四人抢答器实验电路的设计

缪小燕， 陈滨掖

(江苏联合职业技术学院 常州建设分院， 江苏 常州 213016)

在进行知识抢答竞赛时，必须遵循先抢到者先回答的原则，但是通过举手抢答的方式会使得竞赛场面出现混乱现象，甚至有失比赛公平.电子式抢答器具有重要的裁决作用，可以解决以上出现的问题.通过市场调研发现抢答器的价格普遍昂贵，四路抢答器至少要1 000元以上.本设计以四人抢答器为例，探索四人抢答器多种实验电路.一方面，自制抢答器可以降低成本；另一方面，可以激发学生的学习兴趣，培养学生的设计和创新能力[1-2].

1 实验原理

四人抢答器的功能是每位参赛者有一个抢答按键，按动按键发出抢答信号；竞赛主持人有一个控制按键，用于将抢答信号复位和抢答开始；竞赛开始后，先按动按键者抢答成功，同时封锁另外3路按键，禁止其他参赛者抢答；竞赛者抢答成功后对应的LED灯亮.四人抢答器系统框图如图1所示.

图1 抢答器系统框图

选手通过按键电路发出抢答信号，先按动者，抢答成功，按键保持与封锁电路将选手信息保持下来，同时封锁其他选手输入.抢答成功后对应选手的LED灯亮.主持人按键电路发出的复位信号使保持与封锁电路的各路输出复位，等待下一轮抢答.

图2 由与非门组成的抢答器电路

图3 由D触发器组成的抢答器电路

图4 由可控硅和集成运放组成的抢答器电路

2 四人抢答器的四种电路设计

2.1 与非门实现

利用与非门[3-4]实现四路抢答器实验电路如图2所示.

电路接通时先按一下复位按键RST，使RS触发器输出的初始状态Q1、Q2、Q3、Q4为低电平，则4个与非门的输出A、B、C、D为高电平，发光二极管均不导通、不发光.

当4个抢答按键K1、K2、K3、K4中的任意一个首先按下接通时，如K1接通，触发器输出端Q1为高电平，则与非门输出A变为低电平，与A相连的二极管D1发光，且A的低电平反馈到另外3个与非门的输入端，强制它们的输出端B、C、D维持高电平，此时，不论K2、K3、K4按键如何动作，与非门的输出端B、C、D都为高电平，与它们相连的二极管均不发光，实现了互锁功能.

主持人按下复位按键RST即可实现抢答器的复位，继续下一轮的抢答.

由与非门组成的抢答器电路简单、成本低、易于制作.

2.2 D触发器实现

利用D触发器和或非门[3-4]也可实现抢答器功能，实验电路如图3所示.

K1、K2、K3、K4中先按动者，常闭触头断开，即可向4个D触发器发出一个上升沿抢答时钟信号，使对应的D触发器的输出Q为高电平.同时，该高电平又通过或非门使其它三路的D触发器的复位端有效，以封锁另外三路的按键作用.

主持人按下复位按键RST，产生一个正脉冲，通过或非门的负脉冲输出，可使4个触发器复位清零，继续下一轮的抢答.

由D触发器组成的抢答器电路成本低、工作稳定可靠.

2.3 可控硅实现

利用可控硅(晶闸管)和集成运放[5-6]同样可以实现抢答器功能，实验电路如图4所示.

调节电位器RP使LED0发光，电路得电，运放A输出高电平.按下任意抢答按键，如K1，则加到晶闸管SCR1控制极的电压为正向电压，因此SCR1导通，与之相串联的LED1亮.同时，运放A的反相输入端变为高电平，与同相输入端进行比较后，输出端变为低电平，此时再按K2、K3、K4均无效.

图5 由接触器组成的抢答器电路

主持人按下复位按键RST即可实现抢答器的复位，继续下一轮的抢答.

由可控硅和集成运放组成的抢答器电路体积和质量较大，成本相对较高.

2.4 接触器实现

利用接触器[7-8]可以实现抢答器功能，实验电路如图5所示.

按下抢答按键，如SB1，其抢答过程如下：

即L1灯亮，其它抢答键SB2、SB3、SB4均无效.

主持人按下复位按键RST后，其复位过程如下：

由接触器组成的抢答器电路成本是这4种中最高的，体积也最大，实验须注意触发器的装配和系统整体布线.

3 结论

分别采用与非门、D触发器、可控硅、接触器等元器件设计4种四人抢答器实验电路，通过实验验证4种方法均可实现四人抢答功能.采用与非门和D触发器组成的抢答器电路成本较低，体积小，但连线较为复杂；采用可控硅和接触器组成的抢答器电路成本较高，体积较大，但抗干扰能力强，可靠性高.

参考文献：

[1] 宁志刚，黄智伟，唐慧，等.八位数显抢答器课程设计方法研讨[J].实验室研究与探索，2009，28(1)：65-67.

[2] 吴勇灵.浅谈三人表决器实验电路的设计[J].物理实验，2010,30(8)：33-35.

[3] 康华光.电子技术基础(数字部分)[M].北京：高等教育出版社，2006.

[4] 阎石.数字电子技术基础[M].北京：高等教育出版社，2006.

[5] 康华光.电子技术基础(模拟部分)[M].北京：高等教育出版社，2008.

[6] 王兆安，刘进军.电力电子技术[M].北京：机械工业出版社，2009.

[7] 陈建明.电气控制与PLC应用[M].北京：电子工业出版社，2010.

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