搶答器同時供8名選手或8個代表隊比賽，分別用8個按鈕S0 ~ S7表示。另外設置系統清除開關一個，該開關由主持人控制。搶答器具有鎖存與顯示功能。即選手按動按鈕，鎖存相應的編號，揚聲器發出聲響提示，并在七段數碼管上顯示選手號碼。選手搶答實行優先鎖存，優先搶答選手的編號一直保持到主持人將系統清零為止。

當主持人按下清除鍵后，參賽選手可以進行搶答，同時倒計時電路開始倒計時，搶答有效時，紅燈亮，倒計時停止，顯示器上顯示選的編號，并保持到主持人將系統清零為止。

    如圖2-1所示為總體方框圖。其工作原理為：接通電源后，主持人按下清零狀態開關，同時宣布"開始"，編號顯示器顯示“空值”，開始倒計時，搶答器工作。選手開始搶答，搶答器完成：優先判斷、編號鎖存、編號顯示、揚聲器提示。當一輪搶答之后，禁止二次搶答。如果再次搶答必須由主持人再次操作清零狀態開關。

圖 2-1數字搶答器總體方框圖

圖2-2電源電路

搶答電路的功能有兩個：一是分辨出選手按按鈕的先后，并鎖存優先搶答者的編號，供譯碼顯示電路用；二是要使其他選手的按按鈕操作無效。選用優先編碼器74LS148和D觸發器可以完成上述功能，其電路組成如圖2-3所示。

圖2-3搶答器電路

    工作原理是：當主持人控制開關按下時，RS觸發器的端為低電平，輸出端（4Q~1Q）全部為低電平。于是74LS148的/=0,顯示器滅燈：74LS148的選通輸入端=0,74LS148處于工作狀態。當主持人開關松開后優先編碼電路和鎖存電路同時處于工作狀態，即搶答器處于等待工作狀態，等待輸入端7 ~ 0 輸入信號，當有選手將按鈕按下時（按下S5）,74LS148的輸出210 =010, GS =0,經RS鎖存器后，CTR=1，/=1，74LS74處于工作狀態，4Q3Q2Q=101,經74LS48譯碼后，顯示器上顯示出“5”。此外，CTR=1, 使74LS148的為高電平，74LS148處于禁止工作狀態，封鎖其他按鈕的輸入。當選手按下的按鈕松開后，74LS148上的GS 為高電平，但由于CTR維持高電平不變，所以74LS148仍處于禁止工作狀態，其他按鈕的輸入信號不會被接收。這就保證了搶答者的優先性以及搶答電路的準確性。當優先搶答者回答完為題后，主持人只需再次按下清除按鈕，便可以進行下輪搶答。

    節目主持人跟據搶答題的難易程度，設定一次搶答的時間，通過預置時間電路對計數器進行預置，選用十進制同步加/減計數器74LS192進行設計，計數器的時鐘脈沖由秒脈沖電路提供。具體電路如圖2-4所示：

    電路由555定時器和三極管構成的報警電路如圖2-5所示。其中，555構成多諧振蕩器，振蕩頻率為：

fo =

其輸出信號經三極管推動揚聲器。RST為控制信號，當RST為高電平時，多諧振蕩器工作；反之，電路停振。

圖2-5報警電路

2.6時序控制電路設計

時序控制電路是搶答器設計的關鍵，他要完成以下三項功能。

  （1）主持人按下控制開關后，揚聲器發聲，搶答器和定時電路進入正常工作搶答狀態。

  （2）當參賽選手按動搶答鍵時，揚聲器發生，搶答電路和定時電路停止工作。

  （3）當設定的搶答時間到，無人搶答時，揚聲器發生，同時搶答電路和定時電路停止工作。

    設計的時序控制電路如圖2-6a和圖2-6b所示。圖中，門G1,G2的作用是控制時鐘信號CP的放行與禁止，門G3的作用是控制74LS148的輸入使能端。圖2-4a所示電路的工作原理是：主持人控制開關按下時，來自于圖2-2所示的74LS74的輸出CTR=0，經G4 反相，A=1，則從555輸出端來的時鐘信號CP能加到74LS192的CPD時鐘輸入端，定時電路進行遞減計時。同時，在定時時間未到時，來自于圖2-3所示的借位輸出端=1,門G3的輸出=0，使74LS148處于正常工作狀態，從而實現功能（1）的要求。當選手在定時時間內按動搶答按鈕時，CTR=1經G4反相A=0，封鎖CP信號，定時器處于保持工作狀態；同時，門G3的輸出=1，74LS148處于禁止工作狀態，從而實現功能（2）的要求。到定時時間到時，來自74LS192的=0，=1，74LS148處于禁止工作狀態，禁止選手進行搶答，同時G1處于關門狀態，封鎖CP信號，是定時電路保持00狀態不變，從而實現功能（3）的要求。圖2-6b所示電路用于控制報警電路。

圖2-6a時序控制電路1                           圖2-6b時序控制電路2

（1）上電，檢測電路各級直流狀態，排除故障后，并記錄特殊節點的電位數值；在電路圖中觀測以下特殊節點的電平變化情況：

圖4-1特殊點電平變化圖

    電路接+5V電壓，觀測U1,U10的3（OUT）輸出電平波形；

圖4-3 U2的輸出波形

   （2）動態調試，接上5V直流電源，將系統清除按鍵按下。74LS192的四個RS觸發器的置0端均為0，使四個觸發器均被置0。1Q為0，使74LS148的使能端=0，74LS148處于允許編碼狀態，同時1Q為0，使74LS48的滅燈輸入端=0，數碼管無顯示。這時搶答器處于準備搶答狀態。

當將系統清除按鍵放開時，搶答器處于等待狀態。當有選手將按鍵開關按下時，搶答器將接受并顯示搶答結果，假設按下的是S4，則74LS148的編碼輸出為011，此代碼送入74LS279鎖存后，使4Q3Q2Q=100，亦即74LS148的輸入為0100；又74LS148的優先編碼標志輸出為0，使1Q=1，即=1，74LS48處于譯碼狀態，譯碼的結果顯示為“4”。同時1Q=1，使74LS148的=1，74LS148處于禁止狀態，從而封鎖了其他按鍵的輸入。此外，當優先搶答者的按鍵松開再按下時，由于仍為1Q=1，使=1，74LS148仍處于禁止狀態，確保不會接受二次按鍵時的輸入信號，保證了搶答者的優先性。

圖5-1布線規則

圖5-2優先級

課程設計不僅是對前面所學知識的一種檢驗，而且也是對自己能力的一種提高。下面是我對本次CAD課程設計過程做的簡單總結。

第一，接到陳宇老師的課設任務后，我進行了選題，選擇了最感興趣的八路搶答器。這是課程設計的開端。

第二，題目確定后就是找資料了。查資料是我課程設計的前期準備工作，好的開端就相當于成功了一半，到圖書館借閱相關書籍、上網查找資料。總之，不管通過哪種方式查的資料都是有利用價值的，一一記錄下來以備后用。（在此過程中我學習并掌握了8路數顯搶答器74系列8-3優先編碼器74LS148、BCD7段譯碼器74LS48、NE555定時器、雙時鐘4位十進制加減同步計數器74LS192、以及具有鎖存功能的74LS等的原理和功能，初步了解電路原理）

    第三，通過上面的過程，已經積累了不少資料，對所選的題目也大概有了一些了解，在這樣一個基礎上，綜合已有的資料更透徹的分析了八路搶答器的原理圖。

第四，有了研究方向，就應該動手實現了。其實以前的三步都是為這一步作的鋪墊。

通過這次設計，我對電子線路CAD進行了再次的學習，知識得到了加深和鞏固，同時也更熟練地掌握了對Altium DXP的使用。在設計電路過程中也對數字電路設計中的邏輯關系等有了一定的認識，對以前學的數字電路又有了一定的新認識，溫習了以前學的知識，就像人們常說的溫故而知新嘛，但在設計的過程中，遇到了很多的問題，有一些知識都已經不太清楚了，但是通過一些資料又重新的溫習了一下數字電路部分的內容。在這次課程設計中也使我們的同學關系更進一步了，同學之間互相幫助，有什么不懂的大家在一起商量，聽聽不同的看法對我們更好的理解知識，所以在這里非常感謝幫助我的同學。

在此要感謝我的指導陳宇老師，感謝老師給我們這樣的機會鍛煉。在整個設計過程中有許多不懂得知識，陳宇老師都幫助我們解決。我懂得了許多東西，也培養了獨立工作的能力，樹立了對自己學習能力的信心，相信會對今后的學習生活有非常重要的影響。而且大大提高了動手的能力，使我充分體會到了在創造過程中的探索的艱難和成功的喜悅。雖然這個項目還不是很完善，但是在設計過程中所學到的東西是這次CAD課程設計的最大收獲和財富，使我終身受益。

• 電路原理圖
  

圖3-1電源電路

圖3-2搶答器電路

• Proteus仿真圖
  

• PCB圖