智力竞赛抢答器逻辑电路的设计

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摘要： 根据设计要求，设计出一种新型智力竞赛抢答器，在设计的过程中，先设计出该抢答器电路的总体方框图，再进行单元电路的设计，主要包括抢答器电路，定时电路，报警电路，时序控制电路，以及计分显示电路，注意各部分电路之间的时序配合关系，经过仔细的检查电路各部分的功能，最后再经EWB仿真结果完全达到其设计要求。

关键词： 抢答器；逻辑电路；功能图；记分器

中图分类号：TN79文献标识码：A文章编号：1671－7597（2012）0320056－01

0 前言

当今社会竞争日益激烈，选拔人才，评选优胜，各种竞赛之类的活动愈加频繁，抢答器这一产品是不可缺少的设备，在国内外应用比较广泛，在各种竞赛、抢答场合中，它能迅速、客观的分辨出最先获得发言权的选手。而它的发展也比较快，早期的抢答器仅具有抢答锁定功能的一个电路，到现在已具有定时、自动复位或手动复位、报警、屏幕显示等多种功能的技术合并，这就可以说明其多种功用及发展的快速。抢答器适用于选拔人才、评选优胜、各类知识竞赛、文娱综艺节目等，尤其是电视上的各种知识竞赛，除了可以把各抢答组号、违例组号、抢答规定时限、答题时间在仪器面板上显示外，还可外接大屏幕显示给赛场与观众，活跃现场气氛，便于工作和监督，公平竞争[4]。

1 设计任务与要求[1][5]

1）抢答器可同时供7名选手或7个代表队参加比赛，他们的编号与选手编号相对应。

2）给节目主持人设置一个控制系统清除和抢答开关S。

3）抢答器具有数据锁存与显示功能。

4）抢答器具有定时抢答功能，抢答的时间由主持人设定，同时扬声器发出短暂的声响。

5）参赛选手在设定时间内进行抢答有效，否则无效。

6）如果设定时间已到，却没有选手抢答，本次抢答无效，系统发出短暂的报警，禁止选手超时后抢答。

7）如果抢答选手回答问题是正确的，则按规定在其计分器上加上相应的分数，反之，减去相应的分数。

2 原理与设计电路图

2.1 抢答器总体方框图[1]（如图1）

图1抢答器总体方框图

抢答器的总体框图如图1所示，它由主体电路和扩展电路两部分组成。主体电路完成基本的抢答功能，其工作原理为：接通电源后，节目主持人将开关拨到“清除”状态，抢答器处于禁止状态，编号显示器灭灯，定时器显示设定时间；当节目主持人宣布抢答题目后，说一声“抢答开始”同时将控制开关置“开始”状态，宣布“开始”抢答器工作。扬声器给出声响提示，抢答器处于工作状态，定时器进行计时。当定时时间到，却没有选手抢答时，系统报警，并封锁输入电路，禁止选手超时后抢答。当选手在设定时间内抢答时，抢答器要完成以下五项工作：① 分辨并显示抢答者编号；② 扬声器发出声响，提醒注意；③ 控制电路封锁编码电路，避免再次抢答；④ 定时器停止工作，同时显示抢答时间，并保持系统清零为止；⑤ 选手回答完毕，根据判断对错，加或减相应分数。主持人操作控制开关，系统回复到禁止工作状态，以便进行下一轮进行抢答[1]。

2.2 单元电路功能设计

2.2.1 抢答器电路

抢答电路的功能有两个：一是能分辨出选手按键的先后，并锁存优先抢答者的编号，供译码显示电路图用；二是要使其它选手的按键操作无效。选用优先编码器74LS148和锁存器74LS279可以完成上述功能。

2.2.2 报警电路

报警电路由555定时器和三极管构成，电路如图3所示。其中555构成多谐振荡器，其输出信号经三极管推动扬声器。PR为控制信号，当PR为高电平时，多谐振荡器工作，反之，电路停振。

2.2.3 定时电路[3]

由节目主持人根据题目的难易程度来设定抢答的时间（如30s），通过预置时间电路对计数器进行预置，计数器的时钟脉冲由秒脉冲电路提供。可预置时间的电路选用十进制同步加法计数器74LS160进行设计，具体电路如图4所示。

2.2.4 时序控制电路

时序控制电路是抢答器设计的关键，它要完成以下三项功能：① 主持人按“开始”时，扬声器发出响声，抢答电路和定时电路开始工作；② 当第一个选手按动抢答键时，扬声器发出响声，抢答电路和定时电路停止工作；③ 当在规定时间内无人抢答时，扬声器发响声，同时抢答电路和定时电路停止工作[3]。

2.2.5 电子记分器

回答问题结束后，主持人做出对与错的判断，并按相应按键加或减分。记分电路可实现自动进位。通过计数器CC4029编码后输出相应的“8421”编码，作为锁存译码器CC4543的输入，并把“8421”编码译成数码管能识别的七字段信号，通过驱动数码管显示出相应的十进制码。

3 实验内容及步骤

1）调试抢答器各部分电路。

2）设计可预置的定时电路，并进行调试。在设定时间内，高电平为加计时，低电平为设定时间到。

3）调试报警电路。

4）完成定时抢答器的调试，注意各部分电路之间的时序配合关系，最后检查电路各部分的功能，使其达到设计要求[5]。

4 电路仿真结果

4.1 抢答器部分

开始开关S处于“清除”位置时，显示器显示0，此时按编号键均无效。当开关S处于“开始”位置时，此时按下按键有效，再按其他按键均无效。再按S复位键，显示器显示“0”，系统开始下一轮的抢答。