基于EWB5.0的简单四路抢答器的设计

陈 波，谢 瑜，白记红，刘佳伟

（中国矿业大学 理学院，江苏 徐州 221116）

随着科学研究的不断进步，抢答器已广泛应用于娱乐、知识竞赛、电视节目等活动，能够准确、公正、直观地判断出第一抢答者，通过抢答者的指示灯显示、数码显示和警示显示等手段指示出第一抢答者。抢答器的设计方法很多[1-4]，本文基于EWB5.0软件平台设计开发四路抢答器系统，可满足抢答器的使用要求，并具有实用性强、操作简单、成本低廉等特点。

1 四路抢答器的设计

1.1 设计要求

四路抢答器的设计要求为：1）12 s后停止计时，归零，所有按键无效；2）0～12 s内1人按键后其余人按键无效，并确定最先按键者；3）当2个或2个以上的人同时抢答时，系统无输出。

1.2 设计过程

首先考虑两个输入端的情况，设这两个输入端分别为A、B，Y为A的输出端，当输入端按键按下时为高电位1，没有按下时为低电位0；A端首先按键时Y端输出为高电位1，没有按键或不是首先按键时为低电位0。对于要求1），可用12 s的时间延迟开关；对于要求2），可知当输入端A、B的电位不同时，Y端的输出情况不同，各种可能输出情况如表1所示。

表1 Y端输出情况

对于表1中输出端Y的最后一个状态，当A端先按键时，输出端Y为1；当B端先按键时，输出端Y为0，即输出端Y能够识别是A端还是B端首先按键，由此可联想到双与非门触发器[5]。双与非门触发器是由两个与非门组成，其中一个与非门的输出端与另一个与非门的输入端连接，具有反馈电路。双与非门触发器的真值表如表2所示。

表2 双与非门触发器真值表

图1 四端输入的电路

表2中输出端Y的最后一个状态“保持态”是指当输入端A、B的电位均为高电位1时，输出端Y的电位与前一状态保持一致。与表1对比，可知在A的输出端前加一非门，即可满足要求。考虑4个输入端的情况，运用三端输入的或门，把3个输入端作为一个输入端来考虑，四端输入的电路如图1所示。

运用仿真软件EWB5.0设计的四路抢答器模拟电路如图2所示，图中的方块2代表电路图1。

图2中，四路抢答器模拟电路由1个12 V电源、12 s的时间延迟开关、解码7段显示器、指示灯以及4个如图1所示的电路元件组成，当某个输入端首先按键时，对应的指示灯变亮且其他输入端的按键无效，原理上当2个或2个以上的人同时抢答时，系统无输出，但实际运行时，当2个输入端同时按键时，对应的指示灯同时变亮，并不能满足要求2），出现Bug。

图2 运用EWB5.0设计的四路抢答器模拟电路

针对2个或2个以上的人同时抢答时，系统无输出的情况，可在原有电路上加入双或非门触发器，与双与非门触发器相似，双或非门触发器由两个或非门组成，其中一个或非门的输出端与另一个或非门的输入端相连，具有反馈作用。双或非门触发器的真值表如表3所示。

表3 双或非门触发器真值表

在表3中，Y输出的最后一个状态并不是我们想要的，可在输出端Y前添加一个与门，使输出端Y与输入端A“相与”，结果作为新的输出端。考虑四端输入的情况，同双与非门触发器，运用三端输入的或门，把三个输入端作为一个输入端来考虑，四端输入电路如图3所示。

把图3所示电路加入原先四路抢答器模拟电路图中，运用仿真软件EWB5.0设计改进后的四路抢答器模拟电路如图4所示，图中的方块2代表电路图1，方块6代表电路图3。

图3 四端输入电路

图4 改进后的四路抢答器模拟电路

2 结束语

本文给出利用仿真软件EWB5.0进行四路抢答器设计的实例，该四路抢答器的设计无需编程语言，利用基本的电路元件，具有设计简单、使用方便、性能可靠、成本低的特点，实现在一定时间内停止计时，归零，所有按键无效、在规定时间内一人按键后其他人按键无效，并显示出首先按键者、当多人同时按键时系统无输出等功能，具有很大的实用性。

[1]周 奇，王晓春，王立伟，等.基于Verilog HDL语言的新型抢答器设计[J].现代仪器，2008（5）：43-46.

[2]胡 彬，邢鹏康.基于Proteus的多路抢答器的设计与仿真[J].武汉职业技术学院学报，2008（5）：66-69.

[3]黄矽琳.数字智能抢答器的设计[J].黎明职业大学学报，2008（3）：37-41.

[4]付青青，吴爱平.基于FPGA的多路抢答器设计[J].现代机械，2008（6）：37-38.

[5]马丁加.数字集成电路设计：英文版[M].北京：电子工业出版社，2002.