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1、多路智能抢答器设计摘要 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74LS14
2、8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Q1Q4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
3、，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
4、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
5、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：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。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。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
6、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，
7、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 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
8、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【1】童诗白，华成英模拟电子技术基础M高等教育出版社.2003： 309-368.【2】余孟尝数字电子技术基础简明教程M电子工业出版社，2001,3： 56-80.【3】寇怀成，高鹏，安涛.电路设计与制板Protel99入门与提高M.2005,7： 1-400.【4】黄正谨综合电子设计与实践M东南大学出版社.2005-10
