基于数字电路设计的二种八路抢答器实用电路

欧小东

（郴州综合职业中专学校 湖南省郴州市 423000）

抢答通常是各类公开竞赛诸多环节中的一个必备环节，抢答器是一种能快速公正地对答题权进行裁决的电子设备。抢答器的设计方案很多，或基于数字电路，或基于单片机系统。数字抢答器是数字电路的发展的必然产物，虽其功能不及单片机抢答器，但因显示方式简单、价格低廉、经济实用，在要求不高的场合可完全符合需要。

1 八路数字抢答器电路的基本功能

本文公开的二款八路数字抢答器电路的基本功能如下：

（1）状态锁存器能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选手编号和点亮相应抢答盒显示灯；

（2）扬声器发出短暂声响，提醒所有人在本轮抢答中已有选手率先抢到；

（3）时钟脉冲信号选通控制电路对抢答输入器进行封锁，避免其他选手再次进行抢答；

（4）主持人将系统复位后，方能进行下一轮抢答。

2 多功能八路数字抢答器电路（初版）简介

多功能八路抢答器电路（初版）的方框图和原理图如图1 和图2 所示。

2.1 电路组成

由电源电路、抢答输入与状态锁存电路[1]（8 个抢答按钮与两片CC54HC175）、选通控制信号产生电路（CC4068、双多谐振荡器CC4069）、555 单稳态触发电路、音频功率放大电路、抢答盒显示与驱动电路、数码管显示与驱动电路、复位电路组成。

2.2 电路工作原理

2.2.1 时钟脉冲信号的产生与选通控制原理

六非门CC4069 的1、2、3、4 脚内电路与外围元件（51kΩ、2000pF）构成时钟脉冲发生器[2]，频率约为7kHz 的时钟脉冲由4脚输出，送至四输入与门CC4082 的3 脚，八输入与非门CC4068的1 脚输出Y 作为时钟脉冲的选通控制信号。抢答器复位后，Y=1，时钟脉冲被选通，经反相器缓冲后作为CC54HC175的工作时钟；抢答器未复位之前，Y =0，时钟脉冲被关闭，此时按任何一个抢答开关均无效。

2.2.2 音频信号的产生与选通控制原理

图1：多功能八路数字抢答器电路设计方框图（初版）

图2：多功能八路抢答器电路设计图（初版）

六非门CC4069 的5、6、8、9 脚内电路与外围元件（510kΩ、2000pF）构成音频信号发生器，频率约为700Hz 的音频信号由9 脚输出，送至四输入与门CC4082 的11 脚，八输入与非门CC4068 的13 脚输出Y 与555 单稳态[3]3 脚输出这两组信号均为音频信号的选通控制信号。抢答器复位后在抢答开关被重新按下的瞬间，Y=1，与此同时，555 单稳态电路也被触发并输出约3s 的高电平。所以，音频信号被选通，经反相器缓冲、功率放大后驱动扬声器发音，作为有人抢到的提示音；受555 单稳态输出控制，约3s 后扬声器提示音将被自动关闭。

2.2.3 抢答盒显示灯驱动电路与显示数码管驱动电路

抢答器复位后的新一轮抢答前，触发器Q0～Q7输出均为1，各显示数码管驱动的三极管（9015）和抢答盒显示灯驱动的三极管（9014）均截止，显示数码管和抢答盒显示灯均不亮。一旦有人按下抢答开关（假如按下A 抢答盒），将引用以下几乎同步的系列控制动作：

图3：多功能八路数字抢答器电路设计方框图（改进版）

图4：多功能八路数字抢答器电路设计图（改进版）

Q0=0，相应的驱动三极管均导通，1 号抢答盒显示灯和1 号数码管被点亮；CC4068 的13 脚输出Y=1，555 单稳态电路触发，扬声器发出约3s 的提示音；Y =0，时钟脉冲被关闭，其他人抢答被禁止。当按下整机复位按钮开关后，才能进行下一轮抢答。

3 多功能八路数字抢答器电路（改进版）简介

针对图2 所示电路的数码管过多（采用8 个数码管独立显示）和提示音过于单调的不足，故对其进行了优化设计，优化设计后的电路方框和原理如图3 和图4 所示。

3.1 电路组成

由电源电路、抢答输入与状态锁存电路（8 个抢答按钮与两片CC54HC4175）、控制信号产生电路（CC4068）、时钟脉冲发生与选通电路（CC4069、CC4081）、555 定时电路、音乐IC 与音频功率放大电路、抢答盒显示与驱动电路、抢答状态编码器、反码/原码转换器、BCD译码驱动器、数码管驱动与显示电路、复位电路组成。

3.2 电路工作原理

3.2.1 时钟脉冲信号的产生与选通控制原理

六非门CC4069 的1、2、3、4 脚内电路与外围元件（51kΩ、2000pF）构成时钟脉冲发生器，频率约为7kHz 的时钟脉冲由4 脚输出，送至二输入与门CC4081 的1 脚，八输入与非门CC4068 的1 脚输出Y 作为时钟脉冲的选通控制信号。抢答器复位后，Y =1，时钟脉冲被选通输出，作为CC54HC175 的工作时钟；抢答器未复位之前，Y =0，时钟脉冲被关闭，此时按任何一个抢答开关均无效。

3.2.2 音频信号的定时选通控制原理

抢答开关被重新按下的瞬间，Y=1，555 单稳态定时电路被触发，输出约3s 的高电平。此高电平作为音乐IC 芯片的供电电源，IC 芯片得电的3s时间内输出的音频信号经功率放大后驱动扬声器发音，作为有人抢到的提示音。受555 单稳态定时电路的输出控制，约3s后扬声器提示音被自动关闭。

3.2.3 抢答盒显示灯驱动电路

抢答器复位后的新一轮抢答前，触发器Q0～Q7输出均为0，各抢答盒显示灯驱动的三极管（9014）均截止，抢答盒显示灯均不亮。一旦有人按下抢答开关（假如A 按下抢答盒，则Q0=1），相对应的驱动三极管导通，相对应的抢答盒显示灯被点亮。

3.2.4 抢答状态编码器

抢答状态编码器采用74LS147（10 线-4 线优先编码器）。时钟频率决定了抢答快慢的辨识度很高（有效分辨时差≤0.143ms），在有效抢答后0.143ms 以内，时钟脉冲即被封锁，电路对后续的抢答输入信号不再响应，所以优先编码器的“优先”功能丧失，74LS147 的输出仅由最早按下抢答按钮的那一路输入决定。

3.2.5 反码/原码转换器[4]

通过四-二输入异或门74LS86，可将74LS147 输出为反码转换为原码。例如，第1 路的A 抢先按下抢答开关后，74LS147 输出Y3Y2Y1Y0=1110，74LS86 的输出Y3Y2Y1Y0=0001，实现了反码到原码的转换。

BCD 译码驱动器、数码管驱动与显示电路、复位电路的工作原理比较简单，其工作原理此处不再赘述。

4 结论

在要求不高的竞赛场合，本文公开的二款八路数字抢答器电路能完全胜任。它们设计合理、容易自制，适合在本、专科院校的数字电路教学实践中推广和应用。