三人智力抢答计时器设计

一、摘要

智力竞赛抢答计时器是一名公正的裁判员，它的任务是从若干名参赛者中确定出最先的抢答者，并要求参赛者在规定的时间里回答完问题。这好比一名公正的裁判员，它的任务是从若干名参赛者中确定出最先的抢答者，并要求参赛者在规定的时间里回答完问题。本设计实现的是三路抢答，其具有抢答,倒计时功能。它在娱乐、竞赛中起着重要的作用，它体现出公平性、准确性。它替代人们的肉眼观察，主观判断。在公正的比赛中，智力抢答记时器是不可或缺的。

二、电路的组成及工作原理

根据上面所说的功能要求，智力竞赛抢答计事系统的组成框图如下图所示。它主要有六部分组成：

图1 智力竞赛抢答计时器系统组成框图

1、抢答器——是智力竞赛抢答器的核心。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，指使相应发光极管亮（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、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。

3、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，在封锁其他抢答信号的同时，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。

4、计时声响电路——是对抢答者回答问题时间进行控制电路。若规定回答为的时间小于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。

5、抢答控制器——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。

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。

三、设计步骤及方法

图2为三人智力竞赛抢答计时系统的原理图：

图2

一、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。常时态时开关接地，比赛时，按下开关使该端为高电平。为试验方便，抢答开关也可利用试验箱上电平输出开关。拨动逻辑开关，相当于输出高电平。

二、抢答器

抢答器是由三个D型触发器和一个与非门组成。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1的输入端D接收该信号使输出Q为高电平，相应的为低电平，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

和发器的控制脉冲CP信号由于与非门G1封锁而被拒之门外，触发器F

B

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F

C

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。此部分使用芯片双D触发器74LS74，其引脚图及功能表如下:

引脚图：

功能表：

三、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触发器的异步复位端来实现清零功能。该触

发器的异步复位端为,低电平用一个开关J控制，正常比赛时，使，

均处于高电平，用＝０实现复位功能。

四、计时显示声响电路

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“00”是，可驱动电路发出声响。倒计时器选用可预置数二-十进制同步可逆计数器（双时钟型）74LS192。74LS192的引脚图和功能表如下：

引脚图：

功能表：

下图是用两片74LS192组成的一百进制减法计数器电路。

由功能表可以看出，要使电路实现倒计时（减法）功能，应使CR=0，PE非=1，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，计时器开始倒计时，若回答问题时间到达限定的时间，蜂鸣器发出声响。

显示电路由发光二极管与电阻串联而成，发光二极管正极接电源端，负极接D触发器的Q非端。当某参赛者按下开关，该触发器接受该信号使其输出Q端的状态为高电平，相应的Q非端为低电平，就有电流流过发光二极管是它发亮。计时系统的驱动显示电路选用BCD-7段锁存译码器7448和共阴极七段数码管显示器BS201组成。

声响电路由两部分组成：一是由门电路组成的控制电路，二是三极管驱动电路。门控电路主要由或门组成，它的两个输入，一个来自抢答电路各触发器输出Q非的与非，他说明只要有一Q非为低电平，就使该与非门输出为高电平通过或门电路驱动蜂鸣发生器；另一个来自计时系统高位计数器的借位信号QB，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时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。

五、振荡电路

本系统需要产生三种频率的脉冲信号，一种是频率为1KHZ的脉冲信号，用于声响电路；一种是频率为500KHZ的脉冲信号，用于触发器的CP信号。第三中频率为1HZ信号用于计时电路。以上电路可用555定时器组成，也可用石英晶体组成的振荡器经过分频得到。555定时器构成的多谐振荡器如图3所示，多谐振荡器的振荡频率可由式（1）估算。CC7555单定时器的外部引线排列见图4所示

四、安装与调试

一、抢答显示功能测试

按有关部分在实验箱上连线，将开关A，B，C，全部处于低电平。首先拨动开关A，该端发光二极管亮，此时再拨动开关B或C，观察其他发光二极管的情况。

二、清零功能测试

在以上实验的基础上，将74LS74的所有R端连在一起通过开关J控制。由此可以看出，74LS74的异步控制信号高电平有效，因此可用R=1实现复位功能。开关J可以利用实验箱上的电平开关。常态时，它处于低电平。拨动开关J，观察二极管是否全灭。

三、倒计时功能测试

电路在实验箱上连线，计数器的输出可接发光二极管，

在CP作用下，观察发光二极管显示情况。通过控制CR端的状态，在观察发光二极管显示情况。