四人抢答器电路设计方案汇总（六款模拟电路设计原理图详解）

1、实验原理

四人抢答器的功能是每位参赛者有一个抢答按键，按动按键发出抢答信号;竞赛主持人有一个控制按键，用于将抢答信号复位和抢答开始;竞赛开始后，先按动按键者抢答成功，同时封锁另外3路按键，禁止其他参赛者抢答;竞赛者抢答成功后对应的LED灯亮。四人抢答器系统框图如图1所示。

图1  抢答器系统框图

选手通过按键电路发出抢答信号，先按动者，抢答成功，按键保持与封锁电路将选手信息保持下来，同时封锁其他选手输入。抢答成功后对应选手的LED灯亮。主持人按键电路发出的复位信号使保持与封锁电路的各路输出复位，等待下一轮抢答。

图2  由与非门组成的抢答器电路

四人抢答器电路设计方案（一）

2.1、与非门实现

利用与非门实现四路抢答器实验电路如图2所示。

电路接通时先按一下复位按键RST，使RS触发器输出的初始状态Q1、Q2、Q3、Q4为低电平，则4个与非门的输出A、B、C、D为高电平，发光二极管均不导通、不发光。

当4个抢答按键K1、K2、K3、K4中的任意一个首先按下接通时，如K1接通，触发器输出端Q1为高电平，则与非门输出A变为低电平，与A相连的二极管D1发光，且A的低电平反馈到另外3个与非门的输入端，强制它们的输出端B、C、D维持高电平，此时，不论K2、K3、K4按键如何动作，与非门的输出端B、C、D都为高电平，与它们相连的二极管均不发光，实现了互锁功能。

图3  由D触发器组成的抢答器电路

主持人按下复位按键RST即可实现抢答器的复位，继续下一轮的抢答。

由与非门组成的抢答器电路简单、成本低、易于制作。

四人抢答器电路设计方案（二）

2.2、D触发器实现

利用D触发器和或非门也可实现抢答器功能，实验电路如图3所示。

K1、K2、K3、K4中先按动者，常闭触头断开，即可向4个D触发器发出一个上升沿抢答时钟信号，使对应的D触发器的输出Q为高电平。同时，该高电平又通过或非门使其它三路的D触发器的复位端有效，以封锁另外三路的按键作用。

图4  由可控硅和集成运放组成的抢答器电路

主持人按下复位按键RST，产生一个正脉冲，通过或非门的负脉冲输出，可使4个触发器复位清零，继续下一轮的抢答。

由D触发器组成的抢答器电路成本低、工作稳定可靠。

四人抢答器电路设计方案（三）

2.3、可控硅实现

利用可控硅（晶闸管）和集成运放同样可以实现抢答器功能，实验电路如图4所示。

调节电位器RP使LED0发光，电路得电，运放A输出高电平。按下任意抢答按键，如K1，则加到晶闸管SCR1控制极的电压为正向电压，因此SCR1导通，与之相串联的LED1亮。同时，运放A的反相输入端变为高电平，与同相输入端进行比较后，输出端变为低电平，此时再按K2、K3、K4均无效。

图5 由接触器组成的抢答器电路

主持人按下复位按键RST即可实现抢答器的复位，继续下一轮的抢答。

由可控硅和集成运放组成的抢答器电路体积和质量较大，成本相对较高。

四人抢答器电路设计方案（四）

2.4、接触器实现

利用接触器可以实现抢答器功能，实验电路如图5所示。

按下抢答按键，如SB1，其抢答过程如下：

即L1灯亮，其它抢答键SB2、SB3、SB4均无效。

主持人按下复位按键RST后，其复位过程如下：

由接触器组成的抢答器电路成本是这4种中最高的，体积也最大，实验须注意触发器的装配和系统整体布线。

四人抢答器电路设计方案（五）

555电路

因为74LS175D触发器要工作必须有CP脉冲，做成实物时采用了555定时器电路来产生CP脉冲，利用555定时器电路不需要外加信号就能产生矩形脉冲供74LS175D触发。在制作实际的四路抢答器时，采用555定时器产生CP脉冲供74LS175使用，这样用555定时器电路代替了仿真电路中的信号发生器。用555定时器构成的多谐振荡器，复位控制端6与置位控制端2相连并连接到定时电容上，R1、R2的接点与放电端7相连，控制端C0（5）不用，外接电容后接地。

蜂呜电路

为了更加明显的判别在抢答的过程中到底是哪位选手先做出抢答，四路抢答器设计要求中要求用声音信号来提示主持人。所谓的蜂鸣器是一种一体化结构的电子讯响器，蜂鸣器采用直流电压供电，其能发出单调的或者某个固定频率的声音，如嘀嘀嘀，嘟嘟嘟等。蜂鸣器的原理就是接入电流（交流或直流的蜂鸣器接人相应的电流电压），就会发出蜂鸣器自带的声音，一般用于提示及警示作用。此次电路设计采用蜂鸣器作为声音提示电路，一旦选手按下开关抢答按钮，蜂鸣器就会发出自带声音用来提示主持人。当主持人按下复位按钮之后，蜂鸣器才会停止发出声音，如图3所示。

图3  四路抢答器实际电路原理图

四人抢答器电路设计方案（六）

设计的电路组成框图如下图所示。

抢答前，主持人按下“复位”R按钮后，RS触发器的Q输出端输出低电平，CD4511处于消隐工作状态，LED数码管不显示，多谐振荡器不产生振荡，蜂鸣器不响。开始抢答时，第一个抢答者按下按钮后，输入的高电平经编码电路编成对应的8421BCD码，输入到CD4511中。与此同时，RS触发器的S输入端输入高电平后，其Q输出端变为高电平，CD4511处于锁存工作状态，将此时CD4511输入对应的译码输出锁存起来，使数码管保持显示第一个抢答者的号码，同时多谐振荡器开始产生振荡，蜂鸣器发出响声。

3．各单元电路设计

各单元设计电路如下图所示。其中C3和R6组成上电复位电路。上电后的时刻，CD4001的⑥脚瞬时输入高电平，④脚输出低电平，使LED数码管不亮，多谐振荡器停止振荡，蜂鸣器不响。无抢答输入时，集成器件CD4001的A、B、C输入端分别通过R4、R3、R1接“地”（低电平）。

4-3线编码电路的功能是将四路抢答输入信号分别编成对应的BCD码。由于电路工作速度很快，几乎不会出现多人同时刻抢答情况，多人同时刻抢答的结果也无效。所以将多人同时刻抢答输入信号看成任意项。抢答输入为高电平，用“1”表示；无抢答输入为低电平，用“0”表示。4-3线编码器真值表如下表所示（其中高位D恒为0）。

用卡诺图化简输出a、b、c、d与输入A、B、C、D的逻辑函数表达式为：

a=A+C，b=B+C，c=D，d=0根据化简后逻辑函数表达式，用二极管D1和D2分别实现a=A+C和b=B+C。

用CMOS的集成或非门CD4001构成RS触发器。其①脚为S输入端，⑥脚为R输入端。用二极管D3、D4、D5、D6和电阻R5组成4输入或门电路，实现S=A+B+C+D。用集成555定时器构成多谐振荡器。采用蜂鸣器作为发音器件。CD4511译码输出经220～330Ω的电阻限流后加到LED数码管各相应的阳极。