基于8D鎖存器的搶答器設計

李志強 李平 陳海明

摘 要：本文介紹一種基于8D鎖存器74LS373設計的能區(qū)分選手搶答是否犯規(guī)的數(shù)字搶答器，并詳細闡述了其工作原理和硬件電路結構。通過測試結果表明，運用該方案設計的數(shù)字搶答器，具有結構簡單、操作方便、易于實現(xiàn)、區(qū)分度高、實用性強等優(yōu)點。

關鍵詞：8D鎖存器；搶答器；自動判別

目前，形式多樣的搶答器已廣泛應用于企事業(yè)單位及商業(yè)機構，為各種智力和知識活動競賽提供快速客觀公正的裁決，逐漸成為一種商業(yè)性電子產品?，F(xiàn)有搶答器雖有多種設計方案，各具特色。

在方案上有采用單片機、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現(xiàn)的。但是絕大數(shù)搶答器的設計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計，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、秒信號發(fā)生電路、定時電路、提示音電路構成。其結構框圖如圖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)，編號顯示數(shù)碼管不亮，倒計時顯示數(shù)碼管不亮；主持人宣布“開始”后按下開始按鍵，搶答器才進入正常的搶答工作狀態(tài)，此時選手按下?lián)尨鸢存I才不會犯規(guī)，同時倒計時電路開始倒計時，倒計時結束揚聲器給出聲響提示，否則就會犯規(guī)，但不會倒計時。當一輪搶答之后，倒計時電路停止工作、如果要進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行。

2 電路的設計

2.1 搶答電路

搶答電路的功能：①能準確分辨選手按鍵的先后；②能鎖存優(yōu)先搶答者的編號。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組成的上電復位電路使GS為高，同時LE為高電平， 為低，數(shù)碼管DS1不亮。若S1～S8中任何一個選手按鍵都不按下，即對應8D鎖存器的輸入端均為高電平，則8個輸出均為高電平，表示此時搶答者正在準備搶答狀態(tài)。若S1～S8中其中一個或幾個選手按鍵按下，即與之對應的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鎖存在輸出端，對應的選手按鍵號通過譯碼器和數(shù)碼管顯示出來。當優(yōu)先搶答者在規(guī)定的時間內未回答完畢，由倒計時電路產生的時間到BO低電平信號或在規(guī)定時間內回答完畢后由主持人按動復位開關RST，都能使搶答器進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 倒計時電路

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

倒計時電路工作原理：如果主持人宣布“開始”后并按下開始按鍵，此時選手下?lián)尨鸢存I倒計時電路工作；否則倒計時電路不工作。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，設定搶答題回答問題的時間，通過74LS192預置端預置時間電路對計數(shù)器進行預置，計數(shù)器的時鐘脈沖由555構成一個多諧振蕩器產生的秒脈沖電路提供。當?shù)褂嫊r時間完成后74LS192高位的會 從高電平變?yōu)榈碗娖?，而它?通過一個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通過一個非門連入的，即CD變?yōu)榈?，H1也變?yōu)榈停藭r兩片74LS247都處于不工作的狀態(tài)，倒計時完成后整個系統(tǒng)能自動復位。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能對整個電路進行搶答控制；②能讓主持人區(qū)別是否進入搶答狀態(tài)；③能與搶答部分和到計時部分構成一個整體使主持人對電路的控制更加簡單更加符合實際的要求。

電路的工作原理：當主持人按動搶答開關進行搶答，給74LS74的CLK一個上升沿脈沖時，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按下主控鍵。如果此時選手按下?lián)尨鸢粹o，搶答部分的數(shù)碼管就會顯示相應選手的編號，而倒計時電路也會進入倒計時工作。如果選手在規(guī)定時間內已經回答完畢，主持人按下復位鍵RST將使整個系統(tǒng)復位，就可進入下一輪搶答狀態(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)控制電路構成。發(fā)聲電路由NE555時基集成電路和外圍元件構成的無穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器發(fā)出“叮、咚”聲音。當觸發(fā)電路觸發(fā)時振蕩器振蕩，振蕩頻率約700Hz，揚聲器發(fā)出“?！钡穆曇簟Ｅc此同時，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構成的積分電路產生積分信號、經74LS04非門整形放大，從而產生標準脈沖來觸發(fā)發(fā)聲電路發(fā)聲。其具體原理圖如圖2中圖d所示。

3 結論

從總體上來說，該方案設計的可實用性搶答器已經達到實際應用水平，電路也相當簡潔，能嚴格區(qū)分犯規(guī)的選手，使整個搶答的過程更加公平也符合大家的習慣。

通過測試結果表明，該方案設計應用的數(shù)字搶答器，具有結構簡單、操作方便、易于實現(xiàn)、區(qū)分度高、實用性強等優(yōu)點。

[參考文獻]

[1]謝自美，等，編著.電子線路設計.實驗.測試[M].武漢：華中理工大學出版社，2000.7.