八路抢答器设计仿真

数字式竞赛抢答器

摘要

74系列常用集成电路设计的八路数显抢答器的电路主要由五部分组成：数字抢答电路、译码显示电路、可预置时间的定时电路、报警电路以及秒脉冲产生电路。其中数字抢答电路包括了编码电路和锁存电路，实现了对信号编码和锁存的功能，防止二次抢答的问题；译码显示电路能将抢答到的选手编号直观地显示出来；在定时电路中，主持人可通过时间预设开关预设供抢答的时间，且系统将完成自动倒计时；报警电路则起到声报警功能，当在规定的时间内无人抢答时，系统中的蜂鸣器将发出警报声，提示主持人本轮抢答无效，实现报警功能；秒脉冲产生电路用于为定时电路提供一个频率为1Hz的标准时钟信号。该抢答器不仅具有智能化的特点，同时采用数字式显示显得很直观，使得运用范围较广且很方便。

关键词：抢答器编码锁存

1原理电路的设计

1.1基于74系列集成电路的抢答器设计

1.1.1设计原理

总体方框图如图2所示：

图2 抢答器原理框图

电路分为主体电路和拓展电路。主体电路完成基本强大功能，即开始抢答当选手按抢答按钮时，能显示选手的编号，同时能封锁输入电路。拓展电路完成定时抢答功能。

1.1．2优缺点

该电路设计较为复杂，但原理简单，思路明确，而且价格便宜。其中所用的元件正好是我们在本学期学过的，可以让我们进一步熟悉其功能。

经过综合分析，我决定使用第三种方案作为我的设计方案。

1.2单元电路设计

1.2.1抢答电路设计

如图3所示为抢答电路图。电路选用优先编码器 74LS148 和锁存器 74LS297 来完成。该电路主要完成两个功能：一是分辨出选手按键的先后，并锁存优先抢答者的编号，同时译码显示电路显示编号（显示电路采用七段数字数码显示管）；二是禁止其他选手按键，其按键操作无效。工作过程：开关S置于"清除"端时，RS触发器的 R、S端均为0，4个触发器输出置0，使74LS148的优先编码工作标志端＝0，使之处于工作状态。当开关S置于"开始"时，抢答器处于等待工作状态，当有选手将抢答按键按下时（如按下S5），74LS148的输出经RS锁存后，CTR=1,RBO =1,七段显示电路74LS48处于工作状态，4Q3Q2Q=101,经译码显示为“5”。此外，CTR＝1，使74LS148 优先编码工作标志端＝１，处于禁止状态，封锁其他按键的输入。当按键松开即按下时，74LS148的此时由于仍为CTR＝1，使优先编码工作标志端＝1，所以74LS148仍处于禁止状态，确保不会出二次按键时输入信号，保证了抢答者的优先性。如有再次抢答需由主持人将S开关重新置“清除”然后再进行下一轮抢答。

图3 抢答电路图

1.2.2定时电路设计

如图4为定时电路。该部分主要由555定时器秒脉冲产生电路、十进制同步加减计数器74LS192减法计数电路、74LS48译码电路和2个7段数码管即相关电路组成。

具体电路如图3-1所示。两块74LS192实现减法计数，通过译码电路74LS48显示到数码管上，其时钟信号由时钟产生电路提供。74192的预置数控制端实现预置数，由节目主持人根据抢答题的难易程度，设定一次抢答的时间，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。按键弹起后，计数器开始减法计数工作，并将时间显示在共阴极七段数码显示管DPY_7-SEG 上，当有人抢答时，停止计数并显示此时的倒计时时间；如果没有人抢答，且倒计时时间到时，输出低电平到时序控制电路，控制报警电路报警，同时以后选手抢答无效。

图4 定时电路图

1.2.3报警电路设计

报警电路图如图5所示，其中555定时器构成多谐振荡器。其输出信号经三极管驱动扬声器。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。

图5 报警电路图

1.2.4时序控制电路设计

时序控制电路如图6所示。若当倒计时结束时依然无人抢答，则BO2输出低电平，封锁两个与非门，使脉冲信号不能输入，计时停止；抢答器输入使能端被封锁，无法再抢答。若有一队抢答，则CTR输出高电平，经过非门变为低电平，封锁两个与非门，使脉冲信号不能输入，计时停止；抢答器输入使能端被封锁，无法再抢答。

图6 时序控制电路

1.3整体电路设计及工作原理

整体电路如图7所示

图7 整体电路图

整体电路分为抢答电路，定时电路，报警电路，脉冲发生电路。抢答电路完成基本的抢答功能，采用74ls148进行编码，74ls279进行锁存。定时电路采用74ls192，接成减数计数。报警电路用555芯片接成多谐振荡器，它的控制信号为定时电路高位片的借位信号。脉冲发生电路也用555芯片接成多谐振荡器，频率为1HZ 。

1.4主要参数计算

脉冲发生电路： HZ C R R t f 1)2(7.01

11

21=+== （公式1）

取：151=R K Ω 682=R K Ω 得：=1C 10F μ

报警电路: KHZ C R R t f 4)2(7.01

12

43=+=

=

取：103=R K Ω 124=R K Ω 得：=2C 10F μ

2电路的仿真

2.1 抢答电路的仿真

抢答电路的仿真如图8所示：

图8 抢答电路仿真图

此电路在仿真过程中需要注意在七段数码管和7448之间加上拉电阻，否则七段数码管无法显示。其他功能满足要求。

开关接地时灭灯，开关打开时开始抢答。当有一队抢答后，其他队伍抢答无效，满足设计要求。

2.2 定时电路的仿真

定时电路仿真图如图9所示：

图9 定时电路仿真图

开关闭合时置数30，开关打开时开始倒数计时，到00后停止，满足设计要求。电路中加入了一个非门，是为了让抢答后，计数立即停止，不会因为脉冲多计一个数。

2.3 脉冲发生电路的仿真

脉冲发生电路仿真图如图10所示：