数字抢答器

设计任务与要求

1．抢答器同时供12名选手比赛，分别用12个按钮S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 S9 S10 S11S12表示。

2．设置一个系统清除和抢答控制开关S，该开关由主持人控制。

3．抢答器具有锁存与显示功能。即选手按动按钮，锁存相应的编号，并在LED数码管上显示，同时扬声器发出报警声响提示。选手抢答实行优先锁存，优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止。

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(如9秒)。当主持人启动“开始”键后。定时器进行减计时，同时扬声器发出短暂的声响，声响持续的时间0 5秒左右。

5．参赛选手在设定的时间内进行抢答，抢答有效，定时器停止工作，显示器上显示选手的编号和抢答的时间，并保持到主持人将系统清除为止。

6. 如果定时时间已到，无人抢答，本次抢答无效，系统报警并禁止抢答，定时显示器上显示0。

设计原理

接通电源后，主持人将开关拨到“清除”状态，抢答器处于禁止状态，编号显示器灭灯，定时器显示设定时间；主持人将开关置“开始”状态，宣布“开始”抢答器工作。定时器倒计时，扬声器给出声响提示。选手在定时时间内抢答时，抢答器完成：优先判断、编号锁存、编号显示、扬声器提示。当一轮抢答之后，定时器停止、禁止二次抢答、定时器显示剩余时间。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。

单元电路设计

1．抢答电路

（1)抢答电路的功能

该电路完成两个功能：

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。

二是当有选手按键，其他选手按键操作无效。

工作过程：开关S置于“清除”端时，74LS279(四个基本RS触发器)四个输出端置零，通过控制电路使74LS148的ST=0，使74LS148(8线一3线优先编码器)处于工作状态。74LS48灭灯控制使数码管处于灭灯状态。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，74LS148的输出经RS锁存后，使74LS48处于工作状态，数码管显示选手号码。同时控制端CTR使74LS148的ST=1．处于禁止状态，封锁其他选手按键的输入。确保不会出二次按键时输入信号，保证了抢答者的优先性。如有再次抢答需由主持人将S开关重新置“清除”然后再进行下一轮抢答。

(2)抢答器设计要点

设定优先级别高低依次为S12-S1，所以两片74148连接时，左片为S12，S11，S10，S9无信号时，右片为S9以下信号；如果74LS148的输出经RS锁存后直接驱动74LS48数码管显示时，右片显示数字是o-7，左片显示数字是o-3，为使两个数码管显示1—12，经锁存后的二进制码必须经过译码；当1—9位选手中有抢答，左片74LS48应使数码管处于灭灯状态。右片74LS48应使数码管处于正常显示状态。当10_12位选手中有抢答，两片74LS48应使两个数码管均处于正常显示状态；任一片74LS148有选手抢答后，RS锁存器引出控制信号，使两片74LS148处于禁止状态，封锁其他选手按键的输入。

(3)抢答器电路组成如后页图左侧

2. 定时电路

(1)定时电路的功能

由节目主持人预置时间；计数器的时钟脉冲由秒脉冲电路提供；当设定的抢答时间到，无人抢答时。应输出封锁脉冲禁止其他电路工作。

(2)定时电路设计要点

①由节目主持人设定一次抢答的时间为9秒，预置时间电路对计数器进行时间预置，可预置时间的电路选用十进制同步加减计数器741一S192进行设计，74LS192的数据输入端D3D2D1DO=1001。

②计数器的秒脉冲由555组成多谐振荡器提供。当74LS192进行倒计时工作时，利用借位输出产生控制信号。电路组成如后页图右侧

3．报警电路

(1)报警电路的功能

当主持人启动“开始”键后和定时时间已到但无人抢答，扬声器发出短暂的声响，声响持续的时间O．5秒左右。
(2)报警电路设计要点

由555构成多谐振荡器，振荡频 率fo=1.43/[(RI+2R2)C]，其输出 信号经三极管推动扬声器。PR为控制 信号，当PR为高电平时，多谐振荡器 工作，反之，电路停振。可预置时间的定 时电路是通过74LS121实现的。电路组成如右图。

4．时序控制电路

(1)时序控制电路的功能

主持人将控制开关拨到“开始”位 置时，扬声器发声，抢答电路进人正常 抢答工作状态和定时电路进人倒计时工作状态；当参赛选手按动抢答键时，扬声器发声，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，扬声器发声，同时抢答电路和定时电路停止工作。

(2)时序控制电路设计要点

根据上面的功能要求有真值表得到逻辑表达式。时钟控制信号能够加到74LS192的输入端，74LS148的输人使能端ST上，图3、图4的工作原理是：主持人控制开关从“清除”位置拨到“开始”位置时，来自于图1中的74LS279的输出CTR=O，则时钟信号CP能够加到74LS192的CPD时钟输入端，定时电路进行递减计时。同时，ST=0，使74LS148处于正常工作状态。当选手在定时时间内按动抢答键时，CTR=1，封锁CP信号，定时器处于保持工作状态；同时，ST=1，74LS148处于禁止工作状态，从而实现锁存的要求。当定时时间到时，则BO 2=0．74192 CPD=1，74LS148ST=1使74148处于禁止工作状态，定时电路保持为零，禁止选手进行抢答。同时，集成单稳触发器74LS121用于控制报警电路及发声的时间，YEX为两片74LS148输出扩展端的同或运算，其工作原理请读者自行分析。

5．电路组装调试

(1)电路组装顺序是秒脉冲电路；节目主持人开关；定时电路；抢答电路；时序控制电路。

(2)电路组装要点。

(a)当秒脉冲电路输出指示灯正常显示时，说明秒脉冲电路正常工作。

(b)组装节目主持人开关，并用万用表检查电压，当电压输出正常时，再安装74LS192、7448和数码管。调试方法是：先将节目主持人开关置零，观察电路是否置9，如不能正常工作。查主持人开关电压及接点是否虚焊，当能正常工作再将秒脉冲电路输出直接接在74LS192减计数端，如数码管七段均不工作。查7448灭灯控制端，如数码管部分段工作，仅查74LS48和数码管接线部分。

(c)先用万用表检查12路抢答开关电压，当电压输出正常时；再安装74LS148；将74LS148的输人使能端直接接地；再使12路抢答输入中一个为低电压，用万用表检查电压测量输出值，例如，当S5为低电压。第一片74LS148的输出，3Q2Q1Q=010，此外，输出扩展端为0，经74LS279 4Q3Q2Q1Q=1101．如果电压正确。即可以进行下一步连接。

(d)报警电路组装调试。当PR接高电平时，报警电路应发出声响。

(e)时序控制电路CTR bO2中两个输入任一个为设定电压，门电路输出应正确，否则接线错误最后完成定时抢答器的联调，注意各部分电路之间的时序配合关系。然后检查电路各部分的功能，使其满足设计要求。

电路元器件

1．集成电路74LS148 2片，74LS279 2片，74LS48 3片，74LS192 1片，NE555 2片，74LS00 1片，74LS121 1片。

2. 电阻510Ω 2只，1kΩ 9只，4 7kΩ 1只，5．1kΩ1只，100kΩ 1只，10kΩ 1只，15kΩ 1只，68kΩ 1只。

3. 电容0．1 μ F 1只，10 μ F2只，100 μ F 1只。

4. 三极管3DG12 1只。

5．其它：发光二极管2只，共阴极显示器3只。

由以上应用过程可见：每个部分都是从最基本最典型的单元电路的设计开始，逐步加深与扩展，直到较为复杂的小型电子线路系统的设计与装调，这种模块式的电路结构，既符合有简到繁，循序渐进的规律，又能够引起设计者兴趣。只有熟练运用MSI进行电路的设计安装测试，才能有效提高应用型人才理论与实际的结合能力，分析和解决问题的能力。这是培养高技能人才一个重要的过程。