八路抢答器电路的原理分析及安装

任务描述

本任务是要为比赛设计一个八路抢答器，根据任务要求，元器件已经准备好，需要根据原理图完成线路部分的焊接并验收。

任务目标

1.能正确使用焊接工具，完成电子元器件的焊接基本技能的训练。

2.能正确识读电路原理图，设计电路的布局走线，并按照任务要求和相关工艺规范完成电路的装接。

3.能熟练运用“五步法”进行线路的焊接。

4.能分析八路抢答器的工作原理。

知识准备

材料准备：电烙铁、焊锡丝、松香、烙铁架、万能板、尖嘴钳、斜口钳、小镊子、二极管、电容、集成芯片CD4511、数码管、蜂鸣器、八路抢答器电路原理图。

资讯准备：焊接在电子产品装配中是一项重要的技术。它在电子产品实验、调试、生产中，应用非常广泛，而且工作量相当大，焊接质量的好坏，将直接影响着产品的质量。

电子产品的故障除元器件的原因外，大多数是由于焊接质量不佳而造成的，因此，掌握熟练的焊接操作技能非常必要。

焊接的种类很多，有波峰焊、回流焊等。在此，我们只介绍工艺最简单、设备要求最低、掌握最容易的手工焊接。本项目主要阐述应用广泛的手工锡焊技术。

此外，还需要掌握以下相关知识：

一、工作原理

1.工作过程

开始之后，主持人按复位键，抢答开始。如有选手按下抢答键，报警电路会发出讯响声，并且数码显示电路上会显示成功抢答的选手的编号。当有选手抢答成功之后，系统就进行了优先锁存，其他抢答选手抢答无效。如果主持人未按下复位键，而有人按了抢答按键，此次抢答无效，只有当主持人按下了复位键，选手才能进行抢答。

2.电路原理

图7-9所示为一八路抢答器电路，S1~S8组成1~8路抢答键，D1~D12组成数字编码器，任一抢答案。按下按键，都须通过编码电路编成BCD码，将高电平加到IC1 4511所对应的输入端，从IC1 4511的引脚可以看出，引脚6、2、1、7分别为BCD码的D、C、B、A位（D为高位，A为低位，即D、C、B、A分别代表BCD码8、4、2、1位）。设S8键按下，高电平加到IC1 4511的6脚，而2、1、7脚保持低电平，此时IC1 4511输入BCD码“1000”。又如设S5键按下，此时高电平通过两只二极管D6、D7加到IC1 4511的2脚与7脚，而6、1脚保持低电平。此时IC1 4511输入的BCD码是“0101”，依此类推，按下第几号抢管键，输入的BCD码就是键的号码，并自动地由IC1 4511内部电路译码成十进制数在数码管上显示。

图7-9  某八路抢答器电路图

由于抢答器都是多路，必须满足多位抢答者抢答要求，这就有一个先后判定的锁存优先电路，确保第一个抢答信号锁存住，同时数码显示并拒绝后面抢答信号的干扰。IC1 4511内部电路与Q1、R7、R8、D13、D14组成的控制电路可完成这一功能，当抢答键都未按下时，因为IC1 4511的BCD码输入端都有接地电阻（10 k），所以BCD码的输入端为“0000”，则IC1 4511的输出端a、b、c、d、e、f均为高电平，g为低电平。通过对0~9这10个数字的分析（见IC1 4511真值表）可以看到，只当数字为0时，才出现d为高电平而g为低电平，这时Q1导通，D13、D14的阳极均为低电平，使IC1 4511的第5脚，即LE端为低电平“0”。这种状态下，IC1 4511没有锁存而允许BCD码输入，在抢答准备阶段，主持人会按复位键数显为“0”态。正是在这种情况下，抢答开始。当S1~S8任一键按下时，IC1 4511的输出端d为低电平或输出端g为高电平，这两种状态必有一个存在或都存在，迫使IC1 4511的LE端(第5脚)由0到1，反映抢答键信号的BCD码允许输入，并使IC1 4511的a、b、c、d、e、f、g七个输出锁存保持在LE为0时输入的BCD码显示状态。例如S1按下，数码管应显示1，此时仅e、f为高电平，而d为低电平。此时三极管Q1的基极亦为低电平，集电极为高电平，经D13加至IC1 4511第5脚，即LE为0~1状态，则在LE为“0”时输入给IC1 4511的第一个BCD码数据，被判定优先而锁存，所以数码管显示对应S1送来的信号是1，S1之后的任一按键信号都不显示。为了进行下一题的抢答，主持人首先按下复位键S9，清除锁存器内的数值，数显先是熄灭一下，再复“0”显状态，此后若S5键第一个按下，这时应立即显“5”。与此同时IC1 4511的输出端14脚g为高电平(10脚d为低电平，12脚b为低电平，Q1截止)，并通过D14使IC1 4511的第4脚为高电平。此时LE呈“0”—“1”状态，于是电路判定优先锁存。后边来的其他按键信号被封住，可见电路”优先锁存”后，任何抢答键均失去作用。

二、电路安装

1.元器件准备

（1）首先根据元器件清单清点所有元器件，检查有无缺失现象；目测元器件外观，检查有无损坏。将检查结果及时上报。

（2）利用色环读出电阻阻值，将正确的电阻归类放好。

（3）正确辨别二极管、三极管和电解电容的极性。

（4）正确区分CD4511的各引脚及功能。

（5）利用万用表检测LED数码管的好坏。

（6）将所有元器件上的漆膜、氧化膜清除干净，然后进行烫锡（如元器件引脚未氧化则省去此项），检查印制板的铜箔线是否完好，有无断线及短路。

在动手焊接前现将各元器件安装在印刷电路板上，确保电解电容、二极管、三极管的极性正确。安装时要按照一定的顺序安装，先装低矮和耐热的元件（如电阻），然后再装大一点的元件（如中周，变压器），最后装怕热的元件（如三极管）。

2.焊接技术

注意事项：

（1）电路板小，焊点位置较近，最好以列或行为焊接顺序。

（2）对照PCB图插上元器件后，先将元器件的一只脚折弯，以固定元器件，然后焊上另一只脚，待确认元器件的型号、方向及位置无误后，将元器件的另几只脚焊接。

（3）注意电容、二极管、三极管的极性。三极管安装时严格按e、b、c引脚位置安装。三极管的型号要看清楚，不要装错。

（4）电阻、二极管要竖着装。

（5）没有焊盘的点不要焊接。

（6）安装时注意中周的颜色，不要随意调节中周。

（7）最后焊接天线线圈时，不要剪线圈，注意不要接反。

（8）中周外壳的脚、双联电容的脚、电位器的脚要折弯后焊接。

（9）元器件尽量压低，高的不能超过中周。

（10）喇叭安放到位后，再用电烙铁将周围的三个塑料桩子靠近喇叭边缘烫下去，把喇叭压紧以免喇叭松动。

任务实施

一、确定元器件的位置

根据选用万能板确定元器件的位置，注意美观与合理，如图7-10所示。

图7-10  安装实例

二、确定合适的线路焊接方式

安装步骤及焊接方法如图7-11所示。

图7-11  安装步骤框图及焊接方法

三、线路焊接

根据之前的讲解进行线路的焊接，要善于利用元器件的引脚，洞洞板的焊接需要大量的跨接、跳线等，不要急于剪断元器件多余的引脚，有时候直接跨接到周围待连接的元器件引脚上会事半功倍。另外，本着节约材料的目的，可以把剪断的元器件引脚收集起来作为跳线用材料。

四、电路测试

完成焊接（图7-12），准备进行电路测试。

图7-12  八路抢答器正面

任务评价

以小组为单位，选择演示文稿、展板、海报、录像等形式中的一种或几种，向全班展示汇报学习成果。

综合评价表

任务拓展

一、编码器

把二进制数码0和1按一定的规律编排成一组组代码，并使每组代码具有一定的含义（如代表某个十进制数），这就叫作编码。能完成编码的数字电路称为编码器。如图7-13所示。

将十进制数字0~9编成二进制代码的电路称为二—十进制编码器，也称为BCD码编码器。

图7-13  74LS147外形图和引脚图

实际应用中往往同时有多个信号输入编码器，这时编码器不可能对这些信号同时进行编码，只能按信号的轻重缓急，即按输入信号的优先级别进行编码。具有这种功能的编码器就称为优先编码器，见表7-3。

表7-3 CT74LS147型优先编码器的编码表

二、译码器

译码器也叫解码器，它的功能与编码器相反，它将具有特定含意的二进制代码按其原意“翻译”出来，并转换成相应的输出信号。这个输出信号可以是脉冲，也可以是电位。

任务检测

一、填空题

1.用电烙铁进行焊接时，一般焊接时间应不超过（ ）秒。

2.元件引脚的剪脚高度为（ ）mm。

3.加锡的顺序是（ ）。

4.电烙铁焊接完成后与被焊体约（ ）度角移开。

5.对焊接LED温度的要求是（ ）度。

二、简答题

1.如何利用万用表检测LED数码管的好坏？