抢答器是竞赛问答中的一种常用的必备装置，从原理上讲，它也是一种典型的数字电路，包括了组合逻辑电路和时序逻辑电路。

一、设计目的
1. 掌握抢答器的设计方法。

2. 熟悉锁存器的应用。

3. 了解学习触摸开关和发声元件。

二、设计指标
(1) 可供四组抢答，有人抢答时，蜂鸣器发声，同时优先抢答者对应的指示灯亮，而后抢答者对应的指示灯不亮。

(2) 主持人具有将抢答器复原的功能。

(3) 抢答者和主持人的按钮开关采用触摸按钮，蜂鸣器用压电陶瓷蜂鸣器作发声元件。

三、设计提示及参考电路
1．抢答器的基本工作原理
智力竞赛抢答器是用来判断哪一个预定状态首先发生的电路，图10-1所示是抢答器的原理框图，主要由开关阵列电路、触发锁存电路、显示电路几部分构成。

开关阵列电路触发
锁存
电路
显示
电路
图10-1 抢答器组成框图
开关阵列电路是由多路开关组成，竞赛者与开关相对应。

触发锁存电路是当某一开关首先按下时，触发锁存电路被触发，在输出端产生相应的开关电平信息，同时为防止其它开关随后触发而产生紊乱。

显示电路即按钮开关按下时对应的指示灯亮。

图10-2是用CMOS四D锁存器和门电路组成的四组抢答器。

抢答开始前，抢答者的四个按钮S0~S3路均末按下，锁存器CC4042的输入端D0~D3都为0，主持人通过复位按钮S0使时钟端CL为l，因此锁存器清零，四个发光二极管均不亮：同时G1门输出为0，蜂鸣器不发声。

图10-2 四路抢答器原理图
当有人抢答时，例如按钮S1被按下，锁存器的D1输入端为1，对应的输出端Ql由0变为1，经CC4049反相后驱动对应的发光二极管发光；同时Q1’由1变为0，使G1门输出为1，蜂鸣器因此而发声，表示S1对应的选手优先抢答成功。

G1门输出的高电平经过G2门后使CC4042的时钟端CL由1变0（此时主持人的按钮S4已经断开），从而使其由接收状态转为锁存状态，禁止后抢答者的信号存入锁存器，因此即使其他选手再按下所对应的按钮也不起作用。

2.触摸按钮
图10-3是两种自制的触摸按钮的原理图。

触摸开关是两块距离约为1mm彼
此绝缘的小导体（如铜片），也可用两根距离约为1mm的裸导线组成。

图（a）示所示电路，原始状态时非门G输出为高电平，当有人用手指触及两个铜片时，相当于两块铜片间串接一个等效电阻，使非门输出变为低电平；图（b）所示电路，原始状态时非门G输出为低电平，当人用手指触及两块铜片时，非门输出变为高电平。

10-3 触摸按钮
（a）原始状态高电平；(b)原始状态低电平
3.单音频音响电路
图10-4是用压电陶瓷蜂鸣器作发声元件的单音频音响电路。

压电陶瓷蜂鸣器再适当信号驱动下能够发声，两个CMOS门电路与R1、R2和C组成振荡器，当控制端电压u A为高电平时，振荡器产生振荡，输出的高频信号驱动蜂鸣器发声；u A为低电平时，振荡器停振，蜂鸣器不发声。

10-4 单音频音响电路
四、课程设计器件
CC4042、74LS04、74LS20 、触摸按钮、发声元件、发光二极管及导线等。

五、课程设计实物图
六、智力抢答器的应用
关于这次设计的用于多人竞赛抢答的器件，在现实生活中很常见，尤其是在随着各种智益电视节目的不断发展，越来越多的竞赛抢答器被用在了其中，这种抢答器的好处是不仅能够锻炼参赛选手的反应能力，而且能增加节目现场的紧张、活跃气氛，让观众看得更有情趣。

可见抢答器在现实生活中确实很实用，运用前景非常广泛。

在知识竞赛中，特别是做抢答题时，在抢答过程中，为了知道哪一组或哪一位选手先答题，必须要有一个系统来完成这个任务。

如果在抢答中，只靠人的视觉是很难判断出哪组先答题。

这次设计就是用几个触发器以及三极管巧妙的设计抢答器，使以上问题得以解决，即使两组的抢答时间相差几微秒，也可分辨出哪组优先答题。

抢答器在各种知识、智力竞赛中有很大的用处，他能准确、公正、直观地判断出第一抢答者，并通过抢答器的指示灯显示和警示蜂鸣等手段指示出第一抢答
者。

如今在很多的综艺节目中，更多的采用大屏幕显示抢答者，渲染出更加激烈
的比赛气氛，而且配合演播厅的整体效果，就要求抢答器也能提供多种接口，并抛弃传统的长长的蜘蛛网似的开关引线。

现在广泛应用一种基于EDA技术的实用无线抢答器系统的设计方案，他采用超大规模逻辑器件CPLD来处理抢答器的逻辑，通过上位微机来完成声音和动画等效果。

该系统的优点在于:反应快、安装简单、覆盖范围广、可扩展性强、使用效果更美观等。

七、设计总结
数电课程设计是培养学生综合运用所学知识,发现,提出,分析和解决实际问题,锻炼实践能力的重要环节,是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程.回顾起此次课程设计，至今我仍感慨颇多，的确，从选题到定稿，从理论到实践，在短短的一个星期的日子里，可以说得是苦多于甜，但是可以学到很多很多的的东西，同时不仅可以巩固了以前所学过的知识，而且学到了很多在书本上所没有学到过的知识。

通过这次数电课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。

在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，这毕竟第一次做数电课程设计，难免会遇到过各种各样的问题，同时在设计的过程中发现了自己的不足之处，对以前所学过的知识理解得不够深刻，掌握得不够牢固。

这次数电课程设计终于顺利完成了，在设计中遇到了很多问题，最后在蒲老师的辛勤指导下，终于游逆而解。

同时，在王老师的身上我学得到很多实用的知识。

总体来说,这次实习我受益匪浅.在摸索该如何设计程序使之实现所需功能的过程中,特别有趣,培养了我的设计思维,增加了实际操作能力.在让我体会到了设计的艰辛的同时,更让我体会到成功的喜悦和快乐. 这次数电课程设计,虽然短暂但是让我得到多方面的提高：1、提高了我们的逻辑思维能力，使我们在逻辑电路的分析与设计上有了很大的进步。

加深了我们对组合逻辑电路与时序逻辑电路的认识，进一步增进了对一些常见逻辑器件的了解。

另外，我们还更加充分的认识到，数字电路这门课程在科学发展中的至关重要性2，查阅参考书的独立思考的能力以及培养非常重要，我们在设计电路时，遇到很多不理解的东西，有的
我们通过查阅参考书弄明白，有的通过网络查到，但由于时间和资料有限我们更多的还是独立思考。

3，相互讨论共同研究也是很重要的，经常出现一些问题，比如电路设计中的分频器的设计，开始并不理解分频器的原理，但是和其他的专业同学讨论后，理解了分频器的基本原理后，很快的设计了电路原理图。