一 实验的目的与要求

目的：设计一个8路智力竞赛定时抢答器。

要求：

１．可同时供8名选手或8个代表队参加比赛，他们的编号分别是I₀～I₇，各用一个抢答按钮，按钮的编号分别与选手的编号相对应，分别是S₀～S₇。

２．给节目主持人设置一个控制开关S，用来控制系统的清零和抢答的开始。

３．抢答器具有数据锁存和显示功能，抢答开始以后，若有选手按动抢答按钮，编号便立即锁存，并在LED数码管上显示出选手的编号，同时，扬声器发出音响提示。此时，输入回路封锁，禁止其他选手抢答。优先抢答的选手的编号一直保持到主持人将系统清零时为止。

４．抢答器具有定时抢答功能，且一次抢答的时间由主持人设定，当节目主持人启动“开始”键后，要求定时器立即进行减法计数，并用显示器显示，同时扬声器发出短暂的声响，声响持续时间为0.5秒左右。

５．参赛选手在设定的时间内抢答有效，显示器上显示选手的编号和抢答时刻的时间，并保持到主持人将系统清零时为止。

６．如果定时抢答的时间已到，却没有选手抢答时，则本次抢答无效，系统短暂报警，并封锁输入电路，禁止选手超时后抢答，时间显示器上显示00。

二   主要实验器材

供选择的芯片有：74HC148、74HC279、CC4511、MC17555、CC40192、CC4011  数字电路实验箱等。

三   设计步骤

1．抢答电路设计举例

 

图10.1      定时抢答器的总体框图

定时抢答器的总体框图如图10.1所示。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74HC147/148和四RS触发器74HC279可以完成上述功能，其参考电路组如图10.2所示。在图10.2中，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CC4511的 ，显示器灭灯；此时，74HC148的选通输入端 ，74HC148处于工作状态，锁存电路74HC279不工作。当主持人将开关拨到“开始”位置时，优先编码器74HC148和锁器74HC279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74HC148的输出端 ，级联端 ，经74HC279锁存后， ，且 ，经CC4511译码后，显示器显示出“6”。同时，由于 ，使得74HC148的禁止端 ，优先编码器74HC148处于禁止工作状态，封锁了其他按键的输入，其他按键的输入信号不会被接收，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，使抢答电路复位，以便于进行下一轮抢答。

74HC48

74HC148

74HC279

图10.2       抢答电路设计举例

  

2．倒计时电路设计举例

倒计时举例电路如图10.3所示。在图10.3中节目主持人根据抢答题的难易程度，设定一次抢答所需的时间，通过时间电路对减法计数器进行预置，选用十进制同步加/减计数器CC40192实现，计数器的时钟脉冲由秒脉冲电路提供。

 

3．报警电路设计举例

由555时基芯片和晶体管构成的报警电路如图10.4所示。在图10.4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R_L。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．时序控制电路设计举例

时序控制电路是定时抢答器设计的关键环节，其主要功能是：

（1）当参赛选手按动抢答键时，扬声器发声，抢答电路和倒计时电路停止工作。

 

74HC48

74HC48

74HC192

74HC192

图10.3   可预置时间的倒计时电路

（2）当主持人将控制开关切换到“开始”位置时，扬声器发声，抢答电路和倒计时电路进入正常工作状态。

（3）当设定抢答时间到，无人抢答时扬声器发声，同时抢答电路和倒计时电路停止工作。

74HC121

  

 

                   图10.5     时序控制参考电路

根据上述功能要求，时序控制参考电路如图10.5所示。在图10.5（a）中门G₁的作用是控制时钟信号CP的通过与封锁，门G₂的作用是控制优先编码器74HC148的输入使能端 。其控制过程是：当主持人控制S从“清零”位置切换到“开始”位置时，来自图10.2中74HC279的输出CTR=0，经门G₃反相，A=1，则使门G₁开门，从555第3脚送来的时钟信号CP能够加到倒计时计数器的CP_D端，计数器CC40192进行“减1”计数，在设置的时间未完毕时，来自图10.3中的74HC192的借位端 ，门G₂的输出电平 ，使74HC148处于正常的工作状态，从而实现上述功能（2）的要求。当选手在倒计时的时间内按动抢答按键时，CTR=1，经门G₃反相后，使得A=0，于是门G₁关门，CP信号被封锁，倒计时电路处于“保持”状态，门G₂的输出电平 ，74HC148处于禁止工作状态，从而实现上述功能（1）的要求。当倒计时设定的时间到来时，来自74HC192的借位端 ，经门G₂反相后， ，则74HC148处于禁止工作状态，禁止选手进行抢答，此时门G₁处于关门状态，封锁CP信号，使倒计时电路为“00”状态，从而实现上述功能（3）的要求。图10.5中的74HC121用于控制报警电路及发声的时间。

 

5．整机设计参考电路

经过图10.2～图10.5各单元电路的设计，可以得到定时抢答器的整机参考电路如图10.6所示。

 

图10.6      定时抢答器的整机参考电路

 

四 电路的装配与调试

1．由图10.1所示的定时抢答器的总体方框，按时信号的流向分单元装配，逐级级联。

2．调试抢答电路，检查各控制开关是否正常，当按下抢答按键时，应显示对应座位上的序号，再按下其他抢答按键时，数码管显示的序号应不发生变化。

3．用逻辑笔检查倒计时电路的预置时间是否准确，检查减1计数是否正确。

4．检查报警电路是否正常工作。