基于Multisim的智能多路無線搶答器的設(shè)計

劉月嫦，朱齊媛，龍世瑜

(嶺南師范學(xué)院 電子信息工程學(xué)院，廣東 湛江 524048)

1 引言

當(dāng)今的社會，競爭日益激烈，選拔、選優(yōu)等活動越來越頻繁，而在選拔過程中往往都是以競爭的形式，分成幾個小組參加，主要考察現(xiàn)場的發(fā)揮水平.針對這種形式，要求選手在主持人提出問題之后，馬上搶先回答獲取分?jǐn)?shù).如果采取過去的方式用舉手搶答，在某種程度上，這會因為主持人的主觀導(dǎo)致不精確的判斷造成比賽的不公正.所以為了舉行的比賽更加精確、公平地判斷出首位搶答的選手，就需要一位客觀的裁判員，久而久之，滿足社會需求的設(shè)備，替代現(xiàn)實的裁判員的工具產(chǎn)生了，那就是智能多路無線搶答器[1].

智能搶答器是一種涉及領(lǐng)域非常廣的配備，應(yīng)用于各種搶答和比賽的活動中，它能快速、公正地分辨出首位具有發(fā)言資格的選手.過去的搶答器只由些許三極管、可控硅、發(fā)光二極管等元件組成，可以根據(jù)發(fā)出來的指示來辨別出搶答的選手.目前的搶答器均采用PLC、單片機(jī)或芯片合成的，并且添加了很多新的功能，如紅外傳感的無線發(fā)射，搶答序號的顯示、搶答的倒計時顯示、搶答成功的報警聲甚至記錄選手搶答的總分?jǐn)?shù)等功能[2].鑒于現(xiàn)在選拔選優(yōu)的活動比賽日益增加，經(jīng)濟(jì)實用、操作簡單，具有良好性能的小型搶答器必將大有市場.因此，研究本課題具有很大前景，具有一定的現(xiàn)實意義.

搶答器作為一種必備產(chǎn)品，雖使用的領(lǐng)域廣且普遍，一些搶答器成本高、體積大、線路多，且操作和安裝都很復(fù)雜，可靠性低，在搶答的活動中可能不夠精準(zhǔn)的保證比賽的公平性.隨著對控制方式的隨意性加大，對電路連接的簡化，使其在使用的時候更為方便和靈活必將去掉繁瑣的連接線，取而代之的則是通過無線發(fā)射與接收的應(yīng)用[3].主要是考慮到將無線發(fā)射與接收應(yīng)用在多路搶答器上，克服了有線電纜連接的局域性限制的缺點[4].

2 方案論證

圖1搶答器結(jié)構(gòu)框圖

根據(jù)電路設(shè)計的技術(shù)要求，搶答器的電路結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示.本設(shè)計的數(shù)顯搶答器考慮由常用的數(shù)字元器件和TTL集成芯片制作，由無線發(fā)射電路、優(yōu)先編碼電路、鎖存電路、控制電路、譯碼顯示電路、脈沖產(chǎn)生電路、復(fù)位清零電路、倒計時電路等部分組成.設(shè)計的重點是在某一選手搶答成功后封鎖其他選手的信號傳送，達(dá)到封鎖信號的鎖存效果.而本設(shè)計采用控制D觸發(fā)器時鐘脈沖信號的方法實現(xiàn)，只要有其中一個選手按下按鍵就會有觸發(fā)判斷相應(yīng)的信號輸出，從而封鎖其余脈沖信號到74LS175D觸發(fā)器的通道，達(dá)到封鎖其余信號的功能[5].

本文設(shè)計的搶答器主要是由主體部分和擴(kuò)展部分構(gòu)成.主要的電路一是由具有優(yōu)先功能的編碼電路、鎖存電路、報警電路和譯碼顯示電路組成.二是由復(fù)位或清零開關(guān)啟動電路和控制電路組成.拓展的電路則是通過555定時器的秒脈沖產(chǎn)生的信號[6]，最后由定時電路和譯碼電路將其信號輸出并顯示實現(xiàn)計時的功能組成.

3 搶答器總體方框圖

圖2搶答器總體方框圖

搶答器的總體方框圖如圖2所示，介紹的是接通電源，各電路開始進(jìn)行工作.如果開關(guān)是斷開的，電路還未開始準(zhǔn)備就緒.當(dāng)開關(guān)閉合，搶答器就位，選手搶答的數(shù)碼管則顯示零，倒計時顯示“9”同時也已準(zhǔn)備開始倒計時，此時無論哪位選手搶答都是無效的.

如果開關(guān)重新按下，此時已經(jīng)是從閉合像斷開的轉(zhuǎn)變，此時，搶答器的狀態(tài)是從搶答就緒到搶答開始，倒計時立馬從“9”一直做減法計數(shù)到“0”，若有一位選手搶答成功后，開關(guān)的信號通過紅外發(fā)送，傳送到鎖存器中，剩下的信號都會搶答無效，任何一位選手搶答成功之后，倒計時停止，并顯示搶答成功那刻倒計的時間，也即是顯示剩余的搶答時間，選手編號也顯示出來，同時對應(yīng)的選手燈號會發(fā)亮，伴有報警聲響宣告已搶答成功.如果在9秒時間內(nèi)沒有選手搶答，便會自動歸零，任何選手都搶答無效，同時也會伴有聲響，說明本次搶答不成功.

總體功能即主持人宣布搶答開始，倒計時開始，當(dāng)有選手搶答時，首先鎖存，阻止其他選手搶答，再編碼譯碼器將編號顯示出來，對應(yīng)選手燈亮，同時報警.如無選手搶答，倒計時到0就停止，同時發(fā)出警鳴.

4 編碼顯示電路

圖3 編碼顯示電路

四D觸發(fā)器74LS175的輸出Q，直接控制顯示模塊，相應(yīng)選手搶答就會對應(yīng)的發(fā)光二極管顯示組別.當(dāng)無人搶答時，4個D觸發(fā)器的輸出Q非全部接入與非門中，沒有選手搶答時，與非門輸出“0”，再用一個非門將信號變?yōu)椤?”時，通過LM555定時器的作用有脈沖進(jìn)入觸發(fā)器，當(dāng)有一人搶答時，其中一個Q非成為低電平，因此與非門為“1”，再經(jīng)過一個與非門74LS21D與門中有一個信號會變?yōu)椤?”，與555時鐘脈沖共同接入與非門后，就由原來的上升沿狀態(tài)變成了高電平，觸發(fā)器74LS175為上升沿或者下降沿有效，因此當(dāng)一個選手搶答成功后，立即封鎖.

5 報警音響電路

報警音響電路如圖4所示，搶答模塊和共同控制它的輸入，當(dāng)選手搶答成功，倒計時歸零時都能報警聲響.

圖4 報警音響電路

6 電路的仿真結(jié)果展示

1)主持人清零的仿真圖，也即是搶答未開始的時候，搶答選手編號為零，倒計時顯示器也被置數(shù)為“9”，準(zhǔn)備就緒做減法計數(shù)，仿真如圖5所示.

2)當(dāng)主持人搶答主持人開關(guān)斷開后，選手開始搶答，當(dāng)4號選手搶答成功后，仿真如圖6所示，倒計時顯示器也顯示剩余的倒計時間“5”.

圖5 主持人清零復(fù)位仿真圖

圖6 4號選手搶答成功仿真圖

7 結(jié) 語

利用Multisim 13對4路無線智能搶答器的設(shè)計進(jìn)行的仿真驗證，實驗結(jié)果證明該電路設(shè)計合理，具有比較可靠的工作方式和更強的適用性，達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計目的和要求.所設(shè)計的搶答器電路采用組合邏輯和時序邏輯電路設(shè)計，無需編程語言，具有電路簡單，成本低廉，操作方便，靈敏可靠，易于制作等優(yōu)點，而且在實際生活中具有很強的實用性.

[1] 李銀華.電子線路設(shè)計指導(dǎo)[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2005.

[2] 謝自美.電子線路設(shè)計·實驗·測試[M].武漢:華中科技大學(xué)出版社,2006.

[3] 沈曉波,王留留,苗磊.基于NRF24L01的多路無線智能搶答器設(shè)計[J].數(shù)字技術(shù)與應(yīng)用,2012(8): 130-132.

[4] 羅映祥.基于Multisim9的智能搶答器的設(shè)計與仿真[J].微計算機(jī)信息,2010,26(25):175-176.

[5] 趙全利,李會萍. Multisim電路設(shè)計與仿真[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2016.

[6] 晏勇.基于紅外線和315MHz射頻信號的多路無線搶答器[J].長沙大學(xué)學(xué)報,2009,23(2): 40-42.

[7] 王勇智,陳其工.定時可調(diào)無線搶答器[J].儀表技術(shù),2013,(11): 51-54.