抢答器的设计与制作
智力竞赛是一种生动活泼的教育形式和方法，通过抢答和必答两种方式能引起参赛者和观众的极大兴趣，并且能在极短时间内，使人们增加一些科学知识和生活常识。因此学习了数字电路之后，自己设计一个简易智力竞赛抢答器。
一、 设计任务与要求
1. 抢答器同时供4名选手或4个代表队比赛，分别用4个按钮A、B、C、D表示。
2. 设置一个系统清除和抢答控制开关S，该开关由主持人控制。
3. 抢答器具有锁存与显示功能。即选手按动按钮，锁存相应的编号，并在LED数码管上显示，同时扬声器发出报警声响提示。选手抢答实行优先锁存，优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止。
4. 抢答器具有定时抢答功能。当主持人启动开始键后，定时器进行计时.
5. 参赛选手在设定的时间内进行抢答，抢答有效，显示器上显示选手的编号，并保持到主持人将系统清除为止。
6. 如果定时时间已到，无人抢答，本次抢答无效，系统报警并禁止抢答。
二、抢答器的组成
抢答器的一般构成框图如上图所示。
三、设计原理与参考电路
1．数字抢答器总体方框图
图1抢答器整体电路图
.如图1所示为总体方框图。其工作原理为：接通电源后，主持人宣布开始同时按下按键开关S抢答器工作。记时器计时、指示灯不亮。选手在60秒内抢答时，抢答器完成：优先判断、编号锁存、编号显示、扬声器提示、指示灯亮。指示灯亮禁止二次抢答。如果在60秒内无人抢答，扬声器提示、指示灯X1亮，抢答无效。再次抢答必须由主持人再次按下按键开关S。
40秒提示：计时器到40时，发光指示灯会闪烁一下，扬声器会发出一次声音，这是因为信号延迟造成的：计时器到40前，计数器的十位显示3，此时输入与非门U9A的信号为01，当计数器到40时，输入与非门U9A的信号为10，因为信号的延迟使输入与非门U9A的信号为11，与非门U9A的输出信号为低电平0，此低电平0与U1A输出的低电平0经过与非门U6A，与非门U6A输出就为高电平1，从而使指示灯X1发光，扬声器发出声音。
2．单元电路设计
(1) 抢答器电路
图2抢答器电路图
.参考电路如图2所示。该电路完成两个功能：一是分辨出选手按键的先后，并锁存优先抢答者的编号，同时译码显示电路显示编号；同时禁止其他选手抢答，抢答无效。
74LS175的功能真值表:
清零CLR 时钟CLK 输入 D 输出Q
1 Х Х 清零(Q=0)
1 1
0 0
0 0 X 保持(Q=Qn)
从表可见：
① CLR是清零端，且低电平有效。
② CLK是时钟脉冲，且下降沿触发。
上图中的74ALS175N为一四路的锁存器，当CLK引脚输入上升沿时，1D-4D被锁存到输出端（1Q-4Q）。在CLK其他状态时，输出与输入无关。
电路通电后，按下复位按键S，1Q、Q2、Q3、Q4输出高电平。电路进入准备状态。这时，假设有按键A被按下，4D的输出将由低变成高电平，使4Q输输出为高电平经过或门U3A驱动数码管使数码管显示1（选手A的编号），同时使/4Q(4Q非)输出为低电平经过与门U4A输出低电平，此低电平与时钟脉冲经过与非门U2A形成一个上升沿作为74LS175 CLK的输入。因为74LS175是下降沿触发的，故按下除复位之外的任何的按键都将不会发生电路状态的变化，即输入被锁定。达到了既定的功能目标。
（2）计时电路
图3. 计时器电路图
参考电路如图3所示。该电路完成两个功能：一是进行计时，二是设定计时时间为60秒（脉冲信号的频率为1Hz）。
由节目主持人设定一次抢答的时间（本方案中以60秒为例），计数器的时钟脉冲由秒脉冲电路提供。可预置时间的电路选用十进制同步加减计数器74LS192进行设计，具体电路如图3所示。开关S3合上，此时计数器清零，开关S3断开，计数器开始计数。
74LS192的功能真值表：
CLK LOAD UP DOWN D3 D2 D1 D0 Q3 Q2 Q1 Q0
1 × × × × × × × 0 0 0 0
0 0 × ↑
0 1 ↑ 1 × × × × 加法计数
0 1 1 ↑ × × × × 减法计数
0 1 1 1 × × × × 保持
从表可见：
① CLK是清零端，且高电平有效。
② UP 和DOWN是两个时钟脉冲，当LOAD置1时，时钟脉冲由UP端接入，且DOWN输入高电平时74LS192处于加法计数状态；当LOAD置1时时钟脉冲从DOWN端输入，且UP输入高电平时，74LS192处于减法计数状态。
③CO是进位端，BO是借位端。
当60秒时间到时，Qb和Qc输出为高电平1，经过与非门U9A后输出低电平0，此低电平0与时钟脉冲经过与门U11A输出低电平0使计时器停止工作。
（3）报警电路
图4.报警电路图
由555定时器和三极管构成的报警电路如图4所示。其中555构成多谐振荡器，振荡频率fo＝1．43／［（RI＋2R2）C］，其输出信号经三极管推动扬声器。PR为控制信号，当PR为高电平时，多谐振荡器工作，反之，电路停振。
555的引脚对应的关系为：
RST—复位，DIS—放电，THR—阀值，TRI—触发，
CON—控制电压，OUT—输出；
四、所需器材
1. 集成电路74LS175 1片，74LS192 2片，NE555 1片，74LS00 4片，74LS02 1片，，74LS04 2片，，74LS08 1片，74LS21 1片，74LS32 2片，4002 1片；
2. 电阻 9只；
3. 电容2只；
4. 三极管1只。
5. 其它：显示器3只，电源。
五、实验小结
该抢答器实现的功能有：
1． 优先抢答锁存；
2． 显示抢答选手号码；
3． 抢答计时；
4． 抢答报警（既有声音又有光：扬声器和发光指示灯）；
5． 计时器到40时会有提示（指示灯会闪烁一下，扬声器会发出一次声音）。