六路搶答計時器設計方案比較

羅莉 楊瀟 鄧浩藍 冷鑫

摘? 要：搶答器在生活中應用廣泛，基于數字技術的多路搶答器結合了傳統的數字電路基礎技術和模塊化設計的思路，它設計簡單且實用，在知識競賽、文體娛樂活動（搶答賽活動）中，能準確、公正、直觀地判斷出搶答者的座位號，更好的促進各個團體的競爭意識。本次課程設計用簡單的數字邏輯電路來實現一個六路搶答計時器，即采用六個按鈕搶答和共陰極數碼管顯示。其設計思路為整個電路主要分為五個模塊，即電源模塊，優先編碼模塊，譯碼顯示模塊，倒計時模塊，控制模塊，另外還附有簡單的報警電路來共同完成六路搶答器的設計。實現倒計時和搶答鎖存功能。

關鍵詞：555定時器;優先編碼器;譯碼器;鎖存器;方案比較

一、介紹

常用電子系統設計通常包括：選擇總體方案框圖、單元電路功能模塊的設計與選擇、電子元器件的選擇、單元電路之間的連接、對電子系統進行電路搭試、對方案及單元電路參數進行修改、繪制總體電路，最后寫出設計報告這幾個部分。在《模擬電子技術基礎》與《數字電子技術基礎》課程中，通常只介紹單元路的設計、以及集成芯片的特性、功能等，而一個實用的電子電路系統通常是由多個單元電路組成的。因此，進行電子系統設計時，既要考慮系統總體電路的設計，還要考慮系統各部分電路的選擇、設計及它們之間的相互連接。

搶答器在我們的日常生活中應用十分廣泛，基于數字技術的多路搶答器結合了傳統的數字電路基礎技術和模塊化設計的思路，它設計簡單且方便，能在一些競賽活動、文體娛樂活動等中發揮作用，應用廣泛，在一定程度上也提高了公平、公正性。此多路搶答器的設計可以進一步增加我們對搶答器工作的了解，感受搶答器給我們生活帶來的方便。

首先我們小組對多路搶答器系統的初步功能模塊以及框架進行設計，并對一些仿真軟件和硬件系統方案進行了選擇。在此基礎上，又進一步詳細介紹了該控制系統的硬件組成、軟件仿真結果、控制方法。

在軟件仿真部分中，本文重點講述了使用Multisim對數字電路進行仿真及仿真結果。在硬件設計中，電路設計的主電路包括電源電路，控制電路，優先編碼電路，譯碼顯示電路以及倒計時電路。最后，本文就多路搶答器系統的特點，進行了歸納與總結。

本設計要求為采用六個搶答器進行搶答優先輸出功能。根據要求可知要實現本系統，需要設計時譯碼鎖存顯示循環控制搶答的輸出顯示。此設計中還自行設計了電源部分。首先電源部分的電流將220V交流電通過電感降壓，整流橋整流，電容濾波，最后穩壓到5V直流電，為電路提供所需的直流電源。設計要求搶答開始時有10秒倒計時的限制，因此計時部分采用74LS190D的減計數器進行計時。由于還需要在倒計時結束或者電源部分斷開時進行報警，所以設置一個脈沖產生電路，提供單次秒脈沖進行倒計時和報警。報警部分利用蜂鳴器進行報警。優先編碼電路通過優先編碼器對第一個搶答者的編號進行編碼，還有一個鎖存器，在編碼了優先搶答者的編號之后進行鎖存，使得其他搶答者的搶答無效，最后通過數碼管顯示出優先搶答者的編號，在此基礎上所有模塊通過一個總開關由主持人進行控制，并通過邏輯門控制顯示器的消隱與譯碼器的工作等來更準確地實現該搶答器的功能。

二、總體方案設計

根據設計要求，先設計好各個模塊的電路，分別調試是否達到對應的功能，然后將各個模塊連接起來構成設計的總電路，再進行總電路的調試。總體流程圖如下：

（一）方案比較

1、方案一

根據設計要求，使用數字電子基礎和模擬電子技術，來完成設計流程如圖2-1所示：

（1）電源使用：穩壓電路。

（2）優先編碼：使用74LS148D芯片。

（3）倒計時：74LS190D可預置數BCD十進制同步可逆計數器。

（4）譯碼顯示：74LS290D，74LS48D芯片。

2、方案二

根據設計要求，我們還可以使用程序匯編技術來實現其功能：

而該課題的設計側重于搶答器于PC機的信息交換，以AT89C51單片機為搶答器核心，使用HD727A芯片同時完成按鍵檢測和LED顯示，檢測搶答情況。PC機負責搶答題目的存儲和顯示，兩者以串行通信相互聯系。該設計方案為：該搶答器系統總體由上位機和下位機組成。上位機顯示搶答問題后，通過串口與下位機通信，此時搶答者也開始使用搶答按鍵進行搶答，下位機根據按鍵檢測電路獲取最先搶答者信息，顯示于數碼管同時也將信息通過串口回送至上位機并顯示。

（二）方案論證

方案一的優點是采用數字邏輯電路構成，使用555定時器、可預置數BCD十進制同步可逆計數器74LS190D和3線-8線譯碼器，優先編碼器，電路簡潔明了，調試簡單，成本低。缺點是實現功能較單一，功能不易擴充;方案二的優點是利用匯編知識結合單片機更簡單的實現了控制，可以實現功能更加復雜的搶答器，并且實現的功能更加豐富，缺點是程序匯編較復雜。本次設計要求基于數字電子基礎，對比兩個方案，方案一滿足要求并且線路簡單，成本低，因此最終決定采用方案一。