六路抢答器论文

六路数字抢答器设计方法

王亚静

摘要：有许多比赛活动中为了准确、公正、直观的判断出第一抢答者，通常设置一台抢答器，通过灯光等手段指示出第一抢答者。同时，还可以设置记分、犯规及奖惩记录等多种功能。电路具有第一抢答信号的鉴别和锁存功能。在主持人将系统复位并发出抢答指令后，开始抢答，如有参赛者按抢答开关，则该组指示灯亮显示出抢答者的组别。此时，电路应具备自锁功能，使其他组的抢答开关不起作用。

关键词：第一抢答者 抢答器 锁存 复位 自锁功能

一．设计任务与技术要求

1、设计任务

设计制作一个可供6组选手参加比赛的数字式竞赛抢答器。

2、技术要求

(1) 抢答器同时供6名选手或6个代表队比赛，分别用6个按钮S1、S2、S3、S4、S5、S6表示。

(2) 设置一个系统清除和抢答控制开关S0，该开关由主持人控制。

(3)抢答器具有锁存与显示功能。即具有第一个抢答信号的鉴别和数据锁存的功能。抢答开始后，若选手按动抢答按钮，锁存相应编号，相应灯亮起，并封锁输入编码电路，禁止其他选手抢答。抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清零为止。

二．总体方案设计及电路的工作原理：

1. 总体方案

数字式抢答器原理框图如图1所示。它由主体电路组成。主体电路完成基本的抢答功能，即开始抢答后，当选手按动抢答键时，能亮起相应灯泡同时横封锁输入电路，禁止其他选手抢答。

图1

2.工作原理

工作原理为：接通电源后，主持人将开关拨到"清零"状态，抢答器处于禁止状态，编号二极管灭灯；主持人将开关置“开始”状态，宣布"开始"抢答器工作。选手抢答时，抢答器完成：优先判断、编号锁存、二极管发光显示。如果再次抢答必须由主持人再次操作"清除"和"开始"状态开关。计数输入由秒脉冲发生器提供。

三.单元电路的设计及电路图

1.抢答电路

抢答电路的功能有两个：一是能分辨出选手按键的先后，并锁存优先抢答者的编号，供显示电路用；二是要使其他选手的按键操作无效。这里选用6D触发器74LS174，其电路图如图2所示。

图2

其工作原理是：

当开关S置于"开始"时，抢答器处于等待工作状态，当有选手将键按下时（如按下S1），74LS174的输出Q1=1,二极管D1发光。此外，Q1＝1，经非门过74HC30输出为高电平，74LS174处于禁止状态，封锁其他按键的输入，保证了抢答者的优先性。如有再次抢答需由主持人将

S0开关重新置“清零”， 6D触发器74LS174的CLR端为低电平，输出端（Q1~Q6）全部为低电平，于是二极管灭灯；然后再进行下一轮抢答。

2.反馈电路

这部分电路是用8与非门74HC30和6个非门构成，电路图如图3.

图3

其工作原理是：

当有选手按下按钮后（如S1），Q1=1，经过n1后输入74HC30，由8输出高电平，反馈

回74LS174的CLK端，D对Q没有影响，封锁其他按键的输入。

3. 显示电路

这部分电路是用6个NPN节三极管，6个二极管与12只电阻（0.1K、4.7K个6个）构成，电路图如图4.

图4

其工作原理是：

当有选手按下按钮后（如S1），Q1=1，经过电阻与三极管后使发光二极管D1亮起，代

表1组抢答成功。

4.555定时器秒脉冲电路

该部分主要由555定时器构成单元脉冲电路，Z KH f 38 。电路图如图5.

图5

四．总电路图

五．仿真

六．所用元件及其说明：

1.6D触发器：

74LS174 为六上升沿D触发器，共有54174/74174 、54S174/74S174，54LS174/74LS174 三种线路结构形式。其主要电特性的典型值如下：

功能表：

H――高电平；L――低电平；↑——低到高跳变； X――任意； Z――高阻；

Q0――规定的稳态输入条件建立前Q 的电平

2.8与非门：

74HC30是8输入单与非门.脚1,2,3,4,5,6,11,12是与非门的输入脚,8脚是与非门的输出脚.7脚是GND,14脚是VCC. 9,10,13未连为N/C.

3.NE555：

NE555是时基集成电路，它在应用和工作方式上一般可归纳为3类。每类工作方式又有很多个不同的电路。在实际应用中，除了单一品种的电路外，还可组合出很多不同电路，如：多个单稳、多个双稳、单稳和无稳，双稳和无稳的组合等。 NE555时基电路封形式有两种，一是DIP双列直插8脚封装，另一种是SOP-8小型（SMD）封装形式。其他HA17555、LM555、CA555分属不同的公司生产的产品。内部结构和工作原理都相同。

NE555属于CMOS工艺制造， NE555的内部中心电路是三极管Q15和Q17加正反馈组成的RS 触发器。输入控制端有直接复位Reset端，通过比较器A1，复位控制端的TH、比较器A2置位控制的T。输出端为F，另外还有集电极开路的放电管DIS。它们控制的优先权是R、T、TH。

4.发光二极管

发光二极管简称LED，采用砷化镓、镓铝砷、和磷化镓等材料制成，其内部结构为一个PN结，具有单向导电性。当在发光二极管PN结上加正向电压时，PN结势垒降低，载流子的扩散运动大于漂移运动，致使P区的空穴注入到N区，N区的电子注入到P区，这样相互注入的空穴与电子相遇后会产生复合，复合时产生的能量大部分以光的形式出现，因此而发光。常用的发光二极管应用电路有四种，即直流驱动电路、交流驱动电路、脉冲驱动电路、变色发光驱动电路。使用LED作指示电路时，应该串接限流电阻，该电阻的阻值大小应根据不同的使用电压和LED所需工作电流来选择。发光二极管的压降一般为1.5~2.0 V，其工作电流一般取10~20 mA为宜。

七．芯片管脚