课题五 智力竞赛抢答器逻辑电路设计

一、简述

智力竞赛是一种生动活泼的教育方式，通过抢答和必答两种答题方式能引起参赛者和观众的极大兴趣，并且能在极短的时间内，使人们迅速增加一些科学知识和生活常识。

进行智力竞赛活动时，一般将参赛队员分为几组；答题方式为必答和抢答两种；答题有时间；当时间到时有警告；答题之后有主持人判断是否正确；显示成绩评定结果。抢答时，要判定哪组优先，并通过显示和鸣叫电路予以指示。因此，要完成以上智力竞赛抢答器逻辑功能的数字逻辑控制系统，至少应包括以下几个部分： 记分显示部分； 判别、控制部分； 计时电路和音响部分。 

二、设计任务和要求

用TTL或CMOS集成电路设计智力竞赛抢答器逻辑控制电路，具体要求如下：

    1.抢答组数为4组，输入抢答信号的控制电路应接触良好，反应灵敏。 

    2.判别电路：能迅速、准确地判别出抢答者，同时能排除其他组的干扰信号，使其它组再按开关时失去作用，并能对首先抢答者有光显示和鸣叫指示。 

    3.计分、显示电路：每组分别有记分显示电路，能进行加 / 减记分。 

    4.计时及音响：答题时启动定时灯亮，以示开始，当时间到时要发出单音调“嘟”声，并熄灭指示灯。抢答时，若某一组首先按动抢答键，则该组的指示灯应亮并发出声响，且在数码管上显示出该组的组号。回答问题的时间可以调整，如分别为10s、20s、30s、60s等等。 

5.主持人要有复位按钮（主控制开关）。

三、设计方案提示

        1.复位和抢答开关均可采用防抖动电路，可采用加吸收电容或RS触发电路来完成。

2.判别选组电路可以用触发器和组合电路完成，也可以用一些特殊器件组成，例如用MC14599或CD4099八路可寻址输出锁存器或优先编码器来实现。

3.    计数电路用加/减计数器完成；显示电路用74LS47驱动共阳极数码管完成。

四、参考电路 

根据智力竞赛抢答器的设计任务和要求，其逻辑参考电路如图5.1所示。

五、参考电路简要说明

图5.1为四组智力竞赛抢答器逻辑电路图，图5.1.a为抢答器控制部分，图5.1.b为记分部分。若要增加组数，则需增加抢答器控 制部分和记分显示部分。

1.判别电路

这部分电路由RS触发器完成，CD4043为三态RS锁存触发器，当S1按下时，Q1=1，这时返回到KS按键开关左端的电平为高（“1”），经非门后锁住了其它组的输入。Q1=1，使相应的发光管发亮，同时也驱动音响电路鸣叫，并且在数码管上显示出来。

2.记分部分

这一部分主要由3个四位十进制加减计数器（74LS190）和数码管以及相应的门电路组成。每组分为个、十、百三位，可以直接由各位从0向上加法或减法计数，也可以每位单独进行加减计数。参加抢答的每组各有一套记分电路。

3.定时电路

当打开电路电源，按主控开关之后，定时装置即自动置入所用时间。到计时开始后，允许答题指示灯亮，当时间到，即减法计数器为“0”时，定时结束，这时控制音响电路鸣叫，并熄灭允许答题指示灯，同时停止答题指示灯亮。

4.音响控制

音响电路中，f1和f2为两种不同的音响，当有人抢答时，应为间断音。当定时到，应为单音输出，其音频时序如图5.2所示。其中KS—1为声音控制开关。