1、實驗原理

四人搶答器的功能是每位參賽者有一個搶答按鍵，按動按鍵發出搶答信號;競賽主持人有一個控制按鍵，用于將搶答信號復位和搶答開始;競賽開始后，先按動按鍵者搶答成功，同時封鎖另外3路按鍵，禁止其他參賽者搶答;競賽者搶答成功后對應的LED燈亮。四人搶答器系統框圖如圖1所示。

圖1 ?搶答器系統框圖

選手通過按鍵電路發出搶答信號，先按動者，搶答成功，按鍵保持與封鎖電路將選手信息保持下來，同時封鎖其他選手輸入。搶答成功后對應選手的LED燈亮。主持人按鍵電路發出的復位信號使保持與封鎖電路的各路輸出復位，等待下一輪搶答。

圖2 ?由與非門組成的搶答器電路

四人搶答器電路設計方案（一）

2.1、與非門實現

利用與非門實現四路搶答器實驗電路如圖2所示。

電路接通時先按一下復位按鍵RST，使RS觸發器輸出的初始狀態Q1、Q2、Q3、Q4為低電平，則4個與非門的輸出A、B、C、D為高電平，發光二極管均不導通、不發光。

當4個搶答按鍵K1、K2、K3、K4中的任意一個首先按下接通時，如K1接通，觸發器輸出端Q1為高電平，則與非門輸出A變為低電平，與A相連的二極管D1發光，且A的低電平反饋到另外3個與非門的輸入端，強制它們的輸出端B、C、D維持高電平，此時，不論K2、K3、K4按鍵如何動作，與非門的輸出端B、C、D都為高電平，與它們相連的二極管均不發光，實現了互鎖功能。

圖3 ?由D觸發器組成的搶答器電路

主持人按下復位按鍵RST即可實現搶答器的復位，繼續下一輪的搶答。

由與非門組成的搶答器電路簡單、成本低、易于制作。

四人搶答器電路設計方案（二）

2.2、D觸發器實現

利用D觸發器和或非門也可實現搶答器功能，實驗電路如圖3所示。

K1、K2、K3、K4中先按動者，常閉觸頭斷開，即可向4個D觸發器發出一個上升沿搶答時鐘信號，使對應的D觸發器的輸出Q為高電平。同時，該高電平又通過或非門使其它三路的D觸發器的復位端有效，以封鎖另外三路的按鍵作用。

圖4 ?由可控硅和集成運放組成的搶答器電路

主持人按下復位按鍵RST，產生一個正脈沖，通過或非門的負脈沖輸出，可使4個觸發器復位清零，繼續下一輪的搶答。

由D觸發器組成的搶答器電路成本低、工作穩定可靠。

四人搶答器電路設計方案（三）

2.3、可控硅實現

利用可控硅（晶閘管）和集成運放同樣可以實現搶答器功能，實驗電路如圖4所示。

調節電位器RP使LED0發光，電路得電，運放A輸出高電平。按下任意搶答按鍵，如K1，則加到晶閘管SCR1控制極的電壓為正向電壓，因此SCR1導通，與之相串聯的LED1亮。同時，運放A的反相輸入端變為高電平，與同相輸入端進行比較后，輸出端變為低電平，此時再按K2、K3、K4均無效。

圖5 由接觸器組成的搶答器電路

主持人按下復位按鍵RST即可實現搶答器的復位，繼續下一輪的搶答。

由可控硅和集成運放組成的搶答器電路體積和質量較大，成本相對較高。

四人搶答器電路設計方案（四）

2.4、接觸器實現

利用接觸器可以實現搶答器功能，實驗電路如圖5所示。

按下搶答按鍵，如SB1，其搶答過程如下：

即L1燈亮，其它搶答鍵SB2、SB3、SB4均無效。

主持人按下復位按鍵RST后，其復位過程如下：

由接觸器組成的搶答器電路成本是這4種中最高的，體積也最大，實驗須注意觸發器的裝配和系統整體布線。

四人搶答器電路設計方案（五）

555電路

因為74LS175D觸發器要工作必須有CP脈沖，做成實物時采用了555定時器電路來產生CP脈沖，利用555定時器電路不需要外加信號就能產生矩形脈沖供74LS175D觸發。在制作實際的四路搶答器時，采用555定時器產生CP脈沖供74LS175使用，這樣用555定時器電路代替了仿真電路中的信號發生器。用555定時器構成的多諧振蕩器，復位控制端6與置位控制端2相連并連接到定時電容上，R1、R2的接點與放電端7相連，控制端C0（5）不用，外接電容后接地。

蜂嗚電路

為了更加明顯的判別在搶答的過程中到底是哪位選手先做出搶答，四路搶答器設計要求中要求用聲音信號來提示主持人。所謂的蜂鳴器是一種一體化結構的電子訊響器，蜂鳴器采用直流電壓供電，其能發出單調的或者某個固定頻率的聲音，如嘀嘀嘀，嘟嘟嘟等。蜂鳴器的原理就是接入電流（交流或直流的蜂鳴器接人相應的電流電壓），就會發出蜂鳴器自帶的聲音，一般用于提示及警示作用。此次電路設計采用蜂鳴器作為聲音提示電路，一旦選手按下開關搶答按鈕，蜂鳴器就會發出自帶聲音用來提示主持人。當主持人按下復位按鈕之后，蜂鳴器才會停止發出聲音，如圖3所示。

圖3 ?四路搶答器實際電路原理圖

四人搶答器電路設計方案（六）

設計的電路組成框圖如下圖所示。

搶答前，主持人按下“復位”R按鈕后，RS觸發器的Q輸出端輸出低電平，CD4511處于消隱工作狀態，LED數碼管不顯示，多諧振蕩器不產生振蕩，蜂鳴器不響。開始搶答時，第一個搶答者按下按鈕后，輸入的高電平經編碼電路編成對應的8421BCD碼，輸入到CD4511中。與此同時，RS觸發器的S輸入端輸入高電平后，其Q輸出端變為高電平，CD4511處于鎖存工作狀態，將此時CD4511輸入對應的譯碼輸出鎖存起來，使數碼管保持顯示第一個搶答者的號碼，同時多諧振蕩器開始產生振蕩，蜂鳴器發出響聲。

3．各單元電路設計

各單元設計電路如下圖所示。其中C3和R6組成上電復位電路。上電后的時刻，CD4001的⑥腳瞬時輸入高電平，④腳輸出低電平，使LED數碼管不亮，多諧振蕩器停止振蕩，蜂鳴器不響。無搶答輸入時，集成器件CD4001的A、B、C輸入端分別通過R4、R3、R1接“地”（低電平）。

4-3線編碼電路的功能是將四路搶答輸入信號分別編成對應的BCD碼。由于電路工作速度很快，幾乎不會出現多人同時刻搶答情況，多人同時刻搶答的結果也無效。所以將多人同時刻搶答輸入信號看成任意項。搶答輸入為高電平，用“1”表示；無搶答輸入為低電平，用“0”表示。4-3線編碼器真值表如下表所示（其中高位D恒為0）。

用卡諾圖化簡輸出a、b、c、d與輸入A、B、C、D的邏輯函數表達式為：

a=A+C，b=B+C，c=D，d=0根據化簡后邏輯函數表達式，用二極管D1和D2分別實現a=A+C和b=B+C。

用CMOS的集成或非門CD4001構成RS觸發器。其①腳為S輸入端，⑥腳為R輸入端。用二極管D3、D4、D5、D6和電阻R5組成4輸入或門電路，實現S=A+B+C+D。用集成555定時器構成多諧振蕩器。采用蜂鳴器作為發音器件。CD4511譯碼輸出經220～330Ω的電阻限流后加到LED數碼管各相應的陽極。