竞赛抢答器的设计

张江亚 王静 李焕娜

摘要：抢答器作为一种体现比赛公平度的工具，现在越来越广泛地应用在各种知识竞赛和文化比赛之中。本设计中的数字抢答器主要由主体电路还有电路外的扩展电路两部分来组成。优先编码的数字电路、锁存器还有译码电路可以将每支参赛队的输入系统所输入的信号在数字抢答器的显示屏幕上显示出来;然后数字抢答器可以再利用自己设置的控制电路和比赛现场的主持人按下开关按键来启动报警电路。然后再通过定时电路和数字抢答器内部的译码电路将它收到的秒脉冲产生的脉冲在数字抢答器的显示屏幕上面输出来。

关键词：抢答电路;逻辑电路;定时电路;报警装置;时序控制

1 抢答器背景的概述

1.1所选课题研究的背景与现状

专业知识竞赛一般形式也就是有几个或者是几组参赛人员，在比赛中主持人来提出各式各样的早已经出好的考题让参加比赛的选手来回答，原来的那些比赛我们都习惯的选用举牌子或者举手的方式然后主持人凭借自己肉眼的感知来决定让谁来回答，这样很容易因为人的肉眼不准确性使比赛的结果不够公平。数字抢答器越来越受到人们的关注，因为它可以在比赛中更加快更加准确的选出是哪个选手第一个抢到的。现在的抢答器一般都是利用单片机技术或者是通过数字电路来实现的，不但准确性很大的提高了同时也增加了特别多新的功能使比赛现场的气氛有了很大的提高。

1.2研究内容

本设计主要运用了数字模块化的设计理论，参赛的选手每个人面前都有一个自己的抢答器在后台操作人员或者比赛主持人面前会有复位键还有开始键，可以使上次的结果清零还有决定抢答比赛的开始，抢答的时间和选手的回答时间都可以通过操作人员来改变，这样就提高了抢答器的使用范围。在不同的比赛环节操作人员也可以通过对系统的改变来修改时间的设置使不同类型的题目都可以有自己答题的不同时间。当主持人宣布比赛开始并且按下开始键时各个小组的参赛人员才可以按抢答按钮，如果有人在主持人按下开始键之前抢按按钮则视为犯规就会丧失这次题目的抢答资格，还有我所增加的就是语音提示功能，在选手回答问题的时候时间快到的三秒时系统会有语音提示来提醒选手注意回答时间。

2 抢答器系统功能概述

本设计中的抢答器可以最多有八个参赛者或者参赛队来参加。这就需要设置八个按钮，可以实现各个参赛者的抢答功能。设计一个后台操作人员或者主持人可以来清零还有控制选手开始抢答的按键开关s，可以控制整个抢答过程的开始与结束。当一个选手在最快的时间抢到按钮时，系统就会自动关上别的选手的抢答功能，并且记住抢到的选手的编号，还要有显示功能可以把抢到回答权的选手的编号直接显示在大屏幕上，一轮抢答完，操作人员可以清零，系统就会回到最初的位置。当一道题从主持人读完后的十秒或者十五秒以后假如没有选手回答就会视为无效的题，与此同时大屏幕上也会显示本次题目所剩的抢答时间。参赛选手拥有的回答时间也有时间的限制，假如在抢到题目之后的三十秒之内必须要回答，快到时间时会有声音提示，假如规定时间之内没有回答完毕就会视为无效的抢答。

3 抢答器电路的设计

3.1抢答器总体结构

当电路接通了但是还没有按下开始键时，显示屏上会通过按下检测按钮来使其显示数字7，当主持人读题时工作人员可以通过检测开关把整个系统处在抢答状态下，使选手可以抢答，LED显示屏就是自动熄灭不会有任何显示，当主持人按下开始键时，优先编译器会通过辨别输入的信号来锁存住输入的信号，并且禁止其他信号再次输入，然后再通过译码显示器来将系统自己锁存住得数字显示在显示屏上，显示器也会一直可以显示抢到的选手的编号，一直到主持人再次按下清零键之后，LED显示屏便会回到什么也不显示的状态。便可以开始下一轮的抢答。

3.2优先判断和编号锁存电路

设计的抢答器使用的是优先编码器 74LS148和锁存器 74LS279，优先判断与锁存器电路可以更准确地分辨出是哪一位选手最先按下抢答键，并且根据自己输入的信号筛选出最先按按钮的那名选手来，锁存器 74LS279的功能则是当有选手抢到回答权的时候，系统便会自动锁存抢到的选手的编号不让别的选手再次按下抢答键，并且可以把自己所存的编号准确的显示在大屏幕上。当系统的总控按钮被按下时，s0到s7全为断开的状态，74LS148的输入都为0，当有一个选手抢到时，所对应的按钮将会把74LS148接通，使其显示为1，74LS148可以最准确的知道最先按下按钮的接口，与此同时锁存器 74LS279 会接通，锁存住此线路的信号，同时假如此时有别的信号传入将无法感应到，确保了系统的准确性。

4 電路设计

4.1优先编码电路

优先编码器74LS148的工作流程：当将开关s置于清除时，优先编码器74LS148中的所有输入都为零，既没有信号输入，所以输出也为零，但是此时线路是接通的，当主持人或者操作人员把开关扳向开始的时候。抢答可以开始，当选手按下自己面前的S0到S7的任意一个按钮时优先编码器74LS148便会被接通，优先编码器74LS148把第一个信号传递给锁存器74LS279，锁存器进行RS锁存，不再让其他的信号进入，并且记住现在的编号，再经过74LS148把锁存住的编号出现在大屏幕上，并且会有信息提示，就完成了一次的抢答，当主持人再次扳向清除键时系统会恢复成原来的状态。等待着进行下一轮的抢答比赛。

4.2定时电路

因为现在每个抢答比赛不可能只有一个比赛环节，所以比赛中留给参赛者的回答时间就会根据环节的不同而设置不同的抢答时间，选用555计时器。这类计时器的优点很多，例如成本很低，很容易买到，组成也非常简单。设计选用的是74LS192来做系统的计时系统，当所设定的时间需要调节时，只需要操作人员根据所需要的时间对现有的时间进行加一或者减一操作就可以了。

4.3显示译码器

显示器利用显示译码器74LS48把锁存器74LS279中锁存的信号来进行编译，把编译的结果经过数码管来完成显示的功能，当开关置于GND时，系统中还没有其他的信号输入，可以用来检测线路是否是好的，此时假如显示屏上出现7，便可以进行下边的竞赛。

4.4抢答器的优点

本设计中的抢答器与现在市面上所卖的抢答器相比主要有如下几个优点，造价很低，不会造成不必要的浪费使中小型企业和学校都可以接受，可靠性很高，同时还具备了许多新的功能，比如说语音提示和大屏幕显示的功能，可以更好地调节现场的气氛。我使用的是逻辑电路完成的设计，逻辑电路是很简单的。这款抢答器主要由主体电路和外扩电路组成，整个电路具有抢答。定时，警报提示，还有显示计分的功能。

总结

这次的对抢答器的设计主要运用到的是集成芯片，74型号的集成芯片在市场上很容易买到并且操作比较方便，布线设计也比较简单，和别的抢答器相比实用性更强了，可靠性也很强，不会因为外界的干扰而使得比赛无法进行。

参考文献：

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（作者单位：河北科技学院）