競(jìng)賽搶答器的設(shè)計(jì)

張江亞 王靜 李煥娜

摘要：搶答器作為一種體現(xiàn)比賽公平度的工具，現(xiàn)在越來(lái)越廣泛地應(yīng)用在各種知識(shí)競(jìng)賽和文化比賽之中。本設(shè)計(jì)中的數(shù)字搶答器主要由主體電路還有電路外的擴(kuò)展電路兩部分來(lái)組成。優(yōu)先編碼的數(shù)字電路、鎖存器還有譯碼電路可以將每支參賽隊(duì)的輸入系統(tǒng)所輸入的信號(hào)在數(shù)字搶答器的顯示屏幕上顯示出來(lái);然后數(shù)字搶答器可以再利用自己設(shè)置的控制電路和比賽現(xiàn)場(chǎng)的主持人按下開關(guān)按鍵來(lái)啟動(dòng)報(bào)警電路。然后再通過定時(shí)電路和數(shù)字搶答器內(nèi)部的譯碼電路將它收到的秒脈沖產(chǎn)生的脈沖在數(shù)字搶答器的顯示屏幕上面輸出來(lái)。

關(guān)鍵詞：搶答電路;邏輯電路;定時(shí)電路;報(bào)警裝置;時(shí)序控制

1 搶答器背景的概述

1.1所選課題研究的背景與現(xiàn)狀

專業(yè)知識(shí)競(jìng)賽一般形式也就是有幾個(gè)或者是幾組參賽人員，在比賽中主持人來(lái)提出各式各樣的早已經(jīng)出好的考題讓參加比賽的選手來(lái)回答，原來(lái)的那些比賽我們都習(xí)慣的選用舉牌子或者舉手的方式然后主持人憑借自己肉眼的感知來(lái)決定讓誰(shuí)來(lái)回答，這樣很容易因?yàn)槿说娜庋鄄粶?zhǔn)確性使比賽的結(jié)果不夠公平。數(shù)字搶答器越來(lái)越受到人們的關(guān)注，因?yàn)樗梢栽诒荣愔懈涌旄訙?zhǔn)確的選出是哪個(gè)選手第一個(gè)搶到的。現(xiàn)在的搶答器一般都是利用單片機(jī)技術(shù)或者是通過數(shù)字電路來(lái)實(shí)現(xiàn)的，不但準(zhǔn)確性很大的提高了同時(shí)也增加了特別多新的功能使比賽現(xiàn)場(chǎng)的氣氛有了很大的提高。

1.2研究?jī)?nèi)容

本設(shè)計(jì)主要運(yùn)用了數(shù)字模塊化的設(shè)計(jì)理論，參賽的選手每個(gè)人面前都有一個(gè)自己的搶答器在后臺(tái)操作人員或者比賽主持人面前會(huì)有復(fù)位鍵還有開始鍵，可以使上次的結(jié)果清零還有決定搶答比賽的開始，搶答的時(shí)間和選手的回答時(shí)間都可以通過操作人員來(lái)改變，這樣就提高了搶答器的使用范圍。在不同的比賽環(huán)節(jié)操作人員也可以通過對(duì)系統(tǒng)的改變來(lái)修改時(shí)間的設(shè)置使不同類型的題目都可以有自己答題的不同時(shí)間。當(dāng)主持人宣布比賽開始并且按下開始鍵時(shí)各個(gè)小組的參賽人員才可以按搶答按鈕，如果有人在主持人按下開始鍵之前搶按按鈕則視為犯規(guī)就會(huì)喪失這次題目的搶答資格，還有我所增加的就是語(yǔ)音提示功能，在選手回答問題的時(shí)候時(shí)間快到的三秒時(shí)系統(tǒng)會(huì)有語(yǔ)音提示來(lái)提醒選手注意回答時(shí)間。

2 搶答器系統(tǒng)功能概述

本設(shè)計(jì)中的搶答器可以最多有八個(gè)參賽者或者參賽隊(duì)來(lái)參加。這就需要設(shè)置八個(gè)按鈕，可以實(shí)現(xiàn)各個(gè)參賽者的搶答功能。設(shè)計(jì)一個(gè)后臺(tái)操作人員或者主持人可以來(lái)清零還有控制選手開始搶答的按鍵開關(guān)s，可以控制整個(gè)搶答過程的開始與結(jié)束。當(dāng)一個(gè)選手在最快的時(shí)間搶到按鈕時(shí)，系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)關(guān)上別的選手的搶答功能，并且記住搶到的選手的編號(hào)，還要有顯示功能可以把搶到回答權(quán)的選手的編號(hào)直接顯示在大屏幕上，一輪搶答完，操作人員可以清零，系統(tǒng)就會(huì)回到最初的位置。當(dāng)一道題從主持人讀完后的十秒或者十五秒以后假如沒有選手回答就會(huì)視為無(wú)效的題，與此同時(shí)大屏幕上也會(huì)顯示本次題目所剩的搶答時(shí)間。參賽選手擁有的回答時(shí)間也有時(shí)間的限制，假如在搶到題目之后的三十秒之內(nèi)必須要回答，快到時(shí)間時(shí)會(huì)有聲音提示，假如規(guī)定時(shí)間之內(nèi)沒有回答完畢就會(huì)視為無(wú)效的搶答。

3 搶答器電路的設(shè)計(jì)

3.1搶答器總體結(jié)構(gòu)

當(dāng)電路接通了但是還沒有按下開始鍵時(shí)，顯示屏上會(huì)通過按下檢測(cè)按鈕來(lái)使其顯示數(shù)字7，當(dāng)主持人讀題時(shí)工作人員可以通過檢測(cè)開關(guān)把整個(gè)系統(tǒng)處在搶答狀態(tài)下，使選手可以搶答，LED顯示屏就是自動(dòng)熄滅不會(huì)有任何顯示，當(dāng)主持人按下開始鍵時(shí)，優(yōu)先編譯器會(huì)通過辨別輸入的信號(hào)來(lái)鎖存住輸入的信號(hào)，并且禁止其他信號(hào)再次輸入，然后再通過譯碼顯示器來(lái)將系統(tǒng)自己鎖存住得數(shù)字顯示在顯示屏上，顯示器也會(huì)一直可以顯示搶到的選手的編號(hào)，一直到主持人再次按下清零鍵之后，LED顯示屏便會(huì)回到什么也不顯示的狀態(tài)。便可以開始下一輪的搶答。

3.2優(yōu)先判斷和編號(hào)鎖存電路

設(shè)計(jì)的搶答器使用的是優(yōu)先編碼器 74LS148和鎖存器 74LS279，優(yōu)先判斷與鎖存器電路可以更準(zhǔn)確地分辨出是哪一位選手最先按下?lián)尨疰I，并且根據(jù)自己輸入的信號(hào)篩選出最先按按鈕的那名選手來(lái)，鎖存器 74LS279的功能則是當(dāng)有選手搶到回答權(quán)的時(shí)候，系統(tǒng)便會(huì)自動(dòng)鎖存搶到的選手的編號(hào)不讓別的選手再次按下?lián)尨疰I，并且可以把自己所存的編號(hào)準(zhǔn)確的顯示在大屏幕上。當(dāng)系統(tǒng)的總控按鈕被按下時(shí)，s0到s7全為斷開的狀態(tài)，74LS148的輸入都為0，當(dāng)有一個(gè)選手搶到時(shí)，所對(duì)應(yīng)的按鈕將會(huì)把74LS148接通，使其顯示為1，74LS148可以最準(zhǔn)確的知道最先按下按鈕的接口，與此同時(shí)鎖存器 74LS279 會(huì)接通，鎖存住此線路的信號(hào)，同時(shí)假如此時(shí)有別的信號(hào)傳入將無(wú)法感應(yīng)到，確保了系統(tǒng)的準(zhǔn)確性。

4 電路設(shè)計(jì)

4.1優(yōu)先編碼電路

優(yōu)先編碼器74LS148的工作流程：當(dāng)將開關(guān)s置于清除時(shí)，優(yōu)先編碼器74LS148中的所有輸入都為零，既沒有信號(hào)輸入，所以輸出也為零，但是此時(shí)線路是接通的，當(dāng)主持人或者操作人員把開關(guān)扳向開始的時(shí)候。搶答可以開始，當(dāng)選手按下自己面前的S0到S7的任意一個(gè)按鈕時(shí)優(yōu)先編碼器74LS148便會(huì)被接通，優(yōu)先編碼器74LS148把第一個(gè)信號(hào)傳遞給鎖存器74LS279，鎖存器進(jìn)行RS鎖存，不再讓其他的信號(hào)進(jìn)入，并且記住現(xiàn)在的編號(hào)，再經(jīng)過74LS148把鎖存住的編號(hào)出現(xiàn)在大屏幕上，并且會(huì)有信息提示，就完成了一次的搶答，當(dāng)主持人再次扳向清除鍵時(shí)系統(tǒng)會(huì)恢復(fù)成原來(lái)的狀態(tài)。等待著進(jìn)行下一輪的搶答比賽。

4.2定時(shí)電路

因?yàn)楝F(xiàn)在每個(gè)搶答比賽不可能只有一個(gè)比賽環(huán)節(jié)，所以比賽中留給參賽者的回答時(shí)間就會(huì)根據(jù)環(huán)節(jié)的不同而設(shè)置不同的搶答時(shí)間，選用555計(jì)時(shí)器。這類計(jì)時(shí)器的優(yōu)點(diǎn)很多，例如成本很低，很容易買到，組成也非常簡(jiǎn)單。設(shè)計(jì)選用的是74LS192來(lái)做系統(tǒng)的計(jì)時(shí)系統(tǒng)，當(dāng)所設(shè)定的時(shí)間需要調(diào)節(jié)時(shí)，只需要操作人員根據(jù)所需要的時(shí)間對(duì)現(xiàn)有的時(shí)間進(jìn)行加一或者減一操作就可以了。

4.3顯示譯碼器

顯示器利用顯示譯碼器74LS48把鎖存器74LS279中鎖存的信號(hào)來(lái)進(jìn)行編譯，把編譯的結(jié)果經(jīng)過數(shù)碼管來(lái)完成顯示的功能，當(dāng)開關(guān)置于GND時(shí)，系統(tǒng)中還沒有其他的信號(hào)輸入，可以用來(lái)檢測(cè)線路是否是好的，此時(shí)假如顯示屏上出現(xiàn)7，便可以進(jìn)行下邊的競(jìng)賽。

4.4搶答器的優(yōu)點(diǎn)

本設(shè)計(jì)中的搶答器與現(xiàn)在市面上所賣的搶答器相比主要有如下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)，造價(jià)很低，不會(huì)造成不必要的浪費(fèi)使中小型企業(yè)和學(xué)校都可以接受，可靠性很高，同時(shí)還具備了許多新的功能，比如說語(yǔ)音提示和大屏幕顯示的功能，可以更好地調(diào)節(jié)現(xiàn)場(chǎng)的氣氛。我使用的是邏輯電路完成的設(shè)計(jì)，邏輯電路是很簡(jiǎn)單的。這款搶答器主要由主體電路和外擴(kuò)電路組成，整個(gè)電路具有搶答。定時(shí)，警報(bào)提示，還有顯示計(jì)分的功能。

總結(jié)

這次的對(duì)搶答器的設(shè)計(jì)主要運(yùn)用到的是集成芯片，74型號(hào)的集成芯片在市場(chǎng)上很容易買到并且操作比較方便，布線設(shè)計(jì)也比較簡(jiǎn)單，和別的搶答器相比實(shí)用性更強(qiáng)了，可靠性也很強(qiáng)，不會(huì)因?yàn)橥饨绲母蓴_而使得比賽無(wú)法進(jìn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1] ?趙保經(jīng)等.中國(guó)集成電路大全TTL集成電路分冊(cè)[M].北京：國(guó)防出社.1985.429-450.649-651.639-640.

[2] ?黃志偉. 全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽訓(xùn)練教程 [M].電子工業(yè)出版社.2005.11-14.

[3] ?王松武，于鑫.武思君.電子創(chuàng)新設(shè)計(jì)與實(shí)踐[M]. 國(guó)防工業(yè)出版社.2005.112-114.

（作者單位：河北科技學(xué)院）