三路抢答器

目录

1、概述

智力竞赛抢答计时器是人们常用于各种需抢答比赛时用的电路器件，它是一名公证的裁判员。抢答计时器的出现给人们带来极大的方便，它能准确无误地从若干名参赛者中确定出最先的抢答者，并具有计时、显示、声响等功效。智力竞赛抢答计时器电路选用中规模CMOS集成电路CC4000系列，工作电压为5～10V，能和TTL电路公用电源，也便于连接，该系列的输入输出端加有反向器作缓冲级，具有对称的驱动能力和输出波形，输出高、低电平时的抗干扰能力相同，电路的外部引线排列图和对应序号同国外产品一致。它是当前发展最快、应用最普遍的CMOS器件。因此在本次设计中主要选用中规模CMOS集成电路CC4000系列。

智力竞赛抢答计时器系统主要由六部分组成：抢答器、抢答控制电路、清零装置、显示、声响电路和计时电路。其中，倒计时功能的集成块选用一片CC40192组成十进制减法计数器电路，规定时间为100秒。中规模集成D触发器选用CC4013与非门G1选用CC4012。显示器的集成块选用CC4511。除了以上所需的元件外，还有石英晶体振荡器，D型触发器，发光二极管、电阻、电容等。

下面，就从智力竞赛抢答器的设计到组装，再经调试这一系列过程分别进行系统阐述。

2、系统总体方案设计

2.1设计要求

1.设计一个三人参加的智力竞赛抢答计时器。

2.当有某一参赛者首先按下抢答开关时，相应显示灯亮并伴有声响。此时，抢答器不再接收其他输入的信号。

3.电路具有回答问题时间控制功能。要求回答问题的时间小于等于100秒（显示0～99），时间显示采用倒计时方式。当达到限定时间时，发出声响以示警告。

2.2电路的组成

图2-1

根据上面所说的设计要求，智力竞赛抢答计时系统的组成

如上图所示。它的主要的六个组成部分：

1．抢答器：

抢答器是三人抢答计时器的核心。当参赛者的任意一位首先按下抢答开关时，抢答器即刻接受该信号，指使相应发光二级管亮（或音响电路发出声音），与此同时，封锁住其他参赛者的输入信号。

2．抢答控制电路：

强大控制电路由三个开关组成。三名参赛者各控制一个，拨动开关使相应控制端的信号为高电平或低电平。

3．清零装置：

清零装置供比赛开始前裁判员使用。它能保证比赛前触发器统一清零，避免电路的误动作和抢答过程的不公平。

4．显示声响电路：

比赛开始，当某一参赛者按下抢答器开关时，触发器接受该信号，在封锁其他开关信号的同时，使该路的发光二极管发出亮光和蜂鸣器发出声响，以引起人们的注意。

5．计时显示声响电路：

即时显示声响是对抢答者回答问题时间进行控制的电路。若规定回答问题时间小于等于100秒（显示为0—99），那么显示装置应该是一个二位数字显示的计数系统。

6．振荡电路：

它应该提供给抢答器，计时系统和声响电路工作的控制脉冲。

3.单元设计

三人竞赛抢答计时器系统的原理图如图3-1所示：

图3-1

3.1抢答器

由图3-1看出，抢答器是由三个D型触发器和与非门G1组成。它的工作原理是这样的：如果参赛者A首先按下开关，使该端的输入信号为

高电平，触发器F

A

的输入端D接收该信号使输出Q为高电平，

为低电平，这个低电平信号同时送到与非门G1的输入端，与非门G1被封锁，使触发器的控制脉冲CP信号由于与非门G1封锁而被拒之门外，

触发器F

B 和F

C

因为不具备CP脉冲信号而不接收开关B 和C控制端送入

的信号（其他两种情况类同）。因为该电路只接收第一个输入信号，即使此时其他参赛者也按下开关，但由于与非门已被封锁，信号是输入不进去的。

3.2 抢答控制电路

该系统由开关A,B,C组成，分别由三名参赛者控制。常态时开关接地，比赛时，按下开关，使该端为高电平。为实验方便，抢答开关也可以利用实验箱上电平输出开关。拨动逻辑开关，相当于输出逻辑高低电平。

3.3 清零装置

为了保证电路正常工作，比赛开始前，裁判员都要将各触发器的状态统一清零。本系统利用D

2-1可以看出，J控制，

3.4 计时声响电路

计时电路采用倒计时方法，最大显示为99秒。当裁判员给出“请回答”指令后，开始倒计时，当计时到“00”时可驱动声响电路发出声响。倒计时器先用可预置数二－十进制同步可逆计数器（双时钟型）CC40192。CC40192的功能表和外部引线排列分别如表3-1和图3-2所示：

表3-1

图3-2

图3-3是用两片CC40192表可以看出，要使电路实现倒计时（减法）功能，应使CR=0，CP ＋=1，CP －=CP 。可用CR 端接电平开关来控制计时器的工作与否。声响

显示电路需要在两种情况下做出反应：一种是当有参赛者按下抢答开关时，相应电路中的发光二极管亮，同时推动输出级的蜂鸣器发出声响；第二种情况是当裁判员给出“请回答”指令后，计时开始倒计时，若回答问题时间到达限定的时间，蜂鸣器发出声响。

声响电路由两部分组成：一是由门电路组成的控制电路，二是三级与非门输出为高电平通过或门电路驱动蜂鸣器发声；另一个来自计时系统高位计数器的借位信号O B ,它说明计时电路在99秒向98秒，97秒，…

2秒，1秒，0秒倒计时再向99秒转化时向高位借位给出一个负脉冲经反相器得到一个高电平。这个高电平信号也能使蜂鸣器发声，为了保证电路的可靠工作，也可采用与非门构成的基本RS触发器驱动。

图3-3

3.5声响控制电路

比赛开始，当某一个参赛者按下抢答器开关时，触发器接受该信号，在封锁其它开关信号的同时，使该电路的发光二极管发出亮光和蜂鸣器发出声响，以引起人们的注意，见图3-4：