接实验装置上的逻辑开关，发光二极管接逻辑电平显示器。

断开抢答器电路中CP脉冲源电路，单独对多谐振荡器F3及分频器F4进行调试，多谐振荡器单独调整接线图如图3所示，在V0端接示波器，调整多谐振荡器10K电位器，用示波器观测输出V0的波形，使其输出脉冲频率约4KHz。74LS00管脚示意图如图4所示，调整完成后用示波器再观察F4输出波形及测试其频率。

其次，测试智力竞赛抢答器电路功能，接通+5V电源，CP端接实验装置上连续脉冲源，取重复频率约1KHz。

1.抢答开始前，开关K1、K2、K3、K4均置“0”，准备抢答，将开关S置“0”，发光二极管全熄灭，再将S置“1”。抢答开始，K1、K2、K3、K4某一开关置“1”，观察发光二极管的亮、灭情况，然后将其他三个开关中任一个置“1”，观察发光二极的亮、灭有无改变。

2.重复第一步的内容，改变K1、K2、K3、K4任一个开关状态，观察抢答器的工作情况。

3.整体测试，断开实验装置上的连续脉冲源，接入F3及F4，再进行实验。

此外，可以在图中电路加一个计时功能，要求计时电路显示时间精确到秒，最多限制为2分钟，一旦超出限时，则取消抢答权，电路如何改进。

按上述步骤做完后，要求学生分析智力竞赛抢答装置各部分功能及工作原理，总结数字系统地设计、调试方法，分析实验中出现的故障及解决办法。

通过制作、调试及分析这样一个综合性的试验装置，一方面使学生系统地了解了数字电路中D触发器、分频电路、多谐振荡器、CP时钟脉冲源等单元电路的实际应用，另一方面使学生进一步掌握了较好的学习方法，理论与实践相结合，从而进一步提高了学生的学习效率。