基于狀態設計的八路搶答器

摘 要：本文著重從設計思路及搶答器功能的完善的角度闡述了一種采用RS觸發器作為狀態控制核心的八路搶答器的設計。

關鍵詞：狀態設計；試燈；鎖門

中圖分類號：TP368.2 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2014） 04-0000-02

搶答器是一種能在體育、文娛活動的搶答活動中能準確、客觀、公正的判斷出搶答者的儀器。它一般通過燈、數碼顯示等手段來表示出搶答者。一般的數字電路搶答器多注重節約元器件，本人則注重功能的完善性。完成以下3個功能：能進行八個人搶答；能夠顯示搶答選手的編號，并發出提示音；能夠在選手違規提前搶答時，顯示違規選手編號，并發出與2不同的提示音。現將詳細設計展示如下，與同行共享，有不妥之處請批評指教。

一、電路的基本工作原理

（一）狀態分析

根據題目要求，我們的設計應該有4種狀態

分別是準備、搶答開始、違規搶答、正確搶答。下面對這四種情況進行分析：（1）準備是為了搶答的需要，在這種狀態搶答會形成違規搶答。根據制作要求分析，這個時候應該不顯示任何選手的編號，同時不發出聲音。（2）搶答開始是為正確搶答做準備，在這種狀態搶答能正確搶答。根據制作要求分析，這個時候也應該不顯示任何選手的編號，同時不發出聲音。為了和上一種狀態區別，可以增加一標識性的顯示，例如增加一個數碼管，在這種情況下發光。（3）違規搶答是為了杜絕選手一直將手放在搶答器上，只要一開始就會自動形成搶答。根據制作要求分析，這個時候應該顯示選手編號，并發出聲音。（4）正確搶答是搶答正確完成的標識。根據制作要求分析，這個時候應該顯示選手的編號，并發出與違規搶答不同的聲音。

（二）電路功能模塊分析

二、狀態控制模塊設計

（一）設計思路

（二）狀態選擇

當狀態數確定后，將進行狀態的選擇，也就是用一組二進制數來表示該狀態，并對該狀態具體使用哪個二進制數進行確定，進行狀態選擇的目的是為了使設計簡化。在我們這個項目里面，因為是4個狀態，所以用兩位二進制表示就可以了。因為需要的二進制位數越少，所使用的狀態控制器件就越少，就越節約元器件資源。

（三）元件選擇

根據這個思路，我們可以選用RS觸發器、JK觸發器、D觸發器、移位寄存器等來完成。從簡單的原則，我們盡量不選用需要時鐘脈沖推動的，因此選用RS觸發器、有RS異步置復位端的JK觸發器或D觸發器來完成。

三、搶答控制模塊設計

（一）設計思路

根據制作要求和前面的分析，搶答控制模塊應該具備：能夠判斷是否有人搶答，并將搶答選手用二進制代碼表示的功能。因此該模塊應該具備三個功能：（1）選手完成搶答動作。這就需要讓選手能夠通過簡單操作進行觸發，能自動復位，并且觸發和復位時是兩種不同的電平。（2）能夠在有人搶答時，發出識別信號。這個功能主要保證在有人搶答時，能迅速的進行狀態切換，從而使第一個搶答出現之后，其它的搶答無效。因為我們的狀態轉換后就不再具有搶答的功能。（3）能夠完成編碼功能。編碼的目的是將搶答信號進行編制、轉換為可以用于通訊、傳輸和存儲的信號形式。具體的說就是將搶答者的位號，編制成二進制代碼，便于我們的數字電路使用。從而可以傳輸，鎖存，顯示。

（二）元件選擇

根據設計思路，能夠讓選手完成搶答動作的元件我們通常選擇輕觸開關，并配合電阻進行電平的轉換；能夠完成編碼功能的元件我們可以選擇編碼器，根據制作的要求，我們可以選擇8-3優先編碼器；能夠在有人搶答時，發出識別信號的元件，我們可以用門電路進行處理，也可以在選擇8-3優先編碼器時，選擇帶有該功能的元件。通常為了節約和可靠性，我們選擇帶有編碼和不編碼有識別輸出端的編碼器。

四、鎖存模塊設計

（一）設計思路

鎖存器模塊的功能是為了鎖存由搶答器模塊傳輸過來的二進制編碼，以便在狀態變化后能夠保存搶答者的信息，用于顯示。因此，該電路工作過程應該為，在準備和搶答開始狀態時能傳輸數據，在錯誤搶答以及正確搶答時，能鎖存數據。

（二）元件選擇

根據設計思路，我們可選用，具有鎖存功能端的鎖存器或D觸發器。而不選用由時鐘觸發的鎖存器或D觸發器。

五、顯示模塊設計

（一）設計思路

根據制作要求，顯示電路要能用十進制數顯示選手的編號，并能在準備與搶答開始狀態時不顯示任何數字。對于將二進制編碼變成10進制顯示，通常我們選用顯示譯碼器和數碼管的配合就可以完成；對于在準備與搶答開始狀態時不顯示任何數字，我們要考慮所選用的顯示譯碼電路具有消隱功能。

同時要注意的是，因為我們的選手的編號通常是1到8，而如果搶答控制模塊里選用的是8-3編碼器的話，它的編碼輸出只能表示0到7，那么這種情況下，需要對輸出信號進行處理，要么選擇用加法器加1，要么選擇將0變成8。將0變成8需要利用顯示譯碼器固有的試燈端。要特別提醒的是，因為在準備和搶答開始狀態時，鎖存器未鎖存，而編碼器輸出在不編碼時和I0端有效時一樣，這樣就會出現試燈和消隱端同時有效的情況。在選擇顯示譯碼器時，就需要選擇消隱比試燈優先的顯示譯碼器，或者利用8-3優先編碼器的識別信號進行一定的組合，使試燈端在準備和搶答開始狀態處于無效。當然這個信號也要進行鎖存，否則會在搶答選手搶答完，手離開輕觸按鈕后產生錯誤信號。

（二）元件選擇

數碼管可選用共陰數碼管；顯示譯碼器需要與數碼管相配合，同時具有試燈與消隱功能；可選用加法器，也可選用3輸入與門來完成將0到7變為1到8的功能。

六、發聲模塊

（一）設計思路

因為要發出兩種聲音，所以應該有兩組頻率不同

的多諧振蕩電路，并可按照不同狀態輸出不同聲

音，或不輸出聲音。

（二）元件選擇

七、參考電路

部分完成設計功能的參考電路如圖4在該電路中，用4069和電阻、電容構成兩個頻率不同的多諧振蕩電路，用與非門4001和3輸入與門4075完成多路選擇，用JK觸發器4027完成狀態控制，用4532完成搶答檢測和編碼，用4508完成鎖存，用4511完成顯示譯碼，用3輸入與門4075完成將顯示0轉換為顯示8。特別指出的是，4027實際上只用了RS端，相當于一個RS觸發器。

參考文獻：

[1]江曉安.數字電子技術[M].西安：西安電子科技大學出版社，2008.

[作者簡介]鞠雨霏，男，講師，貴州航天職業技術學院電子工程系。