八路数字抢答器电路的设计

八路数字抢答器电路的设计

一、概述

本文这次设计的是用与多人竞赛抢答的器件，在现实生活中很常见，尤其是在随着各种益智电视节目的不断发展，越来越多的竞赛抢答器被用在了其中，抢答器的好处不仅能够锻炼选手的反应能力，而且能增加节目现场的紧张、活跃的气氛，让观众看得更有情趣，可见抢答器在现实生活中确实很实用运用前景非常广泛。

在知识竞赛中，特别是做抢答题时在抢答过程中，为了知道哪一组或哪一位选手先答题，必须要有一个系统来完成这个任务，如果在抢答中，只靠人的视觉是很难判断出哪组先答题，这次设计就是用几个触发器以及三极管巧妙的设计抢答器，是以上问题得以解决。即使两组的时间相差几微妙，也可以分辨出哪组优先抢答。本文介绍了抢答器的工作原理及设计，以及它的实际用途。

这个抢答器具有锁存显示功能，有主持人控制电路开始，有定时抢答的功能，定时时间为30秒，如在时间内无人抢答系统报警并禁止抢答，定时显示器上显示00.

二、方案论证

该方案的主要功能是抢答功能、显示抢答成功的选手编号、定时功能。该方案的原理框图如图1。

图1 八路数字抢答器电路的原理框图

按功能要求，抢答器应该由抢答电路、控制电路、锁存电路、译码显示电路、定时电路和报警电路等几部分组成。其中抢答电路的作用是在外加信号的控制下对抢答者的输入信号进行编码，编码后经锁存电路锁存并送译码显示电路显示出抢答者的编号。另外，优

先编码的优先扩展输出端还可以作为定时电路的控制信号，即当一个抢答者在30秒之内按下抢答按钮时，其余人的强大输入将无效，并且秒计数器也随之停止计数。这样，当主持人按下开始按钮时，外部清除/起始信号进入门控电路，产生编码选通信号，使编码器开始工作，等待数据输入。此时一旦强打着按下按钮，则产生的低电平信号立即被优先编码器编码，经过锁存电路锁存并通过显示译码器到LED显示器上显示相应数字，同时发出声音报警。与此同时，门控电路的输出反相，优先编码电路被禁止工作，知道主持人再次按下开始按钮才进入下一次抢答

三、电路设计

该设计由秒脉冲发生电路、抢答电路、定时器电路、报警电路等几部分组成。

1.秒脉冲发生电路

秒脉冲发生电路采用555定时器来实现。利用555定时器构成多谢振荡器的方法是把它阈值输入端THR和触发输入端相连并对地接电容C，对电源VDD结电阻R1和R2，然后将R1和R2接入DIS端就可以了。秒脉冲发生电路如图2。

通电瞬间，由于C上电位不能突变，2脚被低电平触发，3脚输出为高电平，内部的

⁄V DD时，放电管截止，V DD经R1和R2像C充电，C上电压逐渐升高，当C上电压升高到23

555状态翻转，3脚输出为低电平，同时内部的放电管饱和导通，C上的电荷经R2、7脚释

⁄V DD时，555状态再次翻转，如此周二放，C上电压开始下降；当C上电压下降到低于13

复始，就形成了振荡。

图2 秒脉冲产生电路

2.抢答电路

抢答电路主要分两部分，一部分是抢答按钮，另一部分是数码管显示部分，第一部分是通过八个开关控制，用八线三线优先编码器74HC148和十进制寄存器74LS194，JK触发器实现，第二部分是由数码管实现，当主持人控制开关开始，选手可以开始抢答，数码管会显示选手编号。抢答电路如图3所示。

图3 抢答器电路

3.定时器电路

定时器的功能是完成30秒倒计时，并显示第一个抢答者按下按钮的时刻，计数器有两片74HC192级联构成，计数器的输出送译码显示电路，具体连接点电路见图4。如图可知，各位计数器DCBA=0000，十位计数器DCBA=0011，见计数脉冲由个位的DOWN端输入，

个位计数器的借位输出端和十位计数器的DOWN相连，两片74HC192CLR相连并接地，构成三十进制减法计数器。当主持人控制电路清零时，计数器置30秒，当主持人控制开关开始时，则可进行抢答。定时电路如图4所示。

图4 定时器电路

4.报警电路

报警电路的功能是若30秒内无人抢答，报警电路会发出声响提示，报警电路是由十六进制计数器控制蜂鸣器。报警电路如图5所示。

图5 报警电路

四、性能的测试

本课程设计完成8路抢答的功能，利用Multisim10进行测试和仿真。仿真记录的数据如表1所示。

表1 仿真记录数据表

当八号选手抢答成功时，电路显示如图6所示。

当主持人按下清零开关时，电路显示如图7所示。

五、结论、性价比

本次课程设计的题目为设计一个8路抢答器电路。

1.实验结论

本次课程设计的电路设计符合任务书中要求的各项任务指标，即电源输入电压为+5V，并且每次可以有一号码被显示，LED数码管显示的即为抢答功一路的号码。并且还附带可以对电路进行清零的功能来控制抢答的开始。电路仿真结果符合要求。本次课程设计设计的电路使用的元器件比较常见，充分利用所学的知识，很好的实现了8路抢答的功能，并且电路设计简单，便于理解和使用。

2.性价比

本次课程设计所用到的元器件都比较常见，例如优先编码器74LS148以及芯片74LS04等，价格相对便宜，故本次课程设计所设计的电路的性价比较高。

图6 八号选手抢答成功时电路图

图7 清零时电路

六、课设体会及合理化建议

经过一个半星期的课程设计，我受益匪浅。无论在理论和实践上，都让我有了很大程度的提高。为了能更好的完成课程设计，我在网上和图书馆里查了许多相关资料，从中我

学到了许多在课本上学不到的知识，同时也锻炼了自己动手动脑的能力。这次课程设计还扩展了我的知识面，使我对电子技术和电子工业的发展有了更多的了解，也使我对数字逻辑电路产生浓厚的兴趣，我感到很充实。

同时设计过程中也反应出了自己很多不足，平时感觉简单的东西，设计师会出现很多的问题，设计并不像我想象的那么简单，完全暴露了我在学习中的弱点和对知识应用能力的欠缺。

在仿真的过程中，也出了不少问题，元件不会使用，不了解元件各引脚的功能，导致接线过程中始终出现问题，通过解决这些问题，使我对Multisim软件的使用更加熟练了。

通过这次的课程设计使我了解到，只掌握理论的知识使不够的，还要锻炼我们的实际应用能力，只有将理论和实际相结合，才能深刻的理解所学的知识。通过这次的课程设计使我了解到自己在学习上的不足，通过以后的学习来弥补这些不足。

参考文献

[1] 童诗白，华成英主编. 模拟电子技术基础. [M]北京：高等教育出版社，2006年

[2] 戴伏生主编. 基础电子电路设计与实践. [M]北京：国防工业出版社，2002年

[3] 谭博学主编. 集成电路原理与应用. [M]北京：电子工业出版社，2003年

[4] 杨志忠主编. 电子技术课程设计. [M]北京：机械工业出版社，2008年

[5] 黄继昌，郭继忠主编. 数字集成电路应用300例. [M]北京：人民邮电出版社，2002年

[6] 李潇，郭明琼主编.数字集成电路原理与应用. [M]北京：人民邮电出版社，2006年