0 引 言

　　數(shù)字技術(shù)是當(dāng)前發(fā)展最快的學(xué)科之一，數(shù)字邏輯器件已從20世紀(jì)60年代的小規(guī)模集成電路(SSI" title="SSI">SSI)發(fā)展到目前的中、大規(guī)模集成電路(MSI,，LSI)及超大規(guī)模集成電(VLSI)。相應(yīng)地,，數(shù)字邏輯電路的設(shè)計(jì)方法在不斷的演變和發(fā)展,，由原來單一的硬件邏輯設(shè)計(jì)發(fā)展成三個(gè)分支，即硬件邏輯設(shè)計(jì)(中,、小規(guī)模集成器件),、軟件邏輯設(shè)計(jì)(軟件組裝的LSI和VSI，如微處理器,、單片機(jī)等)及兼有二者優(yōu)點(diǎn)的專用集成電路(ASIC)設(shè)計(jì),。目前數(shù)字電子技術(shù)已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制,、電子測(cè)量?jī)x表,、電視、雷達(dá),、通信等各個(gè)領(lǐng)域,。例如在現(xiàn)代測(cè)量技術(shù)中,，數(shù)字測(cè)量?jī)x表不僅比模擬測(cè)量?jī)x表精度高,，功能高，而且容易實(shí)現(xiàn)測(cè)量的自動(dòng)化和智能化,。隨著集成技術(shù)的發(fā)展,，尤其是中，大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路的發(fā)展,，數(shù)字電子技術(shù)的應(yīng)用范圍將會(huì)更廣泛地滲透到國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)部門,，并將產(chǎn)生越來越深刻的影響。

　　搶答器主要用于選手做搶答題時(shí),，選手進(jìn)行搶答,，搶到題的選手來回答問題。搶答器不僅考驗(yàn)選手的反應(yīng)速度同時(shí)也要求選手具備足夠的知識(shí)面和一定的勇氣,。選手們都站在同一個(gè)起跑線上,，體現(xiàn)了公平公正的原則。

　　l 原理分析

　　(1)搶答器同時(shí)供八名選手或八個(gè)代表隊(duì)比賽,，分別用八個(gè)按鈕S0～S7表示,。

　　(2)設(shè)置一個(gè)系統(tǒng)清除和搶答控制開關(guān)S，該開關(guān)由主持人控制,。

　　(3)搶答器具有鎖存與顯示功能,。即選手按動(dòng)按鈕，鎖存相應(yīng)的編號(hào),，并在優(yōu)先搶答選手的編號(hào)一直保持到主持人將系統(tǒng)清除為止,。

　　(4)搶答器具有定時(shí)搶答功能,，且一次搶答的時(shí)間由主持人設(shè)定(如30 s)。當(dāng)主持人啟動(dòng)“開始”鍵后,，定時(shí)器進(jìn)行減計(jì)時(shí),，同時(shí)揚(yáng)聲器發(fā)出短暫的聲響，聲響持續(xù)的時(shí)間0．5 s左右,。

　　(5)參賽選手在設(shè)定的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行搶答,，搶答有效，定時(shí)器停止工作,，顯示器上顯示選手的編號(hào)和搶答的時(shí)間,，并保持到主持人將系統(tǒng)清除為止。

　　(6)如果定時(shí)時(shí)間已到,，無人搶答,，該次搶答無效，系統(tǒng)報(bào)警并禁止搶答,，定時(shí)顯示器上顯示00,。

　　2 設(shè)計(jì)原理與參考電路

　　(1) 圖1為數(shù)字搶答器為總體方框圖。其工作原理為：接通電源后,，主持人將開關(guān)撥到“清除”狀態(tài),，搶答器處于禁止?fàn)顟B(tài)，編號(hào)顯示器滅燈,，定時(shí)器顯示設(shè)定時(shí)間,；主持人將開關(guān)置“開始”狀態(tài)，宣布開始搶答器工作,。定時(shí)器倒計(jì)時(shí),，揚(yáng)聲器給出聲響提示。選手在定時(shí)時(shí)間內(nèi)搶答時(shí),，搶答器完成：優(yōu)先判斷,、編號(hào)鎖存、編號(hào)顯示,、揚(yáng)聲器提示,。當(dāng)一輪搶答之后，定時(shí)器停止,、禁止二次搶答,、定時(shí)器顯示剩余時(shí)間。如果再次搶答必須由主持人再次操作“清除”和“開始”狀態(tài)開關(guān),。

　　(2)參考電路如圖2所示,。電路包括編碼器74LS148，以及S0～S7八位二進(jìn)制BCD碼編碼開關(guān)，4個(gè)74LS279的RS觸發(fā)器作存儲(chǔ)電路和 74LS48" title="74LS48">74LS48譯碼器及顯示電路,。該電路完成兩個(gè)功能：一是分辨出選手按鍵的先后,，并鎖存優(yōu)先搶答者的編號(hào)，同時(shí)譯碼顯示電路顯示編號(hào),；二是禁止其他選手按鍵操作無效,。工作過程為：開關(guān)S置于“清除”端時(shí)，RS觸發(fā)器的清零端均為0,，4個(gè)觸發(fā)器輸出置0,，使74LS148之處于工作狀態(tài)。當(dāng)開關(guān)S置于“開始 ”時(shí),，搶答器處于等待工作狀態(tài),，當(dāng)有選手將鍵按下時(shí)(如按下S5)，74LS148的輸出經(jīng)RS鎖存后,，Q1=1,，74LS48處于工作狀態(tài)，Q4Q3 Q2=101,，經(jīng)譯碼顯示為“5”,。此外，Q1=1,，使74LS148=1,，處于禁止?fàn)顟B(tài)，封鎖其他按鍵的輸入,。當(dāng)按鍵松開即按下時(shí),，74LS148由于仍為Q1=1，使Q1=1,，所以74LS148仍處于禁止?fàn)顟B(tài)，確保不會(huì)出兩次按鍵時(shí)輸入信號(hào),，保證了搶答者的優(yōu)先性,。如有再次搶答需由主持人將S開關(guān)重新置“清除”然后再進(jìn)行下一輪搶答。

　　由節(jié)目主持人根據(jù)搶答題的難易程度,，設(shè)定一次搶答的時(shí)間,，通過預(yù)置時(shí)間電路對(duì)計(jì)數(shù)器進(jìn)行預(yù)置，計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘脈沖由秒脈沖電路提供,?？深A(yù)置時(shí)間的電路選用十進(jìn)制同步加減計(jì)數(shù)器74LS192進(jìn)行設(shè)計(jì)，具體電路如圖3所示(電路包括555定時(shí)器" title="555定時(shí)器">555定時(shí)器,，兩塊74LS192存儲(chǔ)器,，兩塊74LS48顯示譯碼器)。

　　(3)報(bào)警電路。由555定時(shí)器和三極管構(gòu)成的報(bào)警電路(包括555定時(shí)器構(gòu)成的多偕振蕩器和三極管功率放大器及揚(yáng)聲器組成)如圖4所示,。其中555構(gòu)成多諧振蕩器,，振蕩頻率f0=1．43／[(R1+2R2)C]，其輸出信號(hào)經(jīng)三極管推動(dòng)揚(yáng)聲器,。PR為控制信號(hào),，當(dāng)PR為高電平時(shí)，多諧振蕩器工作,，反之,，電路停振。

　　(4)時(shí)序控制電路(包括定時(shí)信號(hào)產(chǎn)生電路與門G1,、與非門G2和一個(gè)74LS18),。時(shí)序控制電路是搶答器設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，它主要完成以下三項(xiàng)功能：

　?、僦鞒秩藢⒖刂崎_關(guān)撥到“開始”位置時(shí),，揚(yáng)聲器發(fā)聲，搶答電路和定時(shí)電路進(jìn)入正常搶答工作狀態(tài),；

　?、诋?dāng)參賽選手按動(dòng)搶答鍵時(shí)，揚(yáng)聲器發(fā)聲,，搶答電路和定時(shí)電路停止工作,；

 　　③當(dāng)設(shè)定的搶答時(shí)間到,，無人搶答時(shí),，揚(yáng)聲器發(fā)聲，同時(shí)搶答電路和定時(shí)電路停止工作,。

 　　根據(jù)上面的功能要求以及圖4所示電路,，設(shè)計(jì)的時(shí)序控制電路如圖5所示。圖5中,，門G1的作用是控制時(shí)鐘信號(hào)CP的放行與禁止,，門G2的作用是控制 74LS148的輸人使能端。圖5的工作原理是：主持人控制開關(guān)從“清除”位置撥到“開始”位置時(shí),，來自于圖3中的74LS279的輸出Q1=0,，經(jīng)G2 反相，A=1,，則時(shí)鐘信號(hào)CP能夠加到74LS192的CPD時(shí)鐘輸入端,，定時(shí)電路進(jìn)行遞減計(jì)時(shí)。同時(shí),，在定時(shí)時(shí)間未到時(shí),，則“定時(shí)到信號(hào)”為1,，門G2 的輸出為0，使74LS148處于正常工作狀態(tài),，從而實(shí)現(xiàn)功能①的要求,。當(dāng)選手在定時(shí)時(shí)間內(nèi)按動(dòng)搶答鍵時(shí)，Q1=1,，經(jīng)G2反相,，A=0，封鎖CP信號(hào),，定時(shí)器處于保持工作狀態(tài),；同時(shí)，門G2的輸出等于1,，74LS148處于禁止工作狀態(tài),，從而實(shí)現(xiàn)功能②的要求。當(dāng)定時(shí)時(shí)間到時(shí),，則“定時(shí)到信號(hào)”為 0,，G2=1，74LS148處于禁止工作狀態(tài),，禁止選手進(jìn)行搶答,。同時(shí)，門G1處于關(guān)門狀態(tài),，封鎖CP信號(hào),，使定時(shí)電路保持00狀態(tài)不變，從而實(shí)現(xiàn)功能 ③的要求,。集成單穩(wěn)觸發(fā)器74LS121用于控制報(bào)警電路及發(fā)聲的時(shí)間,。

　　(5)整機(jī)電路設(shè)計(jì)。

　　經(jīng)過以上各單元的設(shè)計(jì),，可以得到定時(shí)搶答器的整體電路,。如圖6所示：

　　3 實(shí)驗(yàn)調(diào)試

　　(1)組裝調(diào)試搶答器電路；

　　(2)設(shè)計(jì)可預(yù)置時(shí)間的定時(shí)電路,，并進(jìn)行組裝和調(diào)試,。當(dāng)輸入1 Hz的時(shí)鐘脈沖信號(hào)時(shí)，要求電路能進(jìn)行減計(jì)時(shí),，當(dāng)減計(jì)時(shí)到零時(shí)，能輸出低電平有效的定時(shí)時(shí)間到信號(hào),；

　　(3)組裝調(diào)試報(bào)警電路,；

　　(4)完成定時(shí)搶答器的聯(lián)調(diào)，注意各部分電路之間的時(shí)序配合關(guān)系,。

　　然后檢查電路各部分的功能,，使其滿足設(shè)計(jì)要求。

　　4 結(jié) 語

　　通過實(shí)驗(yàn)和測(cè)試，搶答器達(dá)到了設(shè)計(jì)要求,，且具有電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì),，所有元件比較常見，很適合電子技術(shù)的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),。對(duì)電子技術(shù)綜合知識(shí)的教學(xué)運(yùn)用有一定幫助,。