基于逻辑数字电路的抢答器设计

【摘 要】随着科学技术的不断发展,促使人们学科学、学技术、学知识的手段多种多样.抢答器作为一种工具,已广泛应用于各种智力和知识竞赛场合.但抢答器的使用频率较低,且有的要么制作复杂,要么可靠性低,减少兴致.做为一个单位若专购一台抢答器虽然在经济上可以承受,但每年使用的次数极少,往往因长期存放使(电子器件的)抢答器损坏,再购置的麻烦和及时性就会影响活动的开展,因此设计了本抢答器.

【关 键 词】抢答电路;定时电路;报警电路

1课题研究的相关背景

抢答器在当下各种比赛中是非常受欢迎的一种设备,它可以快速有效的辨别出最先抢答到的选手.在早期,抢答器的组成很简单,只有几个三极管,可控硅和发光管等,辨认哪个选手优先抢到主要是通过发光管来辨别.而现在的抢答器,大部分是利用了单片机或是数字集成电路,并新添了许多功能,比如如选手显示、抢按前或抢按后的计时、选手得分显示等功能.


随着科技的发展,现在的抢答器有着数字化,智能化的方向发展,这就必然提高了抢答器的成本.鉴于现在小规模的知识竞赛越来越多,操作简单,经济实用的小型抢答器必将大有市场.因此,我选择简易逻辑数字抢答器这一课题.

2抢答器的工作原理简介

抢答器的构造,它包括主电路和扩展的电路由两部分组成.主电路完成基本抢答功能,当玩家按下抢答键之后,可以显示参赛者的编号,同时阻止输入的电路,阻止其他选手的回答.扩大的电路测试数字的工作.它的工作原理:启动装置后,主持人将开关拨到到"清除"的状态、抢答器被禁用,编号显示器关闭设置计时器显示的时间;主持人将开关换到“开始”状态,宣布“开始”抢答后.计时器开始倒计时,扬声器发出声音提示.参赛者在一个预定的时间期间在抢答时,抢答器完成:优先判断,编号锁存,编号显示,扬声器提示.一轮抢答之后,定时器停止,此时,禁止二次抢答、定时器显示剩余时间.如果答案必须再次再一次,由主持人,“清除”和“开始”的切换.

3抢答器的工作过程

如果想调节抢答时间或答题时间,按“加一”键或“减一”键进入调节状态,此时会显示现在设定的抢答时间或回答时间值,如想加一秒按一下“加1s”键,如果想减一秒按一下“减1s”键,时间LED上会显示改变后的时间,调整范围为0~99s,0s时再减1s会跳到99,99s时再加1s会变到0s.

主持人按“抢答开始”键,会有提示音,并立刻进入抢答倒计时(预设15s抢答时间),如有选手抢答,会有提示音,并会显示其号数并立刻进入回答倒计时(预设10s抢答时间),不进行抢答查询,所以只有第一个按抢答的选手有效.倒数时间到小于5s会每秒响一下提示音.

如倒计时期间,主持人想停止倒计时可以随时按“停止”按键,系统会自动进入准备状态,等待主持人按“抢答开始”进入下次抢答计时.

如果主持人未按“抢答开始”键,而有人按了抢答按键,犯规抢答,LED上不断闪烁FF和犯规号数并响个不□,直到按下“停止”键为止.

4抢答器的总体结构

图1总体方框图

如图1所示为总体方框图接通电源后,后台工作人员将检测开?S置“检测”状态,数码管在正常清除下,显示“”;当后台工作人员将检测开关S置“抢答”状态,主持按系统清除按键,抢答器处于禁止状态,编号显示器灭灯;主持人松开,宣布“开始”,抢答器工作.选手按动抢答按键,抢答器完成:优先判断、编号锁存、编号显示.当一轮抢答之后,优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止.如果再次抢答必须由主持人再次按动系统清除按键.

5优先判断与编号锁存电路

电路选用优先编码器74LS148和锁存器74LS279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;二是,禁止其他选手按键,其按键操作无效.工作过程:系统清除按键按动时,74LS279的四个RS触发器的置0端均为0,使四个触发器均被置0.1Q为0,使74LS148的使能端等于0,74LS148处于允许编码状态,同时1Q为0,使74LS48的灭灯输入端等于0,数码管无显示.这时抢答器处于准备抢答状态.

当系统清除按键松开时,抢答器处于等待状态.当有选手将按键开关按下时,抢答器将接受并显示抢答结果,假设按下的是S4,则74LS148的编码输出为011,此代码送入74LS279锁存后,使4Q3Q2Q等于100,亦即74LS148的输入为0100;又74LS148的优先编码标志输出为0,使1Q等于1,即等于1,74LS48处于译码状态,译码的结果显示为“4”.同时1Q等于1,使74LS148的等于1,74LS148处于禁止状态,从而封锁了其他按键的输入.此外,当优先抢答者的按键松开再按下时,由于仍为1Q等于1,使等于1,74LS148仍处于禁止状态,确保不会接受二次按键时的输入信号,保证了抢答者的优先性.

6抢答器设计中的优先编码电路

抢答器设计中的优先编码电路完成两个功能: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;二是,禁止其他选手按键操作无效.

工作过程如下:

当把开关S放置在‘清除’端时,触发器RS中的端都为0,4个触发器输出置0,使74LS148的等于0,让其在工作状态中.开关S放置在‘开始’时,抢答器则是等待工作状态,如现在选手按下时,74LS148的输出等于010,等于0,经RS锁存后,1Q等于1,等于1,74LS48处于工作状态,4Q3Q2Q等于101,经译码显示为‘5’.另,1Q等于1,使74LS148等于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的等于1,此时由于仍为1Q等于1,使等于1,因此,74LS148还是在禁止的状态中,保证了不会出现二次抢答,也确保了抢答者的优先抢答权.主持人将开关S重新放置在‘清除’位置上,可以进行下一轮的抢答.

(74LS148为8线-3线优先编码器.)

7抢答器设计中的定时电路

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.可预置时间的电路选用十进制同步加减计数器74LS192进行设计.本设计是以555构成震荡电路,由74LS192来充当计数器,构成抢答器的倒计时电路.该电路简单,无需用到晶振,芯片都是市场上容易购得的.设计功能完善,能实现直接清零、启动.

8抢答器的优点及组成

尤其是在知识比赛中做抢答题目时,其过程中,利用视觉判断是很难判断的,所以,需要设计出一个系统来确定哪位选手或者是哪一组选手先抢到的.我们可以利用单片机系统,其精确率哪怕两组之间抢答的时间只差几微秒,也可以判断出来.以上问题(下转第387页)(上接第350页)迎刃而解.

【参考文献】

[1]赵保经,等.中国集成电路大全TTL集成电路分册[M].北京:国防出版社,1985:429-450,649-651,639-640.

[2]黄志伟.全国大学生电子设计竞赛训练教程[M].电子工业出版社,2005:11-14.

[3]王松武,于鑫,武思君.电子创新设计与实践[M].国防工业出版社,2005:112-114.

[责任编辑:杨玉洁]

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