六路数字抢答器设计方法
王亚静
摘要：有许多比赛活动中为了准确、公正、直观的判断出第一抢答者，通常设置一台抢答器，通过灯光等手段指示出第一抢答者。

同时，还可以设置记分、犯规及奖惩记录等多种功能。

电路具有第一抢答信号的鉴别和锁存功能。

在主持人将系统复位并发出抢答指令后，开始抢答，如有参赛者按抢答开关，则该组指示灯亮显示出抢答者的组别。

此时，电路应具备自锁功能，使其他组的抢答开关不起作用。

关键词：第一抢答者 抢答器 锁存 复位 自锁功能
一．设计任务与技术要求
1、设计任务
设计制作一个可供6组选手参加比赛的数字式竞赛抢答器。

2、技术要求
(1) 抢答器同时供6名选手或6个代表队比赛，分别用6个按钮S1、S2、S3、S4、S5、S6表示。

(2) 设置一个系统清除和抢答控制开关S0，该开关由主持人控制。

(3)抢答器具有锁存与显示功能。

即具有第一个抢答信号的鉴别和数据锁存的功能。

抢答开始后，若选手按动抢答按钮，锁存相应编号，相应灯亮起，并封锁输入编码电路，禁止其他选手抢答。

抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清零为止。

二．总体方案设计及电路的工作原理：
1. 总体方案
数字式抢答器原理框图如图1所示。

它由主体电路组成。

主体电路完成基本的抢答功能，即开始抢答后，当选手按动抢答键时，能亮起相应灯泡同时横封锁输入电路，禁止其他选手抢答。

图1
2.工作原理
工作原理为：接通电源后，主持人将开关拨到"清零"状态，抢答器处于禁止状态，编号二极管灭灯；主持人将开关置“开始”状态，宣布"开始"抢答器工作。

选手抢答时，抢答器完成：优先判断、编号锁存、二极管发光显示。

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。

计数输入由秒脉冲发生器提供。

三.单元电路的设计及电路图
1.抢答电路
抢答电路的功能有两个：一是能分辨出选手按键的先后，并锁存优先抢答者的编号，供显示电路用；二是要使其他选手的按键操作无效。

这里选用6D触发器74LS174，其电路图如图2所示。

图2
其工作原理是：
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（如按下S1），74LS174的输出Q1=1,二极管D1发光。

此外，Q1＝1，经非门过74HC30输出为高电平，74LS174处于禁止状态，封锁其他按键的输入，保证了抢答者的优先性。

如有再次抢答需由主持人将
S0开关重新置“清零”， 6D触发器74LS174的CLR端为低电平，输出端（Q1~Q6）全部为低电平，于是二极管灭灯；然后再进行下一轮抢答。

2.反馈电路
这部分电路是用8与非门74HC30和6个非门构成，电路图如图3.
图3
其工作原理是：
当有选手按下按钮后（如S1），Q1=1，经过n1后输入74HC30，由8输出高电平，反馈
回74LS174的CLK端，D对Q没有影响，封锁其他按键的输入。

3. 显示电路
这部分电路是用6个NPN节三极管，6个二极管与12只电阻（0.1K、4.7K个6个）构成，电路图如图4.
图4
其工作原理是：
当有选手按下按钮后（如S1），Q1=1，经过电阻与三极管后使发光二极管D1亮起，代
表1组抢答成功。

4.555定时器秒脉冲电路
该部分主要由555定时器构成单元脉冲电路，Z KH f 38 。

电路图如图5.
图5
四．总电路图
五．仿真
六．所用元件及其说明：
1.6D触发器：
74LS174 为六上升沿D触发器，共有54174/74174 、54S174/74S174，54LS174/74LS174 三种线路结构形式。

其主要电特性的典型值如下：
功能表：
H――高电平；L――低电平；↑——低到高跳变； X――任意； Z――高阻；
Q0――规定的稳态输入条件建立前Q 的电平
2.8与非门：
74HC30是8输入单与非门.脚1,2,3,4,5,6,11,12是与非门的输入脚,8脚是与非门的输出脚.7脚是GND,14脚是VCC. 9,10,13未连为N/C.
3.NE555：
NE555是时基集成电路，它在应用和工作方式上一般可归纳为3类。

每类工作方式又有很多个不同的电路。

在实际应用中，除了单一品种的电路外，还可组合出很多不同电路，如：多个单稳、多个双稳、单稳和无稳，双稳和无稳的组合等。

NE555时基电路封形式有两种，一是DIP双列直插8脚封装，另一种是SOP-8小型（SMD）封装形式。

其他HA17555、LM555、CA555分属不同的公司生产的产品。

内部结构和工作原理都相同。

NE555属于CMOS工艺制造， NE555的内部中心电路是三极管Q15和Q17加正反馈组成的RS 触发器。

输入控制端有直接复位Reset端，通过比较器A1，复位控制端的TH、比较器A2置位控制的T。

输出端为F，另外还有集电极开路的放电管DIS。

它们控制的优先权是R、T、TH。

4.发光二极管
发光二极管简称LED，采用砷化镓、镓铝砷、和磷化镓等材料制成，其内部结构为一个PN结，具有单向导电性。

当在发光二极管PN结上加正向电压时，PN结势垒降低，载流子的扩散运动大于漂移运动，致使P区的空穴注入到N区，N区的电子注入到P区，这样相互注入的空穴与电子相遇后会产生复合，复合时产生的能量大部分以光的形式出现，因此而发光。

常用的发光二极管应用电路有四种，即直流驱动电路、交流驱动电路、脉冲驱动电路、变色发光驱动电路。

使用LED作指示电路时，应该串接限流电阻，该电阻的阻值大小应根据不同的使用电压和LED所需工作电流来选择。

发光二极管的压降一般为1.5~2.0 V，其工作电流一般取10~20 mA为宜。

七．芯片管脚
74LS174 74HC30
555
八．心得体会
课程设计是让我把学到的知识应用于生活的一次实践，这次六路抢答器的课程设计是让我觉得最有意义也是收获最大的一次实践学习。

我们学到的知识只有通过实践才可能实现它的价值，所以设计是我们将来所必需的技能。

而这次课程设计到完成论文，每一步都需要仔细考虑开始设计是可能不知道从何下手，但只要设计思路是正确的，课程设计才会有可能成功。

从一开始的理论设计，到电路图的构思，再到确定具体方案，最后到仿真软件的仿真。

整个过程都需要我们充分利用所学的知识进行验证。

可以说，本次课程设计是针对前面所学的知识进行的一次比较综合的检验。

通过本次课程设计，不仅让我们了解到数字电路技术的重要性，而且激发学习的积极性。

认识到理论与实际相结合起来，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。

只有加强了我们动手、思考和解决问题的能力，巩固和加强了课本知识才能充分发挥当代大学生的作用。

九．参考文献
[1]. 《数字电子技术基础》阎石主编；高等教育出版社.第五版。

[2].《Protel99SE原理图与PCB及仿真》清源计算机工作室编；机械工业出版社。

[3].《信息与通信工程专业英语》韩定定、赵菊敏主编；北京大学出版社。

[4].《74系列芯片手册》李海主编；重庆大学出版社。