数字式竞赛抢答器
1 设计要求
1.1 利用学过的知识设计制作一个可容纳多组参赛的数字式抢答器
1.2 电路具有第一抢答信号的鉴别和锁存功能。
1.3 电路具有第一抢答信号鉴别锁存功能。
1.4 电路设置计分功能。
1.5 可以增加辅助电路。
2 技术指标
2.1 最大参与组数：100。
2.2 最大分辨时间<10ms。
2.3电源：直流（DC）10V。
2.4功率消耗<3W
数字式竞赛抢答器
摘 要 该设计是一个最大可以容纳100组选手参赛的数字式抢答器，每组设置了1个抢答器按钮供抢答者使用。电路具有第一抢答信号的鉴别和锁存功能。在主持人将系统复位并发出抢答指令后，假若参赛者按抢答开关，则该组指示灯亮并用组别显示电路显示出抢答者的组别，同时扬声器发出声音，此时电路具有锁存功能，使别组的抢答开关不起作用。
关键词 CD4067 CD4028 CD4518 CD4543 受控振荡器 BCD译码/7段LED驱动 光电耦合器 反馈 自锁 时钟脉冲
引言
在许多比赛活动中，为了准确、公正、直观地判断出第一抢答者，通常设置一台抢答器，通过数显、灯光及音响等多种手段指示出第一抢答者。同时还可以设置记分、犯规及奖励记录等多种功能。该设计就是针对上述各种要求设计出的供100名选手参赛使用的数字式竞赛抢答器。
总体设计方案
2.1设计思路
该电路的根本任务时准确的判断出第一抢答者的信号并将其锁存。实现这一功能可用触发器和锁存器等。在得到第一信号后应立即将电路的输入封锁，即使其他组再次发出抢答信号也无效。同时还必须注意，第一抢答信号应该在主持人发出抢答命令之后才有效。当电路形成第一抢答信号之后，用编码、译码及数码显示电路显示出抢答者的组别，也可以用发光二级管直接指示出组别。还可以用鉴别出的第一抢答信号控制一个具有两种工作频率的交替变化的音频振荡器工作，使其推动扬声器发出两个笛音音响，表示该题抢答有效。
2.2总体设计框图
2.3集成块简介
CD4067是模拟开关。数字电路中模拟开关是很有用的器件，用它来切换数字信号的传输是十分方便的。
CD4067是单16路集成模拟开关器件，各开关由外部输入二进制的地址码来切换。 CD4543是BCD译码/7段LED驱动器。CD4518是CMOS器件是双BCD码计数器，CD4518中的每个计数器包含两个时钟输入端。 （图1）
CD4028是一个BCD十进制译码器。CD4067的管脚图如图1。
其真值表如表1
（表1）
2.4元件清单及说明
数字式竞赛抢答器电路图见图2：
（图2）
计分电路见图3
（图3）
IC1和IC2为十进制加/减计数器，分别组成分数的个位和十位。IC3和IC4为7段译码电路，它把IC1和IC2的十进制数字信号译成可显示0～9数字的7段码。IC5为分数的百位，它为JK触发器只有二种状态，所以本电路的最高得分为199分。S1为加分开关，每按一次产生一个脉冲信号使IC1做加法计数一次。S2为减分开关，每按一次作减法计数一次。IC1的进位或借位信号会自动传递给IC2使其计数。S3为清零开关，按S3即显示“000”。R1、C1、R2、C2为防止开关抖动所设置。这是因为开关在开或关的瞬间会产生多次抖动从而使电路误计数，所以增设阻容元件来消除开关的抖动。7段码a～g的每一段输出由三极管驱动电路。
设计原理分析：
本文介绍了一款利用扫描方式实现100路抢答的大容量抢答器电路。电路见图。
F1,F2及外围元件构成受控振荡器产生扫描所需的时钟脉冲；IC1为双十进制计数器CD4518，本电路将其中一个十进制计数器作为个位计数器用，另外一个作为十位计数器用，两个计数器机联构成100进制计数器。
个位计数器输出的BCD码一路作为IC2（4线/10线译码器CD4028）的地址信号，地址信号的变化使IC2的10个输出端依次轮流且循环的出现高电平，形成列线扫描信号；另一路则作为IC5(BCD译码/7段LED驱动器CD4543)数据输入信号。
十位计数器输出的BCD码一路作为16选1模拟电子开关CD4067的地址信号，对其16个开光中的10个作扫描切换，这10个开关的输入端分别为X0－X9，接行线，输出端为公共端“0”；另一路则作为IC4（CD4543）的数据输入信号。
抢答开关采用矩阵连线形式。如果调节R2使振荡器输出脉冲周期为0.1ms（频率10Kz），则在1ms内IC2的Y0-Y9各出现高电平1次，而在10ms内，IC3的X0-X9各与“0”端接通一次，IC2的YO-Y9各出现高电平10次。假设抢答开关SO1按下（>10ms），则在IC2的Y1端输出为1，且IC3的X0端与“0”端接通的瞬间，Y1端的高电平经S01,X0端至“0”端，再经R3为光电耦合器PC提供工作电流，使光电耦合器内的光敏三极管导通，将Vcc送至F4的输入端，使F4输入为1而输出为0,F3输出为1，VD1导通经R5正反馈到F4的输入端而实现电路的自锁；VD2导通则使F1、F2等组成的时钟振荡器停振并使F2恒为高电平输出。F2高电平输出一方面使IC1的输出不再变化，另一方面又使IC3的INH端置1而使其处于禁止输出状态。F4输出的低电平使IC4、IC5的消隐输入端“BI”和锁存输入端“LE”置0，从而解除IC4、IC5的消隐功能并对各自的输入数据进行锁存。F4输出的低电平还使F5、F6输出高电平，再点亮指示灯LED的同时并启动声讯电路，声光指示抢答成功。由于上述情况对应于IC1的个位计数输出0001，而十位计数器输出0000的时刻，故LED屏上显示抢答者号码为“01”。
主持者按下复位开关AN，F4输入低电平使电路解除自锁，此时F4输出高电平，IC4、IC5的“BI”端置1而使显示消隐，同时使F5、F6输出低电平关闭声讯电路与指示灯。F4输出高电平又使F3输出低电平，时钟振荡器恢复工作产生扫描时钟脉冲，为下一轮抢答作准备。
为了解决扫描式抢答器电路响应速度与误显率之间的矛盾(扫描时钟频率越高响应速度越快但相应误显率会增加)，本电路引入了同步信号对IC3的输出进行同步控制，即IC3的输出端“0”，只有在F2输出低电平期间才允许有输出，否则，F3的输出被禁止。另外，为了增强电路的抗干扰能力，防止抢答信号线过长对高输入电阻CMOS门电路可能产生误触发现象，即采用光电耦合隔离传输的形式，从而大大增强了电路的抗干扰能力。
总结与体会
近年来，单片微型计算机在我国的应用正以预想不到的速度迅猛发展，它已在我国人民的生活和生产中的各个领域得到了卓有成效的应用，成为实现我国科技现代化的重要工具。通过这次实习，真正让我体会到了这一点.
通过三周的实习，使我深深的感受到了，理论联系实际的必要性及其重要性，在我们以往的学习过程中，我们刻意地去加强理论的基础，对于一个程序我们只求它在运行时没有出错，我们便以为我们的计划成功了岂不知它能否在硬件结构中得以实现则是另外一回事，这就要求我们的动手能力了，如果无法使软件与硬件实现有机的结合，那么再好的程序也只是一堆废字符。
本次实习有机地结合了理论与实践，既考察了我们对理论知识的掌握情况，还反映出我们实际动手能力，更主要的是它激起我们创新思维，为今后的进一步学习创下良好条件，为以后的就业也打下一个根基，真可谓一举多得。
这次设计实习，设计题目为数字式竞赛抢答器。刚开始，我们理不清头绪，无从下手，但通过认真研究设计课题，跑图书馆查资料、确定基本设计方案、对所用芯片功能进行查找、调试、上机仿真等，经历了一次次的困难，却积累了很多宝贵的经验。在将近三个星期的努力下，终于基本达到了设计要求，完成了实习任务。
4.1设计思路是实施操作的扎实基石
一个良好的设计思路，是电路的生命。宁愿在思路设计上多花上50%的时间，因为前期看似慢，实际上恰恰给后期的制作带来很大的方便，效果往往是更节省了许多时间。
4.2设计制作慢工出细活
在制作过程中，马虎不得，粗心不得，特别是电子类的设计制作更应该如此。一步一步来，
4.3查资料
要充分利用网上的资料，图书馆的资源，添补课上所学的空白，掌握最先进的知识，使自己的知识系统化，更加完善，更能出色的完成设计题目。
总之，在设计过程中学到了许多。作为现代的大学生，如果仅停留在以往的层次上，是远远跟不上时代的步伐，也无法使自己立足在竞争如此激烈的社会里，通过此次实习，让我看到了自己的水平和差距。
同时感谢我们的指导老师对我们的帮助和悉心的指导。如果不是你们的帮助就没有我们的成功。
参考文献
【1】张志锐。数字电路设计与实用电路[M]。广州：华南理工大学出版社。1989
【2】朱承高。数字电子技术手册[M]。北京：高等教育出版社。1990
【3】王有春。电脑电子报抢答器专刊[J]。四川: 科学技术出版社。2002年
数字式竞赛抢答器
