八路数字抢答器的设计（湖南城市学院物理与电子信息工程系 0412301 413000）摘要：本文选用74LS273等芯片设计一个八路数字抢答器电路，该电路主要由抢答开关阵列电路、优先编码器、储存器、译码器、显示器、控制电路、声响电路等七部分组成。

能同时供八个代表队参加比赛，具有显示优先抢答代表队的编号，给出声响提示，并封锁其它代表队的输入，静止其他选手抢答等功能。

采用EWB仿真软件仿真，结果完全符合设计目标。

关键词：抢答器电路；锁存电路；译码驱动电路；控制电路；数码显示电路The Design of Eighth Route Digital Answering MachineTu Chao（Department of Physics and Electronic Information Engineering , Hunan City University ,041230141 413000）Abstract：This ship 74LS273 is selected to design a circuit of Eight Route Digital Answering Machine. This circuit is mainly composed of seven parts the snathing swith array circuit, the priority encoder, the memory, the decoder, the display, the control circuit and so on, the sound signal circuit, It can be simultaneously used by eight teams to attend the game. It also can display the number of the first snathers , give the sound signal and prevent other team’s input so that the others can’t anach .The result completely comforms to the design goal when using the EWB to simulink.Key words:Snatches the answering electric circuit, The lock saves the electric circuit, Decoding actuation electric circuit, Control circuit, Numerical code display circuit0．引言抢答器已成为智力竞赛中不可缺少的装置，得到广泛的应用，是一项较有价值的工程应用。

本文设计的抢答器，可同时供八个代表队参加比赛，可显示优先抢答代表队的编号，并伴有声响提示，由主持人来控制抢答开始与清零。

1．设计思想抢答器是在智力竞赛中来判定哪组优先按键的装置，是一个公正的裁判。

本文设计的抢答器主要有四个基本的功能：一是能分辨出选手按键先后，并锁存优先抢答者的编号，供译码显示电路用；二是使其他选手按键无效；三是按键后给出声响提示；四是通过发光二极管的提示可能判定抢答犯规者。

其工作原理方框图如图1所示，主要由抢答开关阵列按钮、优先编码锁存电路、储存器、译码器、显示器、控制电路和声响电路等部分组成。

图1 抢答器工作原理方框图2．各组成部分功能2.1抢答开关阵列按钮该电路由八路开关所组成，每一参赛者与一组开关相对应。

开关为常开型，当按下开关时，开关闭合，输出高电平；当松开开关时，开关自动弹出断开。

2.2优先编码锁存电路当某一开关首先按下时，该电路被触发，在输出端产生相应的开关电平信号，同时防止其它开关信号随后触发而产生紊乱，最先产生的输出电平变化又反过来将触发电路锁定。

若有多个开关同时按下时，则在它们之间存在着随机竞争的问题，结果可能是它们中的任一个产生有效输出。

2.3译码器译码器将优先编码锁存电路的输出码转换为数码管需要的逻辑状态，并且为保证数码管正常工作提供足够的工作电流。

2.4 控制电路控制电路由主持人操作,用来控制系统的清零和抢答的开始.2.5显示器数码管通常有发光二极管（LED）数码管和液晶（LCD）数码管。

本设计选用LED数码管。

2.6声响电路当有参赛者按下抢答开关时相应电路中的发光二极管亮，同时推动KD-253“叮咚”门铃芯片使扬声器发出响声。

3．电路设计及工作原理图2 抢答器的主体逻辑电路图如图2所示，抢答器的主体逻辑图主要由抢答开关阵列电路、优先编码锁存电路、编码译码显示电路和声响电路等部分组成，另外还有电源模块。

下面对每部分的电路的工作原理进行介绍。

3.1电源电路整个电路的供电电源如图3所示，220V交流电经变压、整流、滤波后，由一片78L05三端稳压器向系统提供+5V直流电压信号。

T1220V图3 电源电路3.2抢答开关阵列电路如图4该电路由开关K1~K8组成，可同时供八名选手参加比赛，他们的编号分别是1、2、3、4、5、6、7、8，各用一个抢答按钮，按钮的编号与选手的编号相对应，分别是K1、K2、K3、K4、K5、K6、K7、K8。

常态时开关接地；比赛时，按下开关，使该端为高电平。

清零解锁开关K由主持人控制。

图4 抢答开关阵列电路3.3优先编码锁存电路3.3.1 D触发器该电路选用D触发器来实现触发锁存电路的功能。

下面介绍D触发器的工作原理。

如图5所示：RdSdCP图5 D触发器置1端Sd与置0端Rd正常工作于高电平，接地分别置1（Q=1）置0（Q=0）。

当CP=0时，Q3=1 Q4=1,即Q3Q4被封锁。

输入信号无法到达由G1G2组成的基本R-S触发器，Q保持原来的状态不变，同时Q5Q6开启。

当CP上升沿到来时，门G3、G4开启，Q3、Q4由输入信号D决定。

D=0时，则Q4=0、Q3=1，Q=0；D=1时，则Q3=0、Q4=1，Q=1。

综上可得，Q输出状态与D端状态相同。

触发器在翻转后，在CP=1期间，触发器的状态不随输入信号D的变化而变化。

①当CP的上升沿对应的D信号为1时，则有Q=1, Q6=O、Q5=1、Q4=1、Q3=0。

Q3的低电平将门G4G5封锁，使Q4的高电平得以维持；该低电平同时使Q5保持高电平，进而是Q3的低电平得以保持。

这时输入信号D由高电平变为低电平时（即D=0），由于门G5G4被封锁，D信号无法进入由G1G2组成的R-S触发器，它只能引起Q6的变化，所以Q的状态不变。

②当CP的上升沿对应的D 信号为0时，则有Q=0, Q6=1、Q5=0、Q3=1、Q4=0。

Q4的低电平通过Q4Q6反馈线将G6封锁。

即当D变化时，Q6的高电平保持不变，保证了Q4=1、Q3=1进而使Q=0不变。

在后面的抢答电路的设计中将用到D触发器的这一特性。

3.3.2 抢答电路抢答电路有两个功能:一是能分辨出选手按键的先后 ,并锁存优先抢答者的编号 ,供译码显示电路用;二是要使其他选手的按键无效。

电路原理图如图6所示：图6 抢答电路图6中U1为八D触发器74LS273芯片，它具有公共的置0端和公共的CP端；U 2为一个八路或非门；U3为一个与非门。

下面介绍其工作原理：抢答开始前，开关K1-K8均置“0”裁判按下开关K使74LS273的输出全为底电平，数码显示器无显示，此时任何参赛者按下开关都改变不了其输出状态，这样排除了抢答的可能，又做到了触发器清零。

抢答开始，主持人松开K键，此时若参赛者K1首先按下开关，使该端的输入信号为高电平，触发器的U1输入端接收该信号使与之对应的输出Q为高电平，此高电平信号同时被送入到八路或非门的输入端，使其输出的低电平将与非门U 3封锁，从而使触发器的控制脉冲 CP信号由于与非门U3封锁而被拒之门外（即输出恒为高电平）如时序图7所示，表1与表2分别为抢答前后U3的真值表。

由于八路的触发器其他各端不具备CP脉冲信号而不接受其他各端送入的信号，所以该电路只接受第一个输入的信号。

即使此时其他参赛者也按下开关，由于CP脉冲被与非门封锁，触发器失去作用，使其他各端输入信号无效。

表1 抢答前表2 抢答后CPYCLK抢答前抢答后图７时序图CP Y CLK1 0 10 0 1 CP Y CLK1 1 00 1 13.4 主持人控制电路为保障抢答器的正常工作，在每局抢答前，主持人将触发器的状态清零。

本系统利用D触发器的异步复位端实现清零功能，由图6所示，该D触发器74LS273复位端为CLR，低电平有效。

因此，将触发器的异步复位端用一开关K控制，正常比赛时，CLR端工作于高电平。

用CLR=0实现复位功能。

3.5 译码显示电路该电路如图8所示由频道数显译码器CH233芯片与7段数码显示器。

CH233的所有输入端均为底电平时，集成电路输出电流大可直接驱动数码管LED。

当U1数码管并不显示为“0”而是处于全部熄灭状态。

CH233显译码电路的真值表如表3。

的真值表表3 CH233图8译码显示电路3.6声响电路该电路如图9所示由KD-253“叮咚”门铃芯片、扬声器与八个二极管组成。

KD-253“叮咚”门铃对高电平有效，当有人按下开关后，该高电平被送到KD-253“叮咚”门铃芯片的输入端，驱动扬声器发出“叮咚”响声。

八个二极管的单向导通的特性使74LS273的输入信号不受干扰;其发光特性能判定在抢答未开始前,犯规操作提前按键的参赛者.图9 声响电路4．系统调试与结果用EWB仿真软件对该八路抢答器进行调试与仿真。

接通电源，输入500Hz 的矩形波。

先按下主持人控制按钮K，将74LS273清“0”，即输出为底电平。

经CH233芯片编码译码后，提供给数码显示器，此时无显示。

用延时开关代替抢答按键，分别设置不同的延时时间，延时时间分别是K1为0.3s、K2为0.8s、K3为0.4s、K4为0.4s、K5为0.7s、K6为0.9s、K7为0.5s、K 8为1s。

显然，其中的K1的延时时间最短，即最先按键。

此时，声响电路开始工作，KD-253“叮咚”门铃芯片驱动扬声器发出“叮咚”声响；同时对应的发光二极管发光；74LS273芯片也收到K1的高电平信号，使对应的输出端为高电平，这高电平反过来将八路或非门NOR8和与非门NAND封锁，使得CLK失去矩形波，74LS273失去作用。

其输出端的高电平被CH233接收，经编码译码后，提供给数码显示器显示，此时显示的为字符“1”。

到此完成了抢答器的一次全过程的仿真，按下主持人控制按钮，清零、开始下一次的仿真。

在仿真中各电路工作稳定，实现了抢答器的功能，达到了设计要求。