李志強(qiáng) 李平 陳海明

摘 要：本文介紹一種基于8D鎖存器74LS373設(shè)計(jì)的能區(qū)分選手搶答是否犯規(guī)的數(shù)字搶答器，并詳細(xì)闡述了其工作原理和硬件電路結(jié)構(gòu)。通過測(cè)試結(jié)果表明，運(yùn)用該方案設(shè)計(jì)的數(shù)字搶答器，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、易于實(shí)現(xiàn)、區(qū)分度高、實(shí)用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：8D鎖存器；搶答器；自動(dòng)判別

目前，形式多樣的搶答器已廣泛應(yīng)用于企事業(yè)單位及商業(yè)機(jī)構(gòu)，為各種智力和知識(shí)活動(dòng)競(jìng)賽提供快速客觀公正的裁決，逐漸成為一種商業(yè)性電子產(chǎn)品。現(xiàn)有搶答器雖有多種設(shè)計(jì)方案，各具特色。

在方案上有采用單片機(jī)、可編程芯片，也有采用數(shù)字集成電路的。采用數(shù)字集成電路完成的搶答器絕大多數(shù)都是通過先編碼后鎖存來實(shí)現(xiàn)的。但是絕大數(shù)搶答器的設(shè)計(jì)中幾乎都沒注意到選手犯規(guī)的情況，本文介紹的是一種基于數(shù)字集成電路采用先鎖存后編碼來設(shè)計(jì)，能夠區(qū)分選手是否犯規(guī)的數(shù)字搶答器。

1 系統(tǒng)組成

本系統(tǒng)由主持人控制電路、搶答按鍵、鎖存器、優(yōu)先編碼電路、譯碼顯示電路、秒信號(hào)發(fā)生電路、定時(shí)電路、提示音電路構(gòu)成。其結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

其電路工作原理是：搶答器接通電源后處于搶答狀態(tài)，編號(hào)顯示數(shù)碼管不亮，倒計(jì)時(shí)顯示數(shù)碼管不亮；主持人宣布“開始”后按下開始按鍵，搶答器才進(jìn)入正常的搶答工作狀態(tài)，此時(shí)選手按下?lián)尨鸢存I才不會(huì)犯規(guī)，同時(shí)倒計(jì)時(shí)電路開始倒計(jì)時(shí)，倒計(jì)時(shí)結(jié)束揚(yáng)聲器給出聲響提示，否則就會(huì)犯規(guī)，但不會(huì)倒計(jì)時(shí)。當(dāng)一輪搶答之后，倒計(jì)時(shí)電路停止工作、如果要進(jìn)行二次搶答必須由主持人再次宣布“開始”后并按下開始按鍵才能進(jìn)行。

2 電路的設(shè)計(jì)

2.1 搶答電路

搶答電路的功能：①能準(zhǔn)確分辨選手按鍵的先后；②能鎖存優(yōu)先搶答者的編號(hào)。搶答電路的主要器件由鎖存器74 LS373、優(yōu)先編碼器74LS148、譯碼器74LS247和7段數(shù)碼管構(gòu)成。其電路的工作原理：搶答器上電后，由C3和R12組成的上電復(fù)位電路使GS為高，同時(shí)LE為高電平， 為低，數(shù)碼管DS1不亮。若S1～S8中任何一個(gè)選手按鍵都不按下，即對(duì)應(yīng)8D鎖存器的輸入端均為高電平，則8個(gè)輸出均為高電平，表示此時(shí)搶答者正在準(zhǔn)備搶答狀態(tài)。若S1～S8中其中一個(gè)或幾個(gè)選手按鍵按下，即與之對(duì)應(yīng)的8D鎖存器的輸入端D為低電平，8D鎖存器的輸出端相接的74LS148的輸入端立刻為低電平，此時(shí)74LS148的GS輸出和74 LS373的LE輸入為低電平將鎖存器的輸入信號(hào)鎖存在輸出端，對(duì)應(yīng)的選手按鍵號(hào)通過譯碼器和數(shù)碼管顯示出來。當(dāng)優(yōu)先搶答者在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)未回答完畢，由倒計(jì)時(shí)電路產(chǎn)生的時(shí)間到BO低電平信號(hào)或在規(guī)定時(shí)間內(nèi)回答完畢后由主持人按動(dòng)復(fù)位開關(guān)RST，都能使搶答器進(jìn)入到下一次搶答狀態(tài)。具體原理圖如圖2中圖a所示。

2.2 倒計(jì)時(shí)電路

倒計(jì)時(shí)電路的功能：①根據(jù)選手搶答后是否倒計(jì)時(shí)來區(qū)分選手是否犯規(guī)；②只有當(dāng)主持人宣布“開始”后并按下開始按鍵，選手進(jìn)入正常搶答時(shí)才會(huì)進(jìn)入到計(jì)時(shí)狀態(tài)（如30S），電路的計(jì)數(shù)脈沖有秒脈沖提供；③倒計(jì)時(shí)時(shí)間完成后能自動(dòng)消隱。電路的主要器件為十進(jìn)制同步加/減計(jì)數(shù)器74LS192，譯碼器74LS247，秒脈沖產(chǎn)生器555和7段數(shù)碼管[1]。

倒計(jì)時(shí)電路工作原理：如果主持人宣布“開始”后并按下開始按鍵，此時(shí)選手下?lián)尨鸢存I倒計(jì)時(shí)電路工作；否則倒計(jì)時(shí)電路不工作。也就能很好地區(qū)分犯規(guī)和不犯規(guī)。

由主持人根據(jù)搶答題的難易程度，設(shè)定搶答題回答問題的時(shí)間，通過74LS192預(yù)置端預(yù)置時(shí)間電路對(duì)計(jì)數(shù)器進(jìn)行預(yù)置，計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘脈沖由555構(gòu)成一個(gè)多諧振蕩器產(chǎn)生的秒脈沖電路提供。當(dāng)?shù)褂?jì)時(shí)時(shí)間完成后74LS192高位的會(huì) 從高電平變?yōu)榈碗娖?，而它?通過一個(gè)非門連入到搶答部分74LS148的EI，即EI為高N1變?yōu)榈?，主持人控制電路?4LS74的CD是由EI通過一個(gè)非門連入的，即CD變?yōu)榈?，H1也變?yōu)榈停藭r(shí)兩片74LS247都處于不工作的狀態(tài)，倒計(jì)時(shí)完成后整個(gè)系統(tǒng)能自動(dòng)復(fù)位。其具體原理圖如圖2中圖b所示。

2.3 主控電路

主控電路的功能：①能對(duì)整個(gè)電路進(jìn)行搶答控制；②能讓主持人區(qū)別是否進(jìn)入搶答狀態(tài)；③能與搶答部分和到計(jì)時(shí)部分構(gòu)成一個(gè)整體使主持人對(duì)電路的控制更加簡(jiǎn)單更加符合實(shí)際的要求。

電路的工作原理：當(dāng)主持人按動(dòng)搶答開關(guān)進(jìn)行搶答，給74LS74的CLK一個(gè)上升沿脈沖時(shí)，74LS74的輸出端1Q就為高電平，即發(fā)光二極管變亮，能使主持人知道是否已經(jīng)按下主控鍵。如果此時(shí)選手按下?lián)尨鸢粹o，搶答部分的數(shù)碼管就會(huì)顯示相應(yīng)選手的編號(hào)，而倒計(jì)時(shí)電路也會(huì)進(jìn)入倒計(jì)時(shí)工作。如果選手在規(guī)定時(shí)間內(nèi)已經(jīng)回答完畢，主持人按下復(fù)位鍵RST將使整個(gè)系統(tǒng)復(fù)位，就可進(jìn)入下一輪搶答狀態(tài)。其具體原理圖如圖2中圖c所示。

2.4 提示音電路

提示音電路主要由發(fā)聲電路和發(fā)聲觸發(fā)控制電路構(gòu)成。發(fā)聲電路由NE555時(shí)基集成電路和外圍元件構(gòu)成的無穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器發(fā)出“叮、咚”聲音。當(dāng)觸發(fā)電路觸發(fā)時(shí)振蕩器振蕩，振蕩頻率約700Hz，揚(yáng)聲器發(fā)出“叮”的聲音。與此同時(shí)，電源通過二極管D4給C6充電。觸發(fā)脈沖后，C6便通過電阻R23放電，維持振蕩。由于是觸發(fā)脈沖，脈沖過后，電阻R26被串入電路，使振蕩頻率有所改變，大約為500Hz左右，揚(yáng)聲器發(fā)出“咚”的聲音。直到C4上電壓放到不能維持555振蕩為止。觸發(fā)控制電路由RC構(gòu)成的積分電路產(chǎn)生積分信號(hào)、經(jīng)74LS04非門整形放大，從而產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)脈沖來觸發(fā)發(fā)聲電路發(fā)聲。其具體原理圖如圖2中圖d所示。

3 結(jié)論

從總體上來說，該方案設(shè)計(jì)的可實(shí)用性搶答器已經(jīng)達(dá)到實(shí)際應(yīng)用水平，電路也相當(dāng)簡(jiǎn)潔，能嚴(yán)格區(qū)分犯規(guī)的選手，使整個(gè)搶答的過程更加公平也符合大家的習(xí)慣。

通過測(cè)試結(jié)果表明，該方案設(shè)計(jì)應(yīng)用的數(shù)字搶答器，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、易于實(shí)現(xiàn)、區(qū)分度高、實(shí)用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。

[參考文獻(xiàn)]

[1]謝自美，等，編著.電子線路設(shè)計(jì).實(shí)驗(yàn).測(cè)試[M].武漢：華中理工大學(xué)出版社，2000.7.