基于74LS148的八路抢答器设计与实现

中北大学机械工程与自动化学院 李文娟 姚竹亭

1.引言

抢答器又称第一信号鉴别器，广泛地应用于知识竞赛和文娱活动等场合[1]，选手在竞赛中使用抢答器抢到题目优先作答。目前使用的抢答器存在分立元件较多，造成每路的成本较高，而现代电子技术的发展要求电子电路朝数字化、集成化方向发展，因此设计出数子集成化全集成电路的多路抢答器是现代电子技术发展的要求[2]。本文设计是基于74LS148设计的抢答器，其优点：具有清零开始抢答、限时抢答、数码管显示选手号码同时蜂鸣器提示、超时报警等优点。

2.实现的功能与总体设计

2.1 实现功能

设一个支持人按键，供主持人宣布抢答开始。抢答开始后，八个抢答按键才有效，同时启动限时定时器。抢答器具有锁存和显示功能。即选手按动按钮，锁存相应的编号，并在LED数码管上显示，同时蜂鸣器发出警报声响提示。选手抢答实行优先锁存，优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止。安排倒计数定时器，选手在设定的时间30S内进行抢答，抢答有效，显示器上显示选手的编号和抢答时间，并保持到主持人将系统清除为止。倒数计时开始后，若预定时间30S内无人抢答，系统报警禁止抢答。倒计数的计数脉冲要准确，要求单电源5V供电。

2.2 总体设计

接通电源时，节目主持人将开关按下时，抢答器处于禁止工作状态，编号显示器灭灯，定时显示器显示设定时间。当节目主持人宣布抢答题目后，说一声“抢答开始”同时将控制开关拨到“开始”位置，抢答器处于工作状态，定时器到计时。当定时时间30S到，却没有选手抢答时，系统报警，并封锁输入电路，禁止选手超时抢答。当选手在计时时间30S内按动抢答器时，抢答器要完成以下4项工作：

（1）优先编码电路立即分辨出抢答者的编号，并由锁存器进行锁存，然后由译码显示电路显示编号；

（2）蜂鸣器发出声响，提醒节目主持人注意；

（3）控制电路要对输入编码电路进行封锁，避免其他选手再次抢答；

（4）控制电路要使定时器停止工作，时间显示器上显示剩余抢答时间，并保持主持人将系统清零为止。当选手将问题回答完毕后，主持人操作控制开关，使系统回复到禁止工作状态，以便进行下一轮抢答。

3.各环节电路功能与原理分析

3.1 抢答电路

抢答电路的功能有两个；

一是能分辨出选手按键的先后，并锁存优先抢答者的编号，送给译码显示电路：

二是要使其他选手随后的按键操作无效。选用优先编码器74LS148和RS锁存器74LS279可以完成上述功能，其电路组成如图1所示。

抢答电路的工作原理：当主持人按下开关S8时，RS触发器的R端为低电平，输出端（4Q-1Q）全部为低电平。于是CD4511的BL=0，显示器灭灯。当主持人将开关S8松开时，优先编码电路和锁存电路同时处于工作状态，即抢答器处于等待工作状态，等待输出命令端I7…I0输入信号。当有选手将键按下时（如按下S5），74LS148的输出A2A1A0=010，GS=0，经CD4511译码后，显示器显示“5”。此外，CTR=1，经两个与非门使74LS148的EI端为高电平，74LS148处于禁止工作状态，封锁了其他按键的输入。当按下的键松开后，74LS148的GS（优先编码输出端）为高电平，但由于CTR维持高电平不变，所以74LS148仍处于禁止工作状态，其他按键的输入信号不会被接收。这就保证了抢答者的优先性以及抢答电路的准确性。当优先抢答者回答完问题后，由主持人操作控制开关S8使抢答电路复位，以便进行下一轮抢答。

3.2 定时电路

图1 抢答电路

图2 定时电路

定时电路的功能是主持人控制开关可以使定时器开始工作，从30s开始倒数记时。当定时时间30s到，却没有选手抢答时，封锁输入电路，禁止选手超时后抢答。当有选手在定时时间30s内按动抢答键时，使定时器停止工作，时间显示器上显示剩余抢答时间，并保持到主持人将系统清零为止。选用555定时器和两片74LS192可以完成上述功能，其电路组成如图2所示。

图3 报警电路

图4 整体原理图

图5 PCB图

定时电路的工作原理：当主持人按下按键S8时分别使两片74LS192的置数端PL=0，即给74LS192预置数，经CD4511译码后，显示器分别显示“3”和“0”。当松开按键S8时使555定时器工作，发出秒脉冲，接到74LS192的脉冲输入端CPD，使74LS192工作，进行减计数。当定时时间30s到，却没有选手抢答时，74LS192的借位输出端BO2=0，将BO2与555定时器发出的脉冲信号接到与非门输入端，则与非门输出为1，则74LS192的脉冲输入端CPD将不再有脉冲输入，则74LS192停止工作。同时BO2=0经与非门，使74LS148使能输入端EI=1，74LS148停止工作，封锁输入电路禁止选手超时后抢答。另一方面，若定时时间30s内有选手按下抢答键时，优先编码器74LS148输出端GS=0，经RS锁存器74LS279，使CTR=1，则JIAN=0，经与非门使74LS192的脉冲输入端CPD没有脉冲输入，则74LS192停止工作，时间显示器上显示剩余抢答时间，不再变化。

3.3 报警电路

报警电路的功能：当定时时间30s到，却没有选手抢答时，系统报警。当定时时间30s内有选手按下抢答键时，蜂鸣器发出声响。电路组成如图3所示。

报警电路的工作原理：当定时时间30s到，却没有选手抢答时，74LS192借位输出端BO2=0，经与非门输出alarm=1，则蜂鸣器发出声响。当定时时间30s内有选手按下抢答键时，74LS148输出端GS=0，即beep=0，经与非门，输出alarm=1，则蜂鸣器发出声响。

4.整体原理图和PCB图

4.1 整体原理图

基于74LS148的八路抢答器的整体原理图如图4所示。

4.2 PCB图

基于74LS148的八路抢答器的PCB图如图5所示。

5.结论

本文给出的八路抢答器的设计，经过调试和实际测试可以证明其合理及可行性。该设计出来的电路板可以稳定的工作，并且能够显示和保存参加选手的抢答信息，同时屏蔽其他选手的抢答操作。本抢答器具有可靠性强、价格较低、操作简单等特点，具有很高的应用价值。

[1]龚昌来.单片机控制的智能型抢答器设计[J].广东自动化与信息工程,2003,3(3):28-30.

[2]王青萍.八路智力抢答器的设计[J].湖北教育学院学报,2007,24(8):65-67.