文档介绍：抢答器的设计与制作
抢答器是竞赛问答中一种常用的必备装置,从原理上讲,它是一种典型的数字电路,其中包括了组合逻辑电路和时序电路。
从有利于学习的角度考虑,这里主要介绍以中小规模集成电路和PLD器件设计抢答器的方法。
1 抢答器的基本组成及工作原理
抢答器的组成
。它主要由开关阵列电路、触发锁存电路、编码器、7段显示器几部分组成。下面逐一给予介绍。
抢答器的组成框图
(1)开关阵列电路
该电路由多路开关所组成,每一竞赛者与一组开关相对应。开关应为常开型,当按下开关时,开关闭合;当松开开关时,开关自动弹出断开。
(2)触发锁存电路
当某一开关首先按下时,触发锁存电路被触发,在输出端产生相应的开关电平信息,同时为防止其它开关随后触发而产生紊乱,最先产生的输出电平变化又反过来将触发电路锁定。若有多个开关同时按下时,则在它们之间存在着随机竞争的问题,结果可能是它们中的任一个产生有效输出。
(3)编码器
编码器的作用是将某一开关信息转化为相应的8421BCD码,以提供数字显示电路所需要的编码输入。
(4)7段显示译码器
译码驱动电路将编码器输出的8421BCD码转换为数码管需要的逻辑状态,并且为保证数码管正常工作提供足够的工作电流。
(5)数码显示器
数码管通常有发光二极管(LED)数码管和液晶(LCD)数码管。本设计提供的为LED数码管。
抢答器的工作原理
(1)开关阵列电路
,从图上可以看出其结构非常简单。电路中,R1~R8为上拉和限流电阻。当任一开关按下时,相应的输出为低电平,否则为高电平。
开关阵列电路
(2)触发锁存电路
。图中,74HC373为8D锁存器,一开始,当所有开关均未按下时,锁存器输出全为高电平,经8输入与非门和非门后的反馈信号仍为高电平,该信号作为锁存器使能端控制信号,使锁存器处于等待接收触发输入状态;当任一开关按下时,输出信号中必有一路为低电平,则反馈信号变为低电平,锁存器刚刚接收到的开关被锁存,这时其它开关信息的输入将被封锁。由此可见,触发锁存电路具有时序电路的特征,是实现抢答器功能的关键。
也可以采用JK触发器来实现触发锁存电路的功能,具体实现方法请自己考虑。

编码器
(3)编码器
,74HC147H为10-4线优先(高位优先)编码器,当任意输入为低电平时,输出为相应的输入编号的8421码(BCD码)的反码。
(4)译码驱动及显示单元
编码器实现了对开关信号的编码并以BCD码的形式输出。为了将编码显示出来,需用显示译码电路将计数器的输出数码转换为数码显示器件所需要的输出逻辑和一定的电流。一般这种译码通常称为7段译码显示驱动器。常用的7段译码显示驱动器有CD4511等。
数码显示器件中的液晶数码管价格较高,驱动较复杂,并且仅能工作于有外界光线的场合,所以使用较少。大多情况下使用的是LED数码管。平时使用较多的LED数码有单字和双字之分。
LED数码管尺寸有大有小,一般小的数码管每个数字笔画为一个发光二极管,而尺寸较大的数码管一个笔画可能是多个发光二极管串接而成的,这时一般无法直接用译码驱动器直接驱