四路竞赛抢答器的设计

——四路竞赛抢答器的设计

1 设计要求与方案论证 1.1设计要求

利用基本逻辑门电路、组合逻辑电路和触发器，设计一个四人抢答器，要求： ①每个参加者控制一个按键，用其发出抢答信号。 ②主持人有一个控制按键，用于将电路复位。

③开始后，先按动按钮者将其对应的发光二极管点亮，其他3人对该电路不起作用。 1.2 设计方案论证

① 方案一：用一片四D触发器74LS175和四输入2或非门CD4002实现。四D触发器输出经四输入或非门到四路抢答按键开关，加到触发器的四个输入端，同时经四输入或非门和反相器作为四D触发器的时钟信号，四D触发器清零端经上拉电阻接电源，同时经过清零控制开关到地。电路简单成本低，稍加扩展就能达到实用化。

② 方案二：用一片八线－三线优先编码器74LS148、四RS触发器74LS279和七段译码器74LS48实现数显四路（八路）抢答器，电路稍显复杂，但功能较完善。

方案二电路比较完善，但成本较高，而本课题要求四路抢答，方案一电路简单成本低，性价比高，能够满足课题要求，故采用方案一设计。 2 抢答电路原理 2.1 抢答电路框图

控制电路由D触发器构成，完成基本的抢答功能。主持人控制清零复位按钮，当有选手按动抢答键，对应的指示灯点亮，指示对应选手的编号，同时逻辑电路封锁其他按键抢答输入电路，禁止其他选手抢答。 2.2 四路抢答器电路设计

四路抢答器在Multisim9.0环境下设计并仿真，设计电路如图1所示。电路由4D触发器74LS175、4输入或非门CD4002、6反相器74LS04、4个抢答按键、1个清零复位按键和4个发光二极管组成。抢答开始前，主持人按动“E”键清零

复位，作好抢答准备，抢答队员开始抢答。若“A”键按下，对应的指示灯LED1点亮，此时，若“B”键或“C”键或“D”键按下，均不改变显示状态，维持LED1灯亮，A队回答完问题后，开始下一题抢答前，主持人必须按动“E”键清零。

图1 四路抢答器电路图

3 单元电路设计及元器件选择 3.1 单元电路设计 （1）控制单元

控制单元由D触发器构成，接通电源时，输入状态为零，无输出指示，但由于触发器在电源接通瞬间，输出状态有不确定因素（由于本设计无开机复位电路），所以，在抢答前，主持人必须按一下“E”键清零，作好抢答前的准备。在没有按下抢答按键的情况下，D触发器输入全部为零，此时无时钟脉冲信号，D触发器仍保持原“0”状态。 （2）抢答按键

四个队分别控制四个抢答按键，对某一个问题进行抢答时，其中一个队按下按键，如“C”键，D触发器12脚输入为“1”，为对应的指示作好了准备。 （3）逻辑电路

逻辑电路为D触发器提供时钟脉冲信号，同时也为各抢答按键提供封锁信号。当某一按键如“C”键按下，“1”信号加入U2B的一个输入端，其输出“0”，经

U3A输出“1”，为D触发器提供一时钟脉冲的上升沿触发信号，将12脚的“1”写入，10脚输出为“1”，点亮指示灯LED3，此信号经U1A输出为“0”，封锁抢答按键，即使此时有键按下，也都是“0”状态，对D触发器没有影响，不能改变输出指示状态。 3.2 元件选择

由于课题只要求四路抢答，这里选用4D触发器74LS175，其内部逻辑电路如图2所示。

图2 74LS175芯片

逻辑电路采用4输入与非门74LS20，其功能已满足设计要求，内部逻辑电路如图3所示。

图3 74LS20芯片

由于74LS175 D触发器，需要时钟脉冲的上升沿触发，所以电路中使用一片74LS00，使时序满足触发器的要求。

附：元件清单及PCB图 表1元件清单

1K电阻 10K电阻 74LS00 74LS20 74LS175 555 电解电容10UF/16V 瓷片电容104 4.7K电阻 6X6自锁开关 四位拨码开关 IC座14P IC座8P IC座16P 万能板 总合计 DIP-14 DIP-14 DIP-16 DIP-8 DIP-8 10X16cm 5 4 1 1 1 1 1 1 2 1 1 2 1 1 1 0.02 0.02 0.75 0.78 1 0.36 0.1 0.02 0.02 0.15 0.38 0.1 0.1 0.18 4 0.1 0.08 0.75 0.78 1 0.36 0.1 0.02 0.04 0.15 0.38 0.2 0.1 0.18 4 8.24

PCB布线图