基于Multisim的智能多路无线抢答器的设计

刘月嫦，朱齐媛，龙世瑜

(岭南师范学院 电子信息工程学院，广东 湛江 524048)

1 引言

当今的社会，竞争日益激烈，选拔、选优等活动越来越频繁，而在选拔过程中往往都是以竞争的形式，分成几个小组参加，主要考察现场的发挥水平.针对这种形式，要求选手在主持人提出问题之后，马上抢先回答获取分数.如果采取过去的方式用举手抢答，在某种程度上，这会因为主持人的主观导致不精确的判断造成比赛的不公正.所以为了举行的比赛更加精确、公平地判断出首位抢答的选手，就需要一位客观的裁判员，久而久之，满足社会需求的设备，替代现实的裁判员的工具产生了，那就是智能多路无线抢答器[1].

智能抢答器是一种涉及领域非常广的配备，应用于各种抢答和比赛的活动中，它能快速、公正地分辨出首位具有发言资格的选手.过去的抢答器只由些许三极管、可控硅、发光二极管等元件组成，可以根据发出来的指示来辨别出抢答的选手.目前的抢答器均采用PLC、单片机或芯片合成的，并且添加了很多新的功能，如红外传感的无线发射，抢答序号的显示、抢答的倒计时显示、抢答成功的报警声甚至记录选手抢答的总分数等功能[2].鉴于现在选拔选优的活动比赛日益增加，经济实用、操作简单，具有良好性能的小型抢答器必将大有市场.因此，研究本课题具有很大前景，具有一定的现实意义.

抢答器作为一种必备产品，虽使用的领域广且普遍，一些抢答器成本高、体积大、线路多，且操作和安装都很复杂，可靠性低，在抢答的活动中可能不够精准的保证比赛的公平性.随着对控制方式的随意性加大，对电路连接的简化，使其在使用的时候更为方便和灵活必将去掉繁琐的连接线，取而代之的则是通过无线发射与接收的应用[3].主要是考虑到将无线发射与接收应用在多路抢答器上，克服了有线电缆连接的局域性限制的缺点[4].

2 方案论证

图1抢答器结构框图

根据电路设计的技术要求，抢答器的电路结构框图如图1所示.本设计的数显抢答器考虑由常用的数字元器件和TTL集成芯片制作，由无线发射电路、优先编码电路、锁存电路、控制电路、译码显示电路、脉冲产生电路、复位清零电路、倒计时电路等部分组成.设计的重点是在某一选手抢答成功后封锁其他选手的信号传送，达到封锁信号的锁存效果.而本设计采用控制D触发器时钟脉冲信号的方法实现，只要有其中一个选手按下按键就会有触发判断相应的信号输出，从而封锁其余脉冲信号到74LS175D触发器的通道，达到封锁其余信号的功能[5].

本文设计的抢答器主要是由主体部分和扩展部分构成.主要的电路一是由具有优先功能的编码电路、锁存电路、报警电路和译码显示电路组成.二是由复位或清零开关启动电路和控制电路组成.拓展的电路则是通过555定时器的秒脉冲产生的信号[6]，最后由定时电路和译码电路将其信号输出并显示实现计时的功能组成.

3 抢答器总体方框图

图2抢答器总体方框图

抢答器的总体方框图如图2所示，介绍的是接通电源，各电路开始进行工作.如果开关是断开的，电路还未开始准备就绪.当开关闭合，抢答器就位，选手抢答的数码管则显示零，倒计时显示“9”同时也已准备开始倒计时，此时无论哪位选手抢答都是无效的.

如果开关重新按下，此时已经是从闭合像断开的转变，此时，抢答器的状态是从抢答就绪到抢答开始，倒计时立马从“9”一直做减法计数到“0”，若有一位选手抢答成功后，开关的信号通过红外发送，传送到锁存器中，剩下的信号都会抢答无效，任何一位选手抢答成功之后，倒计时停止，并显示抢答成功那刻倒计的时间，也即是显示剩余的抢答时间，选手编号也显示出来，同时对应的选手灯号会发亮，伴有报警声响宣告已抢答成功.如果在9秒时间内没有选手抢答，便会自动归零，任何选手都抢答无效，同时也会伴有声响，说明本次抢答不成功.

总体功能即主持人宣布抢答开始，倒计时开始，当有选手抢答时，首先锁存，阻止其他选手抢答，再编码译码器将编号显示出来，对应选手灯亮，同时报警.如无选手抢答，倒计时到0就停止，同时发出警鸣.

4 编码显示电路

图3 编码显示电路

四D触发器74LS175的输出Q，直接控制显示模块，相应选手抢答就会对应的发光二极管显示组别.当无人抢答时，4个D触发器的输出Q非全部接入与非门中，没有选手抢答时，与非门输出“0”，再用一个非门将信号变为“1”时，通过LM555定时器的作用有脉冲进入触发器，当有一人抢答时，其中一个Q非成为低电平，因此与非门为“1”，再经过一个与非门74LS21D与门中有一个信号会变为“0”，与555时钟脉冲共同接入与非门后，就由原来的上升沿状态变成了高电平，触发器74LS175为上升沿或者下降沿有效，因此当一个选手抢答成功后，立即封锁.

5 报警音响电路

报警音响电路如图4所示，抢答模块和共同控制它的输入，当选手抢答成功，倒计时归零时都能报警声响.

图4 报警音响电路

6 电路的仿真结果展示

1)主持人清零的仿真图，也即是抢答未开始的时候，抢答选手编号为零，倒计时显示器也被置数为“9”，准备就绪做减法计数，仿真如图5所示.

2)当主持人抢答主持人开关断开后，选手开始抢答，当4号选手抢答成功后，仿真如图6所示，倒计时显示器也显示剩余的倒计时间“5”.

图5 主持人清零复位仿真图

图6 4号选手抢答成功仿真图

7 结 语

利用Multisim 13对4路无线智能抢答器的设计进行的仿真验证，实验结果证明该电路设计合理，具有比较可靠的工作方式和更强的适用性，达到了预期的设计目的和要求.所设计的抢答器电路采用组合逻辑和时序逻辑电路设计，无需编程语言，具有电路简单，成本低廉，操作方便，灵敏可靠，易于制作等优点，而且在实际生活中具有很强的实用性.

[1] 李银华.电子线路设计指导[M].北京:北京航空航天大学出版社,2005.

[2] 谢自美.电子线路设计·实验·测试[M].武汉:华中科技大学出版社,2006.

[3] 沈晓波,王留留,苗磊.基于NRF24L01的多路无线智能抢答器设计[J].数字技术与应用,2012(8): 130-132.

[4] 罗映祥.基于Multisim9的智能抢答器的设计与仿真[J].微计算机信息,2010,26(25):175-176.

[5] 赵全利,李会萍. Multisim电路设计与仿真[M].北京:机械工业出版社,2016.

[6] 晏勇.基于红外线和315MHz射频信号的多路无线抢答器[J].长沙大学学报,2009,23(2): 40-42.

[7] 王勇智,陈其工.定时可调无线抢答器[J].仪表技术,2013,(11): 51-54.