八路搶答器的設計與實現

王 冉

（西安職業技術學院,710032）

八路搶答器的設計與實現

王 冉

（西安職業技術學院,710032）

本文介紹了八路搶答器電路的設計、仿真及實現的全過程，提出兩套可行的設計方案：方案一采用74ls373實現電路的鎖存，74ls148實現電路的編碼，采用74ls48及數碼管實現電路的顯示；方案二采用集鎖存、譯碼、驅動電路為一體的CD4511集成電路及數碼管實現搶答器的控制和顯示。

搶答器;編碼;譯碼;鎖存

1 研究的意義

隨著科技的進步，電子產品日新月異，對搶答器的制作精益求精，極力要求電路實現集成化、智能化、簡易化及普遍化，這對電子產品的性能提出了更高的要求。本文所設計的搶答器采用集成芯片，易于擴展，便于操作，且費用較低，具有廣闊的市場前景。

2 系統的工作原理

（1）搶答按鈕組電路：由一組按鈕組成，每一名競賽控制一個按鈕。按鈕為常開型觸點，當按下開關時，觸點閉合；當松開開關時，觸點自動復位斷開。

（2）鎖存電路：主要元器件就是鎖存器。當該鎖存器的使能端為有效電平（如低電平）時，將當前輸出鎖定，并阻止新的輸入信號通過鎖存器。

（3）鎖存控制電路：根據要求使鎖存電路處于鎖存或解鎖狀態。一輪搶答完成后，應將鎖存電路的封鎖解除，使鎖存器重新處于等待接收狀態，以便進行下一輪搶答。

（4）編碼電路：將鎖存電路輸出端產生的電平信號，編碼為相應的三位二進制數碼。

（5）譯碼顯示電路：將編碼電路輸出的二進制數碼，經顯示譯碼器，轉換為數碼管所需的邏輯電平，驅動LED數碼管顯示相應的十進制數碼。

3 電路設計

3.1 方案選取

3.1.1 方案一

圖2中當按鈕未按下時，J1～J8各端均為高電平，編碼器處于工作狀態，但“無有效信號輸入狀態”，=1，通過或門，使鎖存器使能端EN=1，處于等待接收狀態。

當按下某一按鈕時，低電平脈沖輸入鎖存器，鎖存器Q端輸出信號等于輸入信號，輸入至編碼器74LS148。編碼器對該信號進行編碼，并使=0。由于搶答器正常工作時雙控開關J5置于低電平狀態，因此，鎖存器使能端EN=0，鎖存器處于鎖存狀態，阻止新的輸入信號通過鎖存器。

一輪搶答完成后，按一下復合按鈕J5，高電平脈沖通過或門可使鎖存器使能端EN=1，電路解除鎖存，使鎖存器重新處于等待接收狀態，以便進行下一輪的搶答。

3.1.2 方案二

即本文所采用的方案，選用具有鎖存、譯碼、消隱功能的CD4511實現搶答器電路的實現，同時采用555芯片作為報警電路的控制，本方案設計思路明確、原理簡單、所用元器件量少、布線簡單、焊接可靠看，最終選用了方案二。

3.2 單元電路設計及其仿真

3.2.1 Multisim軟件簡介

Multisim是一款強大的設計工具系統，提供了一個非常大的元件數據庫，并提供原理圖輸入接口、全部的數模仿真功能、VHDL/verilog設計接口與仿真功能、FPGA/CPLD綜合、RF設計能力和后處理功能，還可以進行從原理圖到PCB工具包的無縫數據傳輸。本文主要使用的即為Multisim數模仿真功能。

3.2.2 集成芯片CD4511簡介

（1）CD4511的引腳及其基本連接

圖1 CD4511引腳圖 圖4CD4511基本連接圖5 555振蕩電路的設計

3.2.3 鎖存譯碼電路的設計

譯碼器的鎖存電路由傳輸門和反相器組成,傳輸門的導通或截止由控制端LE的電平狀態。當LE為“0”電平導通，TG2截止；當LE為“1”電平時，TG1截止，TG2導通，此時有鎖存作用。譯碼CD4511譯碼用兩級或非門擔任，為了簡化線路，先用二輸入端與非門對輸入數據B、C進行組合，得出、、、四項，然后將輸入的數據A、D一起用或非門譯碼。

3.2.4 報警及時序電路的設計

3.3 整機電路仿真結果（如圖2）

4 protel制板及焊接

4.1 原理圖（圖3）

4.2 焊接及調試

正確焊接各芯片個管腳連接必須查閱各種資料并記錄，以確保在焊接過程和調試過程中芯片不被燒壞，同時確保整個電路的正確性。在焊接完后每塊芯片都用萬用表檢測，看是否有短接等，還有焊接時要盡量使布線規范清晰明了，這樣才有利于在調試過程中檢查電路。調試階段時發現搶答器數碼管顯示選手編號不穩定。調試是發現當按下主持人開關時電路斷電，當松開后數碼管顯示始終為7，經過一個多小時對電路用萬用表逐個檢查，發現是開關觸焊接錯誤，通過改正焊接后電路能正常工作。

5 設計總結

通過本設計，明確電路板的的設計與制作過程，給今后的工作和學習打下了堅實的基礎，期間翻閱了各類資料，設計電路是關鍵，仿真環節必不可少，焊接過程更要精益求精，沒有達到預期效果更不能氣餒，更要有耐心、恒心及信心，差錯糾錯，注意細微環節，完成電路的實現。

圖2 搶答器電路Multisim仿真結果

圖3 protelDXP2004所繪制的搶答器原理圖

劉守義，鐘蘇.數字電子技術.西安：西安電子科技大學出版社，2001

Design and implementation of eight Responder

Wang Ran
(Xi'an Vocational and Technical College,710032)

The paper introduced the design,simulation and realization of the Eight-way Responder circuit，Two sets of feasible design scheme have been proposed：The first scheme，Latch circuitusing the chip of 74ls373，Encoding circuit using the chipof 74ls148，Display circuitusing the chip of 74ls48 and the Nixie tube；The secondscheme，The control circuit using the chip of CD4511，witch have the function forlatch，decoding and driving circuit；Display circuit using the Nixie tubedirectly.

the buzzer;coding;decoding;latches