進(jìn)入21世紀(jì)越來(lái)越來(lái)多的電子產(chǎn)品出現(xiàn)在人們的日常生活中，例如企業(yè)、學(xué)校和電視臺(tái)等單位常舉辦各種智力競(jìng)賽， 搶答記分器是必要設(shè)備。

　　在實(shí)際生活中經(jīng)常會(huì)遇到同時(shí)輸入兩個(gè)或兩個(gè)以上編碼信號(hào)的情況。例如，同時(shí)按下計(jì)算機(jī)鍵盤上的兩個(gè)按鍵。如果計(jì)算機(jī)鍵盤內(nèi)的編碼器是前面所講的普通編碼器，當(dāng)同時(shí)按下兩個(gè)按鍵時(shí)，鍵盤內(nèi)的編碼器將不能對(duì)這種輸入狀態(tài)進(jìn)行編碼，會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤的信息。這種錯(cuò)誤信息有時(shí)會(huì)出現(xiàn)致命的后果。為了使這種輸入狀態(tài)出現(xiàn)時(shí)編碼企業(yè)有確定的輸出信號(hào)輸出，便出現(xiàn)了優(yōu)先編碼器。

　　優(yōu)先編碼器允許同時(shí)輸入兩個(gè)以上的編碼信號(hào)，編碼器對(duì)所有輸入的信號(hào)規(guī)定了優(yōu)先順序，當(dāng)多個(gè)輸入信號(hào)同時(shí)出現(xiàn)時(shí)，只對(duì)其中優(yōu)先級(jí)最高的一個(gè)進(jìn)行編碼。

　　這次主要介紹了數(shù)碼顯示八路搶答器電路的組成、設(shè)計(jì)及功能，電路采用74系列常用集成電路進(jìn)行設(shè)計(jì)。該搶答器除具有基本的搶答功能外，還具有定時(shí)、計(jì)時(shí)和報(bào)警功能。主持人通過(guò)時(shí)間預(yù)設(shè)開關(guān)預(yù)設(shè)供搶答的時(shí)間，系統(tǒng)將完成自動(dòng)倒計(jì)時(shí)。若在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)有人搶答，則計(jì)時(shí)將自動(dòng)停止；若在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)無(wú)人搶答，則系統(tǒng)中的蜂鳴器將發(fā)響，提示主持人本輪搶答無(wú)效，實(shí)現(xiàn)報(bào)警功能，若超過(guò)搶答時(shí)間則搶答無(wú)效。

　　該搶答器主要運(yùn)用到了編碼器，譯碼器和鎖存器：它采用74LS148來(lái)實(shí)現(xiàn)搶答器的選號(hào)，采用74LS279芯片實(shí)現(xiàn)對(duì)號(hào)碼的鎖存，采用74LS192實(shí)現(xiàn)十進(jìn)制的減法計(jì)數(shù)，采用555芯片產(chǎn)生秒脈沖信號(hào)來(lái)共同實(shí)現(xiàn)倒計(jì)時(shí)功能。

　　1、設(shè)計(jì)技術(shù)的要求

　　（1） 設(shè)計(jì)8路搶答器，編號(hào)與參賽選手一一對(duì)應(yīng)。

　　（2） 具有優(yōu)先顯示搶答序號(hào)及時(shí)間的功能并禁止其他選手的搶答。

　　（3） 主持人預(yù)置搶答時(shí)間，控制比賽的開始與結(jié)束。

　　（4） 報(bào)警電路：主持人按下“開始”鍵時(shí)報(bào)警并進(jìn)入搶答狀態(tài)；

　　當(dāng)搶答者發(fā)出搶答信號(hào)時(shí)報(bào)警提示；在規(guī)定搶答終止時(shí)間到時(shí)報(bào)警。

　　2、系統(tǒng)的組成框圖及工作原理

　　搶答器的組成框圖

　　系統(tǒng)的工作原理

　　如圖所示電路包括主體電路和擴(kuò)展電路兩部分。其中主體電

　　路完成基本的搶答功能，即主持人按下控制開關(guān)后，當(dāng)選手按動(dòng)搶答鍵時(shí)，數(shù)碼管顯示選手編號(hào)，同時(shí)封鎖輸入電路，其他選手搶答無(wú)效。擴(kuò)展電路完成定時(shí)搶答的功能以及報(bào)警功能。

　　電路的工作過(guò)程是：接通電源后，主持人將控制開關(guān)置于“清除”

　　處，此時(shí)搶答器處于禁止?fàn)顟B(tài)，選手不能進(jìn)行搶答，定時(shí)顯示器顯示設(shè)定的時(shí)間（30s），當(dāng)主持人將控制開關(guān)置于 “開始”時(shí)，揚(yáng)聲器發(fā)出聲響，搶答器處于工作狀態(tài)，同時(shí)定時(shí)器開始倒計(jì)時(shí)。當(dāng)選手在定時(shí)時(shí)間內(nèi)按動(dòng)搶答鍵時(shí)，電路要完成以下功能：

　　（1）優(yōu)先編碼電路判斷搶答者的編號(hào)，并由鎖存器進(jìn)行鎖存，然后通過(guò)譯碼顯示電路在數(shù)碼管上顯示搶答者的編號(hào)； （2）揚(yáng)聲器發(fā)出短暫聲響；

　　（3）控制電路對(duì)其余輸入編碼進(jìn)行封鎖，禁止其他選手進(jìn)行搶答； （4）控制電路要使定時(shí)器停止工作，數(shù)碼管上顯示剩余的搶答時(shí)間，當(dāng)選手將問(wèn)題回答完畢，主持人操作控制開關(guān)進(jìn)行系統(tǒng)清零，使系統(tǒng)回復(fù)到禁止工作狀態(tài)，以便進(jìn)行下一輪搶答。當(dāng)定時(shí)時(shí)間到，卻沒有選手搶答時(shí)，系統(tǒng)將報(bào)警，并封鎖輸入電路，禁止選手超時(shí)后搶答。

　　3、電路設(shè)計(jì)

　　3.1搶答電路的設(shè)計(jì)

　　搶答電路的功能有兩個(gè)：一是能分辨出選手按鍵的的先后，并鎖存優(yōu)先搶答者的編號(hào)，供譯碼顯示電路用；二是要使其他選手的按鍵操作無(wú)效。選用優(yōu)先編碼74LS148和RS鎖存器74LS279可以完成上述功能。其電路組成如圖3-1所示。

　　其工作原理是：當(dāng)主持人控制開關(guān)處于“清零”位置時(shí)，RS觸發(fā)器的R端為低電平，輸出端（4Q～1Q）全部為低電平。于是74LS48的BI=0，顯示器滅燈；74LS148的選通輸入端ST=0，74LS148處于工作狀態(tài)，此時(shí)鎖存電路不工作。當(dāng)主持人將開關(guān)撥到“開始”位置時(shí)，優(yōu)先編碼電路和鎖存電路同時(shí)處于工作狀態(tài)，既搶答器處于等待工作狀態(tài)，等待輸入端I7、I6、I5、I4、I3、I2、I1、I0輸入信號(hào)，當(dāng)有選手將鍵按下時(shí)（如按下S5），74LS148的輸出Y2Y1Y0=010，YEX=0

　　經(jīng)RS鎖存器后，CTR=1，BI=1，此時(shí)74LS279處于工作狀態(tài)，4Q3Q2Q=101，經(jīng)74LS48譯碼后，顯示器顯示出“5”。此外，CTR=1，使74LS148的ST端為高電平，74LS148處于禁止工作狀態(tài)，封鎖了其它按鍵的輸入。當(dāng)按下的鍵松開后，74LS148的YEX高電平，但由于CTR維持高電平不變，所以74LS148仍處于禁止工作狀態(tài)，其它按鍵的輸入信號(hào)仍不會(huì)被接受。這就保證了搶答者的優(yōu)先性以及搶答電路的準(zhǔn)確性。當(dāng)優(yōu)先搶答者回答完問(wèn)題后，主持人操作控制開關(guān)S，使搶答電路復(fù)位，以便進(jìn)行下一輪搶答。

　　3.2定時(shí)電路的設(shè)計(jì)

　　74LS48的7，6，2，3引腳接受來(lái)自74LS192的輸出信號(hào)并把它譯碼 顯示在數(shù)碼管上。74LS192的9，10，11，15引腳完成時(shí)間設(shè)定功能，本設(shè)計(jì)要求定時(shí)30秒，所以把左邊的芯片的1，15引腳接高電位，期于的全接低位，使的初始時(shí)間設(shè)定為30秒。555芯片完成產(chǎn)生秒脈沖的功能。工作過(guò)程為：搶答開始前，74LS192的置數(shù)端為低電位，處于初始狀態(tài)，數(shù)碼管顯示為30，5引腳接高電位。搶答開始后，秒脈沖沖推動(dòng)右邊的芯片開始倒記時(shí)，同時(shí)右邊芯片產(chǎn)生的信號(hào)做為左邊芯片的CP信號(hào)推動(dòng)左邊的芯片倒記時(shí)，完成十進(jìn)制的倒記時(shí)功能。當(dāng)有人搶答后1Q的輸出為1，經(jīng)過(guò)非門后變?yōu)?，通過(guò)與門屏蔽了秒信號(hào)，停止記時(shí)，完成顯示搶答時(shí)間的功能。當(dāng)記到了30秒時(shí)，左邊的芯片產(chǎn)生的定時(shí)到信號(hào)輸出為低電位，也屏蔽了秒信號(hào)，使得數(shù)碼管顯示為00。如圖3-2

　　3.3報(bào)警電路的設(shè)計(jì)

　　其中555構(gòu)成多諧振蕩器，振蕩頻率為： f0=1/（R1+2R2）*C*ln2=1.43/（R1+2R2）*C

　　其輸出信號(hào)經(jīng)三極管推動(dòng)揚(yáng)聲器。PR為控制信號(hào)，當(dāng)PR為高電平時(shí)，多諧振蕩器工作，反之，電路停振不再工作。 3.4時(shí)序電路的設(shè)計(jì)時(shí)序控制電路是搶答器設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，它要完成以下三項(xiàng)功能： ① 主持人將控制開關(guān)撥到“開始”位置時(shí)，揚(yáng)聲器發(fā)聲，搶答電路和定時(shí)電路進(jìn)入正常搶答工作狀態(tài)，

　　②當(dāng)參賽選手按動(dòng)搶答鍵時(shí)，揚(yáng)聲器發(fā)聲，搶答電路和定時(shí)電路停止工作。

　　③當(dāng)設(shè)定的搶答時(shí)間到，無(wú)人搶答時(shí)，揚(yáng)聲器發(fā)聲，同時(shí)搶答電路和定時(shí)電路停止工作。

　　根據(jù)上面的功能要求以及圖3.1和圖3.2，設(shè)計(jì)的時(shí)序控制電路如圖3.4所示：

　　圖中，門G1的作用是控制時(shí)鐘信號(hào)CP的放行與禁止，門G2的作用是控制74LS148的輸入使能端ST。圖3-4（a）的工作原理是：主持人控制開關(guān)從“清零”位置撥到“開始”位置時(shí)，來(lái)自于圖3-1中的74LS279的輸出CTR=0，經(jīng)G3反相，A=1，則從555輸出端來(lái)的時(shí)鐘信號(hào)CP能夠加到74LS192的CPD時(shí)鐘輸入端，定時(shí)電路進(jìn)行遞減計(jì)時(shí)，在定時(shí)時(shí)間未到時(shí)，來(lái)自于圖3-2的74LS192的借位輸出端BO2=1，門G2的輸出ST=0，使74LS148處于正常工作狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)功能①的要求；當(dāng)選手在定時(shí)時(shí)間內(nèi)按動(dòng)搶答鍵時(shí)，CTR=1，經(jīng)G3反相，A=0，封鎖CP信號(hào)，定時(shí)器處于保持狀態(tài)，門G2的輸出ST=1，74LS148處于禁止工作狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)功能②的要求；當(dāng)定時(shí)時(shí)間到時(shí)，來(lái)自于圖3-2的74LS192的借位輸出端BO2=0，門G2的輸出ST=1，74LS148處于禁止工作狀態(tài)，禁止選手進(jìn)行搶答，門G1同時(shí)處于關(guān)門狀態(tài)，封鎖CP信號(hào)，使定時(shí)電路為00狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)功能③的要求，74LS121用于控制報(bào)警電路及發(fā)聲的時(shí)間。

　　4、整體電路的設(shè)計(jì)

　　4.1 總體電路原理相關(guān)說(shuō)明

　　經(jīng)以上單元電路的設(shè)計(jì)，可以得到定時(shí)搶答電路的整機(jī)電路。 嚴(yán)格根據(jù)八路智力競(jìng)賽搶答器的總體方框圖的指引再結(jié)合競(jìng)賽搶答器的搶答電路，定時(shí)電路，報(bào)警電路 ，控制電路繪制出總體電路！

　　接通電源后， 主持人將控制開關(guān)撥到“開始”位置時(shí)，揚(yáng)聲器發(fā)聲，搶答電路和定時(shí)電路進(jìn)入正常搶答工作狀態(tài)。

　　當(dāng)參賽選手按動(dòng)搶答鍵時(shí)，選擇器分辨出選手按鍵的先后，并鎖存優(yōu)先搶答者的編號(hào)，供譯碼顯示譯碼電路用并且使其它選手按鍵操作無(wú)效。之后揚(yáng)聲器發(fā)聲，搶答電路和定時(shí)電路停止工作。

　　當(dāng)設(shè)定的搶答時(shí)間到，無(wú)人搶答時(shí)，揚(yáng)聲器發(fā)聲，同時(shí)搶答電路和定時(shí)電路停止工作。

　　總體電路原理圖如下：

　　5、元件清單