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任务4 路智力抢答器抢答报警模块的分析与制作数字电子产品的分析与制作 任务四 八路智力抢答器 抢答报警模块的分析与制作 一、任务资讯 作为一个完整的智力抢答器，当参赛者抢到答题权后，不但要能显示参赛者的组别号，同时还要以声音报警的方式通知主持人及其他参赛者和现场的观众。 555定时器是在电子工程领域中广泛使用的一种中规模集成电路，它将模拟电路与逻辑功能巧妙地结合在一起，具有结构简单、使用电压范围大、工作速度快、定时精度高、驱动能力强等优点。555定时器配以外部元件，可以构成多种实际应用电路，广泛应用于产生多种波形的脉冲振荡器、检测电路、自动控制电路、家用电器以及通信产品等电子设备中。本任务是制作一个555集成定时器构成的报警器，将它与上一个任务制作的抢答主控模块连接，构成抢答报警提示功能。 (一)任务目标 类别 知识目标 目 标 1.掌握555定时器的基本结构及分类； 2.能用555定时器构成的施密特触发器、单稳态触、多谐振荡器等应用电路。 1.会查阅555集成定时器的技术资料； 技能目标 2.能正确识别555集成定时器并能检测其其性能； 2.能识别与选取语音芯片并能正确使用语音芯片； 3.能不明确制作由555定时器与语音芯片构成的报警电路。 1.学会沟通能力并培养团队协作精神； 职业素养 2.养成良好的职业道德； 3.养成良好的质量、成本、安全、环保意识 (二)产品电路 根据图4-1给定电路的结构与参数，制作采用555集成定时器的提示报警器。 (三)555定时器简介 1.555定时器分类 555定时器又称为时基电路，按照内部元件可以分为双极型(又称TTL型)和单极型 (又称CM0S型)两种，双极型内部采用的是三极管，单极型内部采用的则是场效应管；按单片电路中包括定时器的个数可以分为单时基定时器和双时基定时器。常用的单时基定时器有双极型定时器5G555和单极型定时器CC7555，双时基定时器有双极型定时器5G556和单极型定时器任务四 八路智力抢答器抢答报警模块的分析与制作 CC7556，引脚排列如图4-2所示。 3 图4-1 八路智力抢答器抢答报警模块电路原理图 (a)单时基定时器引脚排列图 (b)双时基定时器引脚排列图 图4-2 单时基定时器和双时基定时器引脚排列图 2.555定时器的电路组成 CC7555定时器内部电路如图4-3所示，它由分压器、比较器A1和A2、RS触发器和放电管VT等几部分组成。引脚分布为：1脚VSS为接地端；2脚TR为触发端(低触发端)；3脚OUT为输出端；4脚R为复位端(低电平有效)；5脚C-V为电压控制端；6脚TH为阈值端(高触发端)；7脚D为放电端；8脚VDD为电源端。 图4-3 CC7555定时器内部电路图 数字电子产品的分析与制作 (1)分压器 分压器由三个等值的电阻(R1、R2、R3)串联而成，将电源电压VDD分为三等份，作用是为比较器提供两个参考电压，一个是A1反相输入端电压U1，一个是A2同相输入端电压U2，若控制端C-V悬空或通过电容接地，则 U1=21UDD, U2=UDD 33若控制端C-V外加控制电压US，则 U1=US, U2=US/2 (2)比较器 A1和A2接成电压比较器，根据比较器的工作原理，可知： 当U+>u-时，比较器的输出为高电平l； 当U+<u-时，比较器的输出为低电平O。 显然，当高触发端TH(6脚)的电位大于的电位小于2UDD时，比较器A1的输出R为l，当高触发端TH32UDD时，比较器Al的输出R为0。 31当低触发端TR (2脚)的电位大于VDD时，比较器A2的输出S为0，当低触发端TR的电31位小于VDD时，比较器A2的输出S为1。 3(3)基本RS触发器 基本RS触发器由两个或非门组成，电压比较器的输出是基本RS触发器的输入信号，触发器的输出信号Q和Q将随着比较器输出的变化而改变。 (4)复位电路 R是复位端，低电平有效。当R为低电平时，输出端OUT(3脚)为0。 (5)放电管VT和输出缓冲器 NMOS放电管主要用以构成放电回路。当复位端R无效，即高电平时，若基本RS触发器的Q=0，则放电管VT截止；若Q=1，则放电管VT导通，通过放电端D(7脚)与外接电路形成放电回路。 输出部分由反相器构成输出缓冲器，以提高输出驱动能力。 3.555定时器的功能 根据以上555定时器的电路结构，可以分析其功能见表4-1。 (1)复位端R的优先级最高，只要R= 0，电路的输出OUT就为0；当R=1时，触发器的输出的状态将由高触发端TH和低触发端TR二者的大小来决定。 21(2)UTH<VDD时，RS触发器的输入端R=O，UTR<VDD时，RS触发器的输入端S=1，此时触33发器置位，Q=1。放电管VT截止，放电端D为高阻态。电路的输出OUT就为1。 任务四 八路智力抢答器抢答报警模块的分析与制作 表4-1 555定时器功能表 TH × <TR × <R 0 1 OUT 0 1 VT 导通 截止 2VDD 31VDD 31VDD 3>2VDD 32VDD 3>1 0 导通 <>1VDD 31 保持原态 保持原态 (3)UTH>21VDD时，RS触发器的输入端R=l，UTR>VDD时，RS触发器的输入端S=0，此时触3321VDD时，RS触发器的输入端R=0，UTR>VDD时，RS触发器的输入端S=0，此时触33发器复位，Q=0。放电管VT导通。电路的输出OUT就为0。 (4)UTH<发器保持原状态，放电管VT也保持原状态，即电路的输出OUT保持原态。 为便于记忆，上述功能可归纳为“同低出高。同高出低。不同保持”。例如，“同低出高”是指高触发端、低触发端同时低于各自的参考电压时，输出为高电平。 (四)施密特触发器 施密特触发器能将缓慢变化的波形整形为边沿陡峭的矩形脉冲，同时具有回差电压和较强的抗干扰能力。 1.用555定时器构成的施密特触发器 (1) 电路组成 将555定时器的高触发端TH(6脚)与低触发端TR(2脚)接在一起，作为信号的输入端，即可构成施密特触发器，如图4-4(a)所示。电压控制端C-V(5脚)接有一个0.01F的滤波电容，以提高电路的稳定性。 2.工作原理 设输入波形为三角波，如图4-4(b)所示。根据表4-1中555定时器的功能表可以得到分析结果。 112当ui<VDD时，对应图4-4(b)中的0t1段，此时，UTR<VDD，UTH<VDD,为“同低出高”，33312u0为1；当uI升高到VDD< u0< VDD时，对应图中的t1t2段，为“不同保持”，触发器保持33原来状态，u0仍为1。 数字电子产品的分析与制作 当uI>(a) 555定时器构成的施密特触发器 (b) 波形图 图4-4 555定时器构成的施密特触发器及其波形图 2VDD时，对应图中t2t3段，为“同高出低”，u0为0，触发器处于复位状态。当321VDD以下，尚未达到VDD时，对应图中的t3t4段，为“不同保持”，触发器保33输入uI减小到持原来状态，维持u0为0。 1当输入电压uI继续下降到<VDD时，对应图中t4t5段，为“同低出高”，输出u0为1。 3根据以上分析和波形图可见，施密特触发器可以将输入的三角波整形为矩形波。从波形上看出，矩形波的翻转变化转折点要从两个过程加以分析，一个是uI上升阶段，输出的矩形波由高电平跳变到低电平时对应的输入电压是2VDD；另一个是uI下降阶段，输出的矩形波由低3121电平跳变到高电平时对应的输入电压是VDD。因此，把VDD称为上限门槛电压U+，把VDD称333为下限门槛电压U-,把两者的差值称为回差电压UT,即 UT= U+-U- 根据这个变化过程，可以画出输入电压和输出电压的关系曲线，称为施密特触发器的传输特性曲线，又称回差特性曲线或迟滞特性曲线，如图4-5所示，从曲线中可以看到电路的滞后特性。图4-6是施密特触发器的逻辑符号。 图4-5 施密特触发器的回差特性曲线 图4-6 施密特触发器的逻辑符号 任务四 八路智力抢答器抢答报警模块的分析与制作 由传输特性可看出施密特触发器的特点为电路有两个稳定状态，输出高电平和输出低电平；输出状态与输入信号uI的变化方向和电路的回差电压有关。 当施密特触发器输入一定时，其输出可以保持OUT为0或1的稳定状态，所以施密特触发器又称为双稳态电路。 3.施密特触发器的典型应用 (1) 波形变换 可以将任何符合特定条件的输入信号变为对应的矩形波输出信号。 (2) 幅度鉴别 幅度鉴别如图4-7所示 图4-7 利用施密特触发器进行幅度鉴别 (3) 脉冲整形 脉冲整形如图4-8所示 图4-8 利用施密特触发器进行脉冲整形 (五)单稳态触发器 单稳态触发器是只有一个稳定状态的电路，其特点是： 数字电子产品的分析与制作 有一个稳定状态和一个暂稳态。 在触发脉冲作用下，电路将从稳态翻转到暂稳态，在暂稳态停留一段时间后，又自动返回到稳定状态。 暂稳态时间的长短取决于电路本身参数，与触发脉冲的宽度无关。(注意：触发脉冲为窄脉冲，其宽度应小于暂稳态的宽度。) 1 用555定时器构成的单稳态触发器 (1) 电路组成 图4-9(a)是由555定时器构成的单稳态触发器。输入信号“加在低触发端TR(2脚)，并将高触发端TH(6脚)与放电端D(7脚)接在一起，然后再与定时元件R、C相接。 图4-9 555定时器构成的单稳态触发器及其工作波形 (2) 工作过程 .稳态：电源接通前，ui为高电平。接通电源，VDD经R对电容C充电，当电容C上的电压uC> 21VDD时，由于ui> VDD，于是“同高出低”，555定时器输出为低电平，即u0=O。放电3321VDD、UTR=uI>VDD，则“不同保持”，33管VT导通，电容C经VT迅速放电，uC0，此时UTH=uC<即输出u0为稳定的低电平，工作波形如图4-9(b)中Ot1段所示。 1暂稳态：在负脉冲ui作用下，低触发端TR得到低于VDD的触发电平，而此时uC=0，即3UTH<21VDD、UTR<VDD，则“同低出高”，即输出u0为高电平，同时放电管VT截止，电路进入暂33稳态，定时开始。工作波形如图4-9(b)中t1t2段所示。 暂稳态阶段，电容C充电，充电回路为VDD®R®C®地，充电时间常数tRC，uC按指数规律上升。 自动返回稳定状态：当电容电压uC上升到221VDD时，UTHVDD、UTRVDD，则有“同高333出低”，输出u0由高电平变为低电平，放电管VT由截止变为饱和，暂稳态结束。电容C经放任务四 八路智力抢答器抢答报警模块的分析与制作 电管VT放电至0V，由于放电管饱和导通的等效电阻较小，所以放电速度快，在这个阶段，输出u0维持低电平。工作波形如图4-9(b)中t2t3段所示。 电路返回稳态后，当下一个触发信号到来时，又重复上述过程。 由图可见，输出脉冲宽度tW为定时电容C上的电压uC由0充到2VDD所需的时间，其大小3可用下式估算 tW=RCln31.1RC 由上式可见，脉冲宽度tW大小与定时元件R、C的大小有关，而与输入脉冲宽度及电源电压大小无关，调节定时元件，可以改变输出脉冲宽度。 当一触发脉冲使单稳态触发器进入暂稳态状态以后，tW期间其他触发脉冲对触发器就不起作用；只有当触发器处于稳态时，输入的触发脉冲才能起作用。 2.单稳态触发器的应用 (1) 定时 单稳态触发器可以构成定时电路，与继电器或驱动放大电路配合，可实现自动控制、定时开关的功能等。 (2) 分频 当一个触发脉冲使单稳态触发器进入暂稳状态，在此脉冲以后tW时间内，如果再输入其他触发脉冲，则对触发器的状态不再起作用；只有当触发器处于稳定状态时，输入的触发脉冲才起作用，分频电路正是利用这个特性将高频率信号变换为低频率信号，电路如图4-10所示。 图4-10 分频电路 (六)多谐振荡器 多谐振荡器是能产生矩形脉冲波的自激振荡器，由于矩形波中除基波外，还包含许多高次谐波，因此这类振荡器被称为多谐振荡器。多谐振荡器一旦起振后，电路没有稳态，只有两个暂稳态，它们交替变化，输出连续的矩形波脉冲信号，因此它又称为无稳态电路，常用做脉冲信号源。 1.用555定时器构成的多谐振荡器 (1)电路组成 电路如图4-11(a)所示，定时元件除电容C之外，还有两个电阻R1和R2。将高、低触发数字电子产品的分析与制作 端(6脚、2脚)短接后连接到C与R2的连接处，将放电端(7脚)接到R1与R2的连接处。由图可见，uC=UTH=UTR。 (a)电路图 (b)波形图 图4-11 555定时器构成的多谐振荡器及其工作波形 (2)工作原理 在接通电源瞬间t=t0时，电容C来不及充电，uC为低电平，此时，UTH<21VDD、UTR<VDD，33则有“同低出高”，输出u0为高电平。同时放电管VT截止，电容C开始充电，电路进入暂稳态。一般多谐振荡器的工作过程可分为以下四个阶段，如图4-11(b)所示。 暂稳态I(t0t1)：电容C充电，充电回路为VDD®R1®R2®C®地，充电时间常数为电容C上的电压uC随时间t按指数规律上升，VDD<uC<t1=(R1+R2)C，即输出u0暂稳在高电平。 自动翻转I(t=t1)：当电容上的电压uC上升到2VDD时，则有“同高出低”，即输出u0由3132VDD则有 “不同保持”，3高电平跳变为低电平，电容C中止充电。 暂稳态II(t1t2)：此时，放电管VT饱和导通，电容C放电，放电回路为C®R2®放电管VT®地，放电时间常数t2=R2C(忽略放电管VT的饱和电阻RCES)，电容电压uC按指数规律下降，同时使输出维持在低电平上。 1自动翻转Il(t=t2)：当电容电压uC下降到VDD时，则有“同低出高”，即输出u0由低电3平跳变为高电平，电容C中止放电。由于放电管VT截止，电容C又开始充电，进入暂稳态I。 以后，电路重复上述过程，电路没有稳态，只有两个暂稳态，它们交替变化，输出连续的矩形波脉冲信号。 (3)主要参数 两个暂稳态维持时间T，和R的计算公式为 T1=t1ln2=0.7(R1+R2)C T2=O.7R2C 任务四 八路智力抢答器抢答报警模块的分析与制作 振荡周期为 T=T1+T2=0.7(R1+2R2)C 振荡频率为 f=1/T 0.7(R1+R2)C+占空比为 D=T1=R1R2 T1+T20.7(R1+2R2)CR1+2R2 2.石英晶体振荡器 前面介绍的多谐振荡器的振荡频率不仅取决于时间常数RC，而且还取决于阈值电平，由于其易受温度、电源电压等外界条件的影响，因而频率稳定性较差，不适合用在频率稳定性要求较高的场合。为了得到频率稳定性很高的脉冲信号，可采用如图4-12(a)、(b)所示的石英晶体振荡器，简称晶振。例如计算机中的时钟脉冲就是由晶振产生的。 石英晶体J相当于一个高Q(品质因数)的选频网络。电路在满足正反馈条件的自激振荡过程中，石英晶体只允许与其谐振频率f0相等的信号顺利通过，而ff0的其他信号则被大大衰减，因而该电路的振荡频率主要取决于石英晶体的谐振频率f0，与R、C的取值关系不大；R主要用来使反相器工作在线性放大区，R的阻值对TTL门来讲通常在0.72KW之间，而对于CMOS门而言则常在10100MW之间。图4-12(b)所示的晶振电路输出的频率为32768 Hz，经若干级二分频器后，可以为数字钟提供时钟脉冲，电路中电容C1用于两个反相器之间的耦合，而C2的作用则是抑制高次谐波，以保证稳定的频率输出。 图4-12 石英晶体振荡器 二、任务决策 电路原理分析 1.工作任务电路整体结构图 八路智力抢答器抢答报警模块电路原理图如图4-13所示。 2.电路分析 IC1是时基集成电路NE555，它与R4、C2、C3组成单稳态触发器，IC2是语音报警芯片，它与VT3、VT4及扬声器B构成语音报警发声电路，R1、R2、R3、C1及D1构成报警启动控制，低电平触发电路。整个电路板通过接头JT10与抢答控制主控模块相连。 电源由抢答主控模块通过JT10的3、4脚送至本电路板，电路处于稳态，即IC1的3脚输出低电平，报警电路不工作。JT10的1脚与抢答主控板上的IC3反相器输出端相连，平时没有参赛者按下抢答按钮时，1脚为高电平，5V电源经过R2，使D1导通，R2与R3串联分压，由数字电子产品的分析与制作 于R3远大于R2，使IC1的2脚TR为高电平，电路处于稳态，3脚输出为0；当某参赛者按下抢答按钮开关后，主控板上的IC3反相器输出低电平，通过JT10的1脚使电容C3左边为低电平，由于电容C1的电压不能突变， D1阳极电位下降为零，D1截止，使IC1的2脚TR为低电平，电路进入暂稳态，3脚输出为l，同时由于R2、C1的充电时间常数很小，D1阳极电位很快变为高电平，D1重新导通，使TR恢复为高电平；电路进入暂稳态后，其维持时间由R4、C2决定。 图4-13 八路智力抢答器抢答报警模块电路原理图 单稳电路被触发翻转进入暂稳态，IC1的3脚由原来的低电平跳变为高电平。该高电平信号经限流电阻R5使三极管VT1导通，于是VT2也饱和导通，语音集成电路IC2被接通电源工作。IC2输出的音频信号经三极管VT3、VT4构成的互补放大器放大后推动电动式扬声器B发出洪亮的报警声。由于单稳电路被触发翻转的同时，电源开始经R4对C2充电，约经过1.1R4C2时间后，单稳电路自动恢复到稳定状态，3脚输出变为低电平，报警器停止报警，处于预报状态。JT10的2脚与抢答主控模块的主持人复位开关相连，当主持人按下了复位按钮开关后，2脚为高电平，向C2充电，使555的3脚输出高电平，使报警电路复位，提前结束报警。 三、任务计划 (一)电路元器件参数及功能 采用555集成定时器构成的八路智力抢答器抢答报警模块电路元器件参数及功能见表4-2。 表4-2 采用555集成定时器构成的八路智力抢答器抢答报警模块电路元器件参数及功能表 序号 元器件代号 1 2 3 4 R1 R2 R3 R4 R5 名称 碳膜电阻器 碳膜电阻器 碳膜电阻器 碳膜电阻器 型号及参数 1/8-4.7K 1/8-47K 1/8-1M 1/8-4.7K 功能 报警启动控制，低电平触发电路 与C2共同完成延时、定时 限流 任务四 八路智力抢答器抢答报警模块的分析与制作 1/8-150K 1/8-1K 0.1F/63V 100F/10V 0.01F/63V S9013 S9013 3AX81 NE555 KD9561 0.5W 8 4P 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 R6 R7 C1 C2 C3 碳膜电阻器 碳膜电阻器 电容器 电容器 电容器 改变音频振荡频率 限流 报警启动控制，低电平触发电路 与R4共同完成延时、定时 滤波，提高电路稳定性 电子开关 放大 放大 与外围元件单稳态触发器 产生语音报警信号 输出报警信号 信号连接 VT1、VT2 三极管 VT3 VT4 IC1 IC2 B JT10 三极管 三极管 集成定时器 报警芯片 扬声器 插座 (二)电路装配准备 1.电路装配线路板设计与制作 (1)电路装配线路板设计图如图4-14所示。 图4-14 八路智力抢答器抢答报警模块电路装配图 (2)电路装配线路板设计说明。 本装配线路板图为从元器件面向下看的透明装配线路板图制作时可参考此布线图，在实际制作时可在万能板上进行焊装。 四、任务实施 (一)元器件检测 1.555集成定时器的识别与检测 用555集成定时器组成的秒信号发生器可对555集成定时器进行初步检测。图4-15(a)为检测电路，该检测电路实际为555集成定时器组成的多谐振荡器，其振荡周期约为ls，故称数字电子产品的分析与制作 为秒信号发生器。按图4-15(b)布线焊装一块检测板，图中IC1使用DIP8型集成电路插座。检测时，将被测555集成定时器插入IC1插座，接入+VCC，发光二极管LED1发光并闪烁，且闪烁频率约为1Hz，说明被测555集成定时器是正常的，否则，其功能失效。 (a)检测电路 (b)布线图 图4-15 555集成定时器检测器 2.语音芯片的识别与检测 KD9561是四音模拟声报警集成电路，它有四种不同的模拟声响可选用，模拟声种类由选声端SEL1和SEL2的电平高低决定，见表4-3。当SEL1和SEL2悬空时，发出的是警车声。对单片KD9561可采用图4-16所示电路进行检测。按图接入点画线框内的三极管VT、扬声器B、电源，并按图接入一个270K电阻，若能发出警车声，说明被测KD9561基本正常。按表4-3改变SEL1和SE2的接法，可进一步检测KD9561的声效功能。 表4-3 KD9561的四声功能 SL1 SL2 输出声效 不接 不接 警车声 VDD 不接 火警声 不接 救护车声 VSS 任意接 VDD 机关枪声 (二)整机装配 图4-16 KD9651检测电路 1.电路装配步骤 电路装配遵循“先低后高、先内后外”的原则，参照图4-14的布线将检测好的元器件焊装到万能电路板上。 2.电路装配工艺要求 任务四 八路智力抢答器抢答报警模块的分析与制作 (1)无错焊、漏焊、虚焊。 (2)元器件(零部件)距印制板高度H为01 mm。 (3)元器件(零部件)引脚保留长度为O.51.5mm。 (4)元器件面元器件(零部件)高度平整、一致。 (三)电路调试 (1)仔细检查、核对电路与元器件是否无误。 (2)用镊子或金属导线将JT10的1脚对地短接或接触一下，扬声器应发出警报声。然后将JT10与抢答主控模块相连，启动任何一组抢答扬声器应发出警报声。 (3) IC2用KD9561，是四音模拟声集成电路。IC2的外围元件只有一只振荡电阻R3，取值可在180510K范围内，R3阻值越小，报警节奏就越快，反之则慢。 (4)B可采用0.8W、8的电动扬声器,亦可用压电陶瓷代用,但必须加装助声腔,尽管如此,其音量还是要小得多。 (四)故障分析与排除 1.故障现象及原因 本电路常见故障现象有接通电源即报警或开启电源后不能报警等。 接通电源即报警的常见主要原因有 (1) JT10的1脚(报警输入)对地有短路； (2) 555集成定时器损坏； (3) 三极管VT1或VT2的C-E结击穿等。 开启电源后不能报警的常见主要原因有 (1) JT10的2脚(报警复位)对Vcc有短路； (2) 555集成定时器损坏； (3) 语音芯片KD956l损坏； (4) 三极管VT3、VT4损坏等。 2.故障检修技巧 本电路可采用对分法进行分析。所谓对分法，即对于有故障的多级电路，为了减少调测工作量，可先把可疑的范围分作两区，先通过检测，判定前后两个部分究竟哪一部分有故障，然后再对有故障部分继续进行对分检测，直到找到故障点为止。 采用555集成定时器的报警器可分为两部分，如图4-17所示。图4-13电路中左边部分为前级电路(触发控制、延时电路)，由555集成定时器及外围电路组成，IC1的3脚是关键测试点；图4-13所示电路的右边部分为后级电路(报警发声电路)。 图4-17 报警器方框图 数字电子产品的分析与制作 例如，故障现象为接通电源即报警，用逻辑测试笔(或万用电表)检测IC1的脚状态，若为高电平，则为前级电路故障，即555集成定时器及外围元件损坏，通过进一步检测可尽快找出故障元件；若检测IC1的3脚状态为低电平，则可判断故障后级电路，这时因接通电源即报警，说明语音报警芯片IC2正常，显然，故障原因是三极管VT1或VT2的C E结击穿，使接通电源后，IC2的VSS端相当于接地，即通电后报警发声电路就开始工作。 同样，若故障现象为开启电源后不能报警，将报警输入端(JT10的1脚)对地短路的同时检测IC1的3脚状态，若为低电平说明前级部分电路异常，应检查前级电路即555集成定时器电路及其外围元件，否则应检查后级电路，即检查IC2和三极管VT1VT4是否正常。 五、任务检查 本任务的考评点、各考评点在本任务中所占分值比、各考评点的评价方式、各考评点评价标准见表4-3。 表4-3 八路智力抢答器抢答报警模块的分析与制作考核评价表 序考评点 分值 考核方式 号 评 价 标 准 评价内容 1.掌握555定时器的基本结构及分类；2.能用555定时器构成的施密特触发器、单稳态触、多谐振荡教师评价器等应用电路；3.会查阅555集成定时器的技术资一 任务资讯 20 (80%)+互评料；4.能正确识别555集成定时器并能检测其其性20 16 12 6 (20%) 能；5.能识别与选取语音芯片并能正确使用语音芯片；6.能不明确制作由555定时器与语音芯片构成的报警电路。 教师评价1.能理解并正确分析抢答报警模块电路的功能和工二 任务决策 10 (80%)+互评作原理； 2.能理解产品电路的主要技术参数。 (20%) 教师评价1.能掌握电路元器件参数及功能；2.能按要求合理三 任务计划 10 (50%)+互评选择元器件；3.能制订详细的安装制作流程，合理10 8 (50%) 设计安装布线图或印刷电路图。 6 3 10 8 6 3 评价优良及不及得分 秀 好 格 格 教师评价1.能正确识别、检测与筛选元器件；2.元器件布局四 任务实施 20 (30%)+自评合理，焊接质量可靠，焊点规范、一致性好；3.能(20)+互评正确使用检测仪表，能分析测试数据。 (50%) 电路调试修 六 职业素养 20 教师评价1.电路调试过程思路清晰，测试数据记录正确，并(50%) 用仪表正确检测判断出故障部位并排除故障。 20 16 12 6 20 16 12 6 五 与故障检20 (50%)+互评能提出一些新的建议；2.能根据电路工作原理，利20 16 12 6 教师评价1.工作积极主动、精益求精，不怕苦、不怕累、不(30%)+自评怕难；2.遵守工作纪律，服从工作安排；3.能虚心任务四 八路智力抢答器抢答报警模块的分析与制作 (20%)+ 互请教与热心帮助同学，能主动、大方、准确地表达评(50%) 自己的观点与意愿；4.遵守安全操作规程、爱惜器材与测量仪器仪表，节约焊接材料，不乱扔垃圾，积极主动打扫卫生。 合 计 得 分 六、任务评价 (一)任务总结 1.555集成定时器主要由比较器、基本RS触发器、门电路构成。基本应用形式有三种：施密特触发器、单稳态触发器和多谐振荡器。 2.施密特触发器具有电压滞回特性，某时刻的输出由当时的输入决定，即不具备记忆功能。当输入电压处于参考电压UR1和UR2之间时，施密特触发器保持原来的输出状态不变，所以具有较强的抗干扰能力。 3.在单稳态触发器中，输入触发脉冲只决定暂稳态的开始时刻，暂稳态的持续时间由外部的RC电路决定，从暂稳态回到稳态时不需要输入触发脉冲。 4.多谐振荡器又称为无稳态电路。在状态的变换时，触发信号不需要由外部输入，而是由其电路中的RC电路提供，状态的持续时间也由RC电路决定。 (二)知识拓展与提高 1.采用555集成定时器的光控开关的制作任务分析 自主进行采用555集成定时器的光控开关的制作任务的分析。 (1)电路整体结构如图4-18所示。 图4-18 工作任务电路整体结构图 (2)电路分析 555集成定时器接成施密特触发器，光敏电阻器RG1白天受光照射呈低电阻，故555电路数字电子产品的分析与制作 的高触发端6脚与低触发端2脚电位均高于2VCC，处于复位状态，3脚输出低电平，继电器31KA1不动作。晚上，环境光线变暗，RG1呈高电阻，使555电路的2、6脚电位下降，当降至VCC3时，555电路置位，3脚输出高电平，KA1吸合。调节RP1阻值，可调整光控阈值。R1、C1构成的积分电路可吸收干扰信号，防止夜间短暂光线变化使电路发生误翻转。 2.采用556集成定时器的双路报警器的制作任务分析 自主进行采用556集成定时器的双路报警器的制作任务的分析。 (1)工作任务电路整体结构如图4-19所示。 图4-19 学习情境3的工作任务电路整体结构图 (2)电路分析 IC1(556)是在同一集成电路上集成两个555单元电路，共用一个电源VCC，IC1的4脚和10脚分别是556(a)与556(b)的复位端。图中556(a)与556(b)处于高电平状态时，均工作在多谐振荡器状态。556(a)所构成的多谐振荡器的工作频率比较低，其频率为 f11.4/(R1+2R2)C1 该频率由556(a)的5脚输出振荡方波，通过R，来控制556(b)的振荡频率，556(b)的振荡频率为 f21.4/(R5+2R6)C3 因为555时基电路的电压控制端如果外接一个参考电压，则可以改变触发电平值，当556(a)的5脚输出矩形波为低电平时，通过R7加到556(b)的11脚，IC2的振荡频率就变低；当556(a)的5脚输出为高电平时，556(b)的振荡频率变高，其变化的信号通过R8、VT1使扬声器产生高低音交错的呜叫，近似急救车的警笛声。 改变R5、R6、C3的值，警笛声的频率也会有相应的变化。 S2、S3为门开关(其通断由房间的两个门来控制)，两门都闭合时，S2闭合、S3断开， IC2的G1门输出低电平，即556(a)与556(b)的复位端为低电平，使556(a)的5脚和556(b)的9脚输出为低电平，无报警信号产生。当控制S2的门被打开使S2断开或控制S3的门被打开，任务四 八路智力抢答器抢答报警模块的分析与制作 使S3闭合时，G1输出高电平，即556(a)与556(b)的复位端为高电平，使IC1处于工作状态，由556(a)等组成的低频振荡器控制由556(b)等组成的高频振荡器，报警信号经VT1放大使扬声器发出近似急救车的警笛声，同时556(a)输出的矩形波使LED1和LED2闪烁，实现了声光同时报警。 R9、C4为延迟电路，使报警电路启动后，即使控制S2的门被打开也不会马上报警，便于主人出入。 七、练习与提高 一、填空题 1.定时器的型号中555是_产品，7555是_产品。 2.施密特触发器具有_现象，又称_特性；单稳触发器最重要的参数为_。 3.常见的脉冲产生电路有_，常见的脉冲整形电路有_、_。 4.为了实现高的频率稳定度，常采用_振荡器；单稳态触发器受到外触发时进入_态。 二、判断题 1.施密特触发器可用于将三角波变换成正弦波。 ( ) 2.施密特触发器有两个稳态。 ( ) 3.多谐振荡器的输出信号的周期与阻容元件的参数成正比。 ( ) 4.石英晶体多谐振荡器的振荡频率与电路中的R、C成正比。 ( ) 5.单稳态触发器的暂稳态时间与输入触发脉冲宽度成正比。 ( ) 6.单稳态触发器的暂稳态维持时间用tW表示，与电路中RC成正比。 ( ) 7.采用不可重触发单稳态触发器时，若在触发器进入暂稳态期间再次受到触发，输出脉宽可在此前暂稳态时间的基础上再展宽tW。 ( ) 8.施密特触发器的正向阈值电压一定大于负向阈值电压。 ( ) 三、选择题 1.脉冲整形电路有( ) (A)多谐振荡器 (B)单稳态触发器 (C)施密特触发器 (D)555定时器 2.多谐振荡器可产生( ) (A)正弦波 (B)矩形脉冲 (C)三角波 (D)锯齿波 3.石英晶体多谐振荡器的突出优点是( ) (A)速度高 (B)电路简单 (C)振荡频率稳定 (D)输出波形边沿陡峭 4. TTL集成单时基定时器型号的最后几位数字为( ) (A)555 (B)556 (C)7555 (D)7556 5.555定时器可以组成( ) 数字电子产品的分析与制作 (A)多谐振荡器 (B)单稳态触发器 (C)施密特触发器 (D)JK触发器 6.用555定时器组成施密特触发器，当输入控制端外接10V电压时，回差电压为( ) (A)3.33V (B)5V (C)6.66V (D)10V 7.以下各电路中，( )可以产生脉冲定时。 (A)多谐振荡器 (B)单稳态触发器 (C)施密特触发器 (D)石英晶体多谐振荡器 四、综合题 1.电路如题图4-4-1所示，己知R1=10K，R2=20 K，C1=0.01F，C2=1F。 (1)写出该电路的名称。 (2)画出uC、u0的波形。 (3)求u0的周期和频率。 2.题图4-4-2是一简易触摸开关电路，当手触摸金属片时，发光二极管发光，经过一定时间，发光二极管熄灭。试说明该电路是什么电路，并估算发光二极管能亮多少时间。 题图4-4-1 题图4-4-2