8路抢答器

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摘要 (2)
1 引言 (3)
2工作原理和方案选择 (5)
2.1设计任务及功能分析 (5)
2.2 方案选择 (6)
2.3 系统总体设计 (8)
图2.3.2 抢答器原理图 (9)
3 各模块方案选择和论证 (9)
3.1 1602LCD显示模块 (9)
3.2 抢答器键盘的选择 (10)
3.3 抢答器报警模块 (13)
4 实物制作及仿真 (14)
5 系统软件设计 (14)
5.1抢答器定时器中断流程图 (15)
5.2抢答器按键检测流程图 (16)
6 心得体会 (16)
7参考文献 (18)
附录8 ：................................................................................ 错误！未定义书签。

8.1单片机程序....................................................................... 错误！未定义书签。

附录8：.................................................................................. 错误！未定义书签。

8.2实物图............................................................................... 错误！未定义书签。

摘要
本系统采用STC89C52单片机作为核心设计的抢答器除具有基本的抢答功能外，还具有倒计时和报警功能。

系统的四个模块分别为：单片机最小系统、显示模块（1602液晶显示）、抢答开关模块（9个独立按键）、报警音频输出模块。

关键词：单片机；抢答；倒计时；报警
Abstact
The system uses the STC89C52 microcontroller as the core design of the device is in addition to the basic vies to answer first vies to answer first function outside, still have the countdown and alarm function. Four modules of the system are: the single chip minimize system, display module (1602 liquid crystal display), vies to answer first switch module (9 independent buttons), alarm audio output module.
Keywords: SCM; Vies to answer first; Countdown; alarm
1 引言
抢答器是为智力竞赛参赛者答题时进行抢答而设计的一种优先判决器电路，广泛应用于各种知识竞赛、文娱活动等场合，真正实现先抢先答，让最先抢到题的选手来回答问题。

对于抢答器的应用，如早期的数字电路，随着科技的逐步发展，进而到了单片机的控制来实现其功能，而且功能齐全，电路简单，成本低，性能高，真正朝着有利的方向发展。

STC89C52单片机简介
STC89C52是一种带8K字节闪烁可编程可檫除只读存储器（FPEROM-Flash Programable and Erasable Read Only Memory ）的低电压，高性能COMOS8的微处理器，俗称单片机。

该器件采用ATMEL搞密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。

STC89C52具有以下标准功能：8K字节Flash，256字节RAM，8位I/O口线，看门狗定时器，2个数据指针，三个16位定时器/计数器，一个6向量2级中断结构，全双工串行口，片内晶振及时钟电路。

空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器串口、中断继续工作。

掉电保护方式下RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止。

而且，它还具有一个看门狗(WDT)定时/计数器。

如果程序没有正常工作，就会强制整个系统复位，还可以在程序陷入死循环的时候，让单片机复位而不用整个系统断电，从而保护你的硬件电路。

STC89C52有40个引脚，32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中端口，2个16位可编程定时计数器，2个全双工串行通信口，片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。

其将通用的微处理器和Flash存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash存储器可有效地降低开发成本。

STC89C52主要功能如表1所示。

表1 STC89C52主要功能主要功能特性
STC89C52单片机引脚图如下图1.1所示：
图1.1 STC89C52单片机引脚图
可编程输入/输出引脚（32根）
STC89C52单片机有4组8位的可编程I/O口，分别位P0、P1、P2、P3口，每个口有8位（8根引脚），共32根。

PO口（Pin39～Pin32）：8位双向I/O口线，名称为P0.0～P0.7
P1口（Pin1～Pin8）：8位准双向I/O口线，名称为P1.0～P1.7
P2口（Pin21～Pin28）：8位准双向I/O口线，名称为P2.0～P2.7
P3口（Pin10～Pin17）：8位准双向I/O口线，名称为P3.0～P3.7
2工作原理和方案选择
2.1设计任务及功能分析
1. 8名选手编号为:1，
2......8，各有一个抢答按钮，按钮的编号与选手的编号对应，也分别为1，2......8。

2.给主持人设置一个控制按钮，用来控制系统清零和抢答的开始。

3.抢答器具有数据锁存和显示的功能。

抢答开始后，若有选手按动抢答按钮，抢答器能准确地判断出抢答者，将选手编号立即锁存，同时在LCD显示器上显示该编号，并以蜂鸣器发声作为提示标志。

同时封锁输入编码电路，禁止其他选手抢答,优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清零为止。

4.抢答器具有定时（30秒）抢答的功能。

当主持人按下开始按钮后，要求定时器开始倒计时，并用LCD显示器显示倒计时时间，同时扬声器发出音响，音响持续。

参赛选手在设定时间（30秒）内抢答，抢答有效，蜂鸣器发出音响，音响持续，同时定时器停止倒计时，LCD显示器上显示选手的编号，定时显示器上显示剩余抢答时间，并保持到主持人将系统清零为止。

5 、如果定时抢答时间已到，却没有选手抢答时，本次抢答无效。

系统扬声器报警，并封锁输入编码电路，禁止选手超时后抢答，时间显示器显示0。

通过对功能分析，设计出抢答器主程序流程图如图2.1所示。

图2.1抢答器主程序流程图2.2 方案选择
方案一
方案一原理图2.2如下：
图2.2方案一原理框图
其工作原理为：接通电源后，主持人将开关拨到“清零”状态，抢答器处于禁止状态，编号显示器灭灯，定时器显示设定时间；主持人将开关置“开始”状态，宣布“开始”抢答器工作。

定时器倒计时，扬声器给出声响提示。

当定时时间到，却没有选手抢答时，系统报警，并封锁输入电路，禁止选手超时后抢答。

当选手在定时时间内按动抢答按钮时，抢答器要完成以下四项工作：①优先编码电路立即分辨出抢答者的编号，并由锁存器进行锁存，然后由译码显示电路显示编号；②扬声器发出短暂响声，提醒节目主持人注意；③控制电路要对输入编码电路进行封锁，避免其他选手再次进行抢答；④控制电路要使定时器停止工作，时间显示器上显示剩余的抢答时间，并保持到主持人将系统清零为止。

当选手将问题回答完毕，主持人操作控制开关，使系统恢复到禁止工作状态，以便进行下一轮抢答。

这种方案原理比较简单，但组装电路比较麻烦，控制电路部分要用几种芯片，相对繁琐。

方案二
方案二原理如下：
利用单片机可以用很少元件实现相同功能，而且单片机性能稳定，可操作性强。

可以只用P0口连接上拉电阻，完成驱动LCD的功能，串接按键可以由选手自己控制抢答机会，利用P1口接8个按键输入。

利用单片机程序判断选手按键是否有效，但选手违规抢答，利用简单程序显示选手序号，启动蜂鸣器并不间断。

给出相应的延时，选手按正常的操作抢答，软件倒记时，利用1602LCD，实现倒记时显示时间，倒计时结束后启动蜂鸣器作为报警提示。

如果选手完成问题，主持人通过按键P3.4复位，开始新的一轮作答，因为程序不是很大不需要扩展存储空间，选手按键跳入相应的子程序，回答倒记时，通过单片机实现功能可以更人性化，只需单电源供电更方便，容易实现。

用STC89C51单片机来实现电路结构简单，外围扩展的电路不是很多，锻炼我们所学的知识应用到现实生活当中。

为我们提供实践的机会。

单片机是电子专业发展的方向，更好的使用单片机可以是我们的产品小型化，使用更方便，性能更稳定，功能更齐全，所以我选用单片机加一定的外围设备实现本次课程设计的要求。

2.3 系统总体设计
图2.3.1 系统设计结构框图
如图2.3.2，P3.4为开始抢答，P1.0-P1.7为8路抢答输入，LCD1602的RS,RW,E分别接P0.7,P0.6,P0.5口，数据传输接P2.0-P2.7，蜂鸣器输出为P3.5口。

仿真时必须考虑在P0口加上拉电阻作为驱动，LCD1602才可以正常显示。

图2.3.2抢答器原理图
3 各模块方案选择和论证
3.1 1602LCD显示模块
我们考虑有以下两种显示方案。

方案一：使用液晶屏显示时间。

液晶显示屏（LCD）具有轻薄短小、低耗电量、无辐射危险，平面直角显示以及影像稳定不闪烁等优势，可视面积大，
画面效果好，分辨率高，抗干扰能力强的特点。

但由于只需要显示时间和转向、相数这样的数字，信息量比较少，且由于液晶是以点阵的模式显示各种符号，需要利用控制芯片创建字符库，可以显示的字符内容较多，使用快捷，方便，观察方便。

方案二：在使用传统的数码管显示。

数码管具有：低能耗、低损耗、低压、寿命长、耐老化、防晒、防潮、防火、防高（低）温，对外界环境要求低，易于维护，同时其精度高，称量快，精确可靠，操作简单。

但是数码显示是采用BCD编码，只能显示数字，程序编译复杂，显示的内容较少。

根据以上的论述，采用方案二。

1602LCD引脚图如图3.1所示。

图3.1 LCD1602引脚图
3.2 抢答器键盘的选择
键盘是单片机不可缺少的输入设备，是实现人机对话的纽带。

键盘按结构形式可以分为非编码键盘和编码键盘，前者用软件方法产生键码，而后者则用
硬件方法来产生键码。

在单片机中使用的都是非编码键盘，因为非编码键盘结构简单，成本低廉，非编码键盘的类型很多，常用的有独立式键盘，行列式键盘等。

方案一：独立式键盘
键盘接口中使用多少根I/O线，键盘中就有几个按键，键盘接口使用了8根I/O口线，该键盘就有8个按键，这种类型的键盘，其按键比较少，且键盘中各按键的工作互不干扰。

因此可以根据实际需要对键盘中的按键灵活的编码。

如图3.2.1。

图3.2.1独立式键盘
最简单的编码方式就是根据I/O输入口所直接反映的相应按键，按下的状态进行编码，称按键直接状态码，对于这样编码的独立式键盘，CPU可以通过直接读取I/O口的状态来获取按键的直接状态编码值，根据这个值直接进行按键识别，这样形式的键盘结构简单，按键识别容易。

独立式键盘的缺点是需要占用比较多的I/O口线，当单片机应用系统键盘中需要的按键比较少或I/O口线比较富余时，可以采用这样类型的键盘。

方案二：行列式键盘
行列式键盘是用N条I/O线作为行线，M条I/O线作为列线组成的键盘，在行线和列线的每个交叉点上，设置一个按键中按键的个数是M*N个。

这种形式的键盘结构，能够有效的提高单片机系统中I/O的利用率，列线接P1.0~P1.3行线接P1.4~P1.7，行列适用于按键输入多的情况。

CPU对键盘的扫描可以采用取程序控制的随机方式，即只有在CPU空闲是时才去扫描键盘，响应操作人员的键盘输入，但CPU在执行应用程序的过程中，不能响应键盘输入，对键盘的扫描可以采用定时方式，即利用单片机内部定时器每隔一定时间对键盘扫描一次，这样控制方式，不管键盘上有无键闭合，CPU总是定时的关心键盘状态。

在大多数情况下，CPU对键盘可能进行空扫描。

为了提高CPU的效率而又能及时响应键盘输入，可以采用中断方式，既CPU平时不必扫描键盘，只要当键盘上有键盘闭合时就产生中断请求，向CPU申请中断后，立即对键盘上有键盘进性扫描，识别闭合键，并做相应的处理。

图3.3行列式键盘
键盘接口中使用多少根I/O线，键盘中就有几个按键，键盘接口使用了16
根I/O口线，需要占用比较多的I/O口线这种类型的键盘，
根据以上的论述，采用方案一，在本系统中采用了独立式键盘。

3.3 抢答器报警模块
小型蜂鸣器因其体积小、重量轻、价格低、结构牢靠，而广泛地应用在各种需要发声的电器设备、电子制作和单片机等电路中。

由于蜂鸣器的工作电流一般比较大，以致于单片机的I/O 口是无法直接驱动的，所以要利用放大电路来驱动，一
般使用三极管来驱动。

图3.3 蜂鸣器电路图
4 实物制作及仿真
仿真图如图4所示。

图4 仿真图
5 系统软件设计
整个程序主要由定时器程序，按键检测程序，LCD1602显示程序和蜂鸣器报警程序构成。

5.1抢答器定时器中断流程图
定时器T0用于倒计时，每次中断为50ms，当计数标志为20时即为一秒，显示数字减一。

其流程图如下：
图5.2 倒计时中断流程图
5.2抢答器按键检测流程图
图4-5按键检测流程图
6 心得体会
通过实验原理图进行实物焊接，焊接时能深刻体会到焊接工艺的重要性：各个芯片的引脚功能不能混淆，该接电源的一定要接电源，该接地的一定要接地，且不能有悬空。

焊接制作必须精益求精焊接必须精益求精，一丝不苟，一点的差错都可能导致实验结果错误，因此必须准确无误还要工整，这样才能在调试中能比较轻松进行，也是整个电路可看性更好。

调试工作是个精细工作。

运行的实际效果往往跟程序的思路不一样，出现了各种乱码或是时间显示不准或是不能识别按键的错误。

在调试过程中，慢慢地划分为小部分来逐个解决，最后调试成功后也很有成就感和满足感。

调试中出现的问题及解决方法：
（1显示电路不稳定问题
在完成电路的焊接进入调试阶段时发现抢答器LCD显示选手编号不稳定。

主要表现在单选手按下抢答键后LCD显示的不是选手当前号码。

因此着手对电路进食检查，首先检查数码管看是否是关节焊接错误，后又检查电路各个芯片管脚接错均未发现问题，最后发现当触动某按键连线时显示正常由此判断可能是因为出现了虚焊，遂将电路各焊点又仔细焊接了一遍，此时电路显示正常。

（2）控制开关无法控制电路
在调试是发现当按下主持人开关时电路断电，当松开后数码管显示始终为7，经过一个多小时对电路用万用表逐个检查，发现是开关触焊接错误，通过改正焊接后电路能正常工作。

（3）LCD不能正常倒计时
在进入定时电路调试时，发现LCD不能正常倒计时，出现乱码。

对这问题我检查了LCD是否完好，电路界限是否正确均未发现问题，后发现是引脚接的有问题，于是就将焊线重新理清，LCD也能正常工作了。

总之，在设计过程中学到了许多。

作为现代的大学生，如果仅停留在以往的层次上，是远远跟不上时代的步伐，也无法使自己立足在竞争如此激烈的社会里，通过此次课程设计，看到了自己的水平和差距，学要在今后的学习中又进一步的提高。

7参考文献
[1] 康华光,邹寿彬编.电子技术基础数字部分（第四版）[M].北京:高等教育出版社,2005
[2] 谢自美编.电子线路设计·实验·测试(第二版) [M].上海:电子工业出版社,2001
[3] 何立民.MCS-51系列单片机应用系统设计系统配置与接口技术[M].北京：北京航空航天大学出版社，1999年
[4] 何立民.MCS-51系列单片机应用系统设计系统配置与接口技术[M].北京：北京航空航天大学出版社，1999年
[5] 林凌,李刚,丁茹,李小霞.新型单片机接口器件与技术[M].西安:西安电子
科技大学出版社,2005年。