多路智能抢答器设计

多路智能抢答器设计

彭小真

彭小真中国平煤神马集团平顶山朝川焦化有限公司467522

摘要本文介绍了一种运用74系列常用集成电路设计的数码显示八路抢答器。该抢答器除具有课题要求的基本抢答功能外，还具有定时功能。主持人通过控制开关来预设抢答的时间，开始后系统将完成自动倒计时。若在预设的时间内有人抢答，计时将自动停止；若在规定的时间内无人抢答，系统中的扬声器将发出响声报警，提示主持人本轮抢答无效。

关键词抢答器八路锁存定时计时报警

一、实现的原理与电路

各部分功能电路设计

(1)抢答器电路??抢答电路的功能有两个：一是能分辨出选手操作按键的先后，并锁存优先抢答者的编号，供译码显示电路用；二是要使其他选手的按键操作无效。选用优先编码器74LS148和四RS触发器74LS279可以完成上述功能。当主持人控制开关处于“清零”位置时，四RS触发器的端为低电平，其输出Q1～Q4全部为低电平。于是74LS48的，显示器灭灯；此时，74LS148的选通输入端，74LS148处于工作状态，锁存电路74LS279不工作。当主持人将开关拨到“开始”位置时，优先编码器74LS148和锁器74LS279同时进入工作状态，即抢答器处于等待状态，等待输入端～输入信号。当有选手将按键按下时（例如按下S6），则74LS148的输出端，级联端，经74LS279锁存后，，且，经74LS48译码后，显示器显示出“6”。同时，由于，使得74LS148的禁止端，优先编码器74LS148处于禁止工作状态，封锁了其他按键的输入信号，这就保证了抢答者的优先权及抢答电路的准确性。当优先抢答者回答完问题后，由主持人操作控制开关S，使之处于“清零”位置，以便于进行下一轮抢答。

(2)定时电路

图1定时电路

设计原理：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段数码管及相关电路组成。具体电路如图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。74LS192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。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，计数器自动开始减法计数工作，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，2输出低电平到时序控制电路，控制报警电路报警，且使以后抢答选手抢答无效。下面结合图4具体讲一下标准秒脉冲产生电路的原理。结合图2，图中电容C的放电时间和充电时间分别为:

，

于是从NE555的3端输出的脉冲的频率为:

，结合我们的实际经验及考虑到元器件的成本，我们选择的电阻值为R1=15K，R2=68K，C=10uF，代入到上式中得，即秒脉冲。

图2秒脉冲产生电路图3报警电路

（3）报警电路

由555时基芯片和晶体管构成的报警电路如图3所示。在图3中，555时基芯片构成多谐振荡器，振荡频率为：

，其输出信号经晶体管推动扬声器RL。555的第4脚输入控制信号PR，当PR为高电平时，多谐振荡器工作，反之电路停振。

（4）抢答与定时时序控制电路

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主持人将控制开关拨到"开始"位置时，抢答电路和定时电路进入正常抢答工作状态。②当有参赛选手按动抢答按键时，扬声器发声，同时抢答电路和定时电路停止工作。③当设定的抢答时间到，无人抢答时，扬声器自动报警，表示此次抢答无效。

图4抢答与定时时序控制电路图5报警时序控制电路

根据上述功能要求，时序控制参考电路如图4和图5所示。图4中，与门G1的作用是控制时钟信号CP的放行与禁止，门G2的作用是控制74LS148的输入使能端。图2的工作原理是：主持人控制开关S从"清除"位置拨到"开始"位置时，来自于图1中的74LS279的输出Q1=0,即CTR=0，经G3反相，输出为1，则NE555产生的时钟信号CP能够加到74LS192的CPD时钟输入端，定时电路自动进行递减计时。同时，在定时时间未到时，来自图2中的74LS192的借位端，门G2的输出电平，使74LS148处于正常工作状态，从而实现功能①的要求;当选手在定时时间内按动抢答按键时，CTR＝1，经G3反相，输出为0，封锁CP信号，定时器处于保持工作状态；同时，门G2的输出=1，74LS148处于禁止工作状态，从而实现功能②的要求;当定时时间到时，，，74LS148处于禁止工作状态，禁止选手再进行抢答。同时，门G1处于关门状态，封锁时钟CP信号，使定时电路保持00状态不变，从而实现功能③的要求。

（5）报警时序控制电路

如图7，集成单稳态触发器74LS121用于控制报警电路及发声的时间（其功能表见表2）,具体原理如下：主要由555时钟电路（用于控制报警声音频率）、扬声器及相关的延时电路和控制电路组成。单稳态触发器74LS121通过信号,,S控制报警与否和报警时间，555时钟电路产生脉冲时钟。在规定的时间有人抢答时，由1跳变到0，74LS121有状态2（见表2状态编码），即Q输出暂态高电平，扬声器连续发声报警，持续时间为=4.3秒；如果在规定时间内无人抢答，由1跳变到0，74LS121有状态1，Q输出暂态高电平，扬声器连续发声报警持续时间为.结合图3所示报警电路，分析计算如下：。取＝100uF,=51K,。有＝4.3秒。

二、总体电路逻辑图

参考文献

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【4】黄正谨.综合电子设计与实践[M].东南大学出版社.2005-10