六路抢答计时器设计方案比较

罗莉 杨潇 邓浩蓝 冷鑫

摘  要：抢答器在生活中应用广泛，基于数字技术的多路抢答器结合了传统的数字电路基础技术和模块化设计的思路，它设计简单且实用，在知识竞赛、文体娱乐活动（抢答赛活动）中，能准确、公正、直观地判断出抢答者的座位号，更好的促进各个团体的竞争意识。本次课程设计用简单的数字逻辑电路来实现一个六路抢答计时器，即采用六个按钮抢答和共阴极数码管显示。其设计思路为整个电路主要分为五个模块，即电源模块，优先编码模块，译码显示模块，倒计时模块，控制模块，另外还附有简单的报警电路来共同完成六路抢答器的设计。实现倒计时和抢答锁存功能。

關键词：555定时器;优先编码器;译码器;锁存器;方案比较

一、介绍

常用电子系统设计通常包括：选择总体方案框图、单元电路功能模块的设计与选择、电子元器件的选择、单元电路之间的连接、对电子系统进行电路搭试、对方案及单元电路参数进行修改、绘制总体电路，最后写出设计报告这几个部分。在《模拟电子技术基础》与《数字电子技术基础》课程中，通常只介绍单元路的设计、以及集成芯片的特性、功能等，而一个实用的电子电路系统通常是由多个单元电路组成的。因此，进行电子系统设计时，既要考虑系统总体电路的设计，还要考虑系统各部分电路的选择、设计及它们之间的相互连接。

抢答器在我们的日常生活中应用十分广泛，基于数字技术的多路抢答器结合了传统的数字电路基础技术和模块化设计的思路，它设计简单且方便，能在一些竞赛活动、文体娱乐活动等中发挥作用，应用广泛，在一定程度上也提高了公平、公正性。此多路抢答器的设计可以进一步增加我们对抢答器工作的了解，感受抢答器给我们生活带来的方便。

首先我们小组对多路抢答器系统的初步功能模块以及框架进行设计，并对一些仿真软件和硬件系统方案进行了选择。在此基础上，又进一步详细介绍了该控制系统的硬件组成、软件仿真结果、控制方法。

在软件仿真部分中，本文重点讲述了使用Multisim对数字电路进行仿真及仿真结果。在硬件设计中，电路设计的主电路包括电源电路，控制电路，优先编码电路，译码显示电路以及倒计时电路。最后，本文就多路抢答器系统的特点，进行了归纳与总结。

本设计要求为采用六个抢答器进行抢答优先输出功能。根据要求可知要实现本系统，需要设计时译码锁存显示循环控制抢答的输出显示。此设计中还自行设计了电源部分。首先电源部分的电流将220V交流电通过电感降压，整流桥整流，电容滤波，最后稳压到5V直流电，为电路提供所需的直流电源。设计要求抢答开始时有10秒倒计时的限制，因此计时部分采用74LS190D的减计数器进行计时。由于还需要在倒计时结束或者电源部分断开时进行报警，所以设置一个脉冲产生电路，提供单次秒脉冲进行倒计时和报警。报警部分利用蜂鸣器进行报警。优先编码电路通过优先编码器对第一个抢答者的编号进行编码，还有一个锁存器，在编码了优先抢答者的编号之后进行锁存，使得其他抢答者的抢答无效，最后通过数码管显示出优先抢答者的编号，在此基础上所有模块通过一个总开关由主持人进行控制，并通过逻辑门控制显示器的消隐与译码器的工作等来更准确地实现该抢答器的功能。

二、总体方案设计

根据设计要求，先设计好各个模块的电路，分别调试是否达到对应的功能，然后将各个模块连接起来构成设计的总电路，再进行总电路的调试。总体流程图如下：

（一）方案比较

1、方案一

根据设计要求，使用数字电子基础和模拟电子技术，来完成设计流程如图2-1所示：

（1）电源使用：稳压电路。

（2）优先编码：使用74LS148D芯片。

（3）倒计时：74LS190D可预置数BCD十进制同步可逆计数器。

（4）译码显示：74LS290D，74LS48D芯片。

2、方案二

根据设计要求，我们还可以使用程序汇编技术来实现其功能：

而该课题的设计侧重于抢答器于PC机的信息交换，以AT89C51单片机为抢答器核心，使用HD727A芯片同时完成按键检测和LED显示，检测抢答情况。PC机负责抢答题目的存储和显示，两者以串行通信相互联系。该设计方案为：该抢答器系统总体由上位机和下位机组成。上位机显示抢答问题后，通过串口与下位机通信，此时抢答者也开始使用抢答按键进行抢答，下位机根据按键检测电路获取最先抢答者信息，显示于数码管同时也将信息通过串口回送至上位机并显示。

（二）方案论证

方案一的优点是采用数字逻辑电路构成，使用555定时器、可预置数BCD十进制同步可逆计数器74LS190D和3线-8线译码器，优先编码器，电路简洁明了，调试简单，成本低。缺点是实现功能较单一，功能不易扩充;方案二的优点是利用汇编知识结合单片机更简单的实现了控制，可以实现功能更加复杂的抢答器，并且实现的功能更加丰富，缺点是程序汇编较复杂。本次设计要求基于数字电子基础，对比两个方案，方案一满足要求并且线路简单，成本低，因此最终决定采用方案一。