智力抢答器实验报告

单片机课程设计

实

验

报

告

班级:通信工程13-2班

学号:2013211576

姓名:陈立

指导老师:王琼

2016年6月20日~2016年7月4日

合肥工业大学课程设计任务书

设计课题智力竞赛抢答器

一课题背景

随着科学技术的不断发展，促使人们学科学、学技术、学知识的手段多种多样。抢答器作为一种工具，已广泛应用于各种智力和知识竞赛场合。目前大多数抢答器均使用单片机及外围接口实现，基于单片机的智力竞赛抢答器系统框图如下图所示。

抢答开关电路分别设定选手抢答键若干个、主持人开始抢答键和复位键，每位选手对应一个抢答指示灯。系统工作后，首先由主持人按下开始键，单片机进入30秒倒计时，选手们开始抢答，如果在30秒内无人抢答，则自动放弃，进入下一题；若有人抢答，则单片机自动检测最先抢答选手信息并做出处理，封锁输入电路，禁止其他选手抢答，使选手对应的抢答指示灯点亮，LED显示器上同步显示抢答选手的编号，同时扬声器发声提示，表示抢答成功。此后，单片机进入90秒回答问题倒计时，若选手在90秒内回答完问题并回答正确，主持人按加分键，LED显示器上显示选手的得分；若选手回答完问题超时或回答错误，则主持人按减分键，LED显示器上显示选手的得分。主持人按下复位键，系统返回到抢答状态，进行下一轮抢答。

在主持人按下开始抢答键前，有选手提前按下抢答键时，视为抢答犯规，系统红色报警灯点亮，LED显示器显示超前抢答报警信息，同时扬声器发声提示抢答犯规。当有几位选手同时按下抢答键时，由于在时间上必定存在先后，系统将

自动锁存最先按键选手信号。

二课题设计要求

（1）基本要求

本课题硬件部分要求画出系统模块连接图，在实验平台上设计组成智力竞赛抢答器系统，并在其上调试自己设计、编制的程序，直到正确、完善达到要求为止。在软件程序设计方面，要完成以下基本内容：设计编写系统各模块的软件程序并调试通过，画出各程序模块的流程图。实现数据（选手编号）锁存和显示、超前抢答报警、抢答时间和回答问题时间倒记时显示、扬声器发生提示等基本功能。

（2）附加要求

附加要求则是根据学生学习单片机掌握和运用的情况选作，这给同学们开动脑筋发挥自己的创造性思维留出了空间。系统还可以增加以下功能：

①支持人可根据题目难易程度设置抢答限时时间、答题限时时间，而不是采用固定的抢答限时时间和答题限时时间。抢答限时时间和回答问题的时间设定在1~99秒内，通过键盘进行加减。

②抢答限时倒计时和答题限时倒计时在达到最后5秒时进行声光报警，提示选手抢答剩余时间答题剩余时间。扬声器每秒响一次，红色发光二极管闪烁点亮，频率为0.5Hz。

③抢答倒计时到达0时，报警，并锁定抢答开关禁止选手抢答。

④增加计分功能，当答题结束后，根据选手的答题情况给选手进行相应的加减分；查询功能，实现每位选手的分值查询。

本次课题设计完成以上全部基本要求和附加要求，符合单片机课程设计的基本要求，并在此基础上额外实现了按键时响铃提示功能，具体要求实现以及操作见报告后半部分。

三课题设计原理

该系统采用51系列单片机AT89C51作为控制核心，该系统可以完成运算控制、信号识别以及显示功能的实现。主要模块由单片机控制，时序控制，数码管显示，LED灯及响铃的逻辑控制，键盘控制及8279芯片的使用，基本框图如下图所示：

本课题的硬件部分可以利用现有的目标板实验装置，实验箱上2×8矩阵键

盘、LED显示器、K

0～K

7

开关电路、L

～L

7

发光二极管和蜂鸣器电路等。具体安排

如下：

（1）抢答器可同时供8名选手或者8个代表队参加比赛。抢答开关电路设计方案：采用实验箱4×4矩阵键盘电路（参照《单片机原理及应用实验教程》一书第1部分第4章“图4.13 8279、键盘及LED显示电路示意图”），分别设置8个抢答键、主持人开始键和复位键；

（2）8个选手抢答指示灯由实验箱L

0～L

7

发光二极管电路构成，单片机P

1

.

～

P 1.

7

分别接L

～L

7

；实验箱LED显示器共有6个LED管（参照本书第1部分第4

章“图4.13 8279、键盘及LED显示电路示意图”），一个显示抢答选手编号，2个显示到计时时间，2个显示选手的分数，1个显示第几题等提示信息。还可以显示抢答犯规（显示“S”）等提示信息。

（3）单片机定时器T0实现倒计时定时，定时器T1控制扬声器报警。

（4）单片机P

3.

2

接实验箱扬声器，电路图参照“图4-10响铃实验电路示意

图”，P3.1接试验箱红色发光二极管。

四课题实现流程

1.单片机主体程序工作流程图如下所示：

2.课题实现流程：

（1）从PC端载入实验所需程序。

（2）数码管显示30秒抢答时间和90秒答题时间，此时主持人可根据题目的难易程度分别按B、C键增加抢答时间或者答题时间；此时尚未按下开始键。

若有选手抢答则算犯规，数码管显示犯规选手编号和犯规标志“S”；支持人按组合键“F+A”复位。

（3）主持人按下A键，中断开启，进入抢答倒计时，此时选手可以进行抢答，此时算正常抢答时间。

（4）若在抢答时间内有人抢答，则关闭抢答倒计时中断，开启答题倒计时中断，进入答题倒计时，主持人可以根据选手回答问题情况分别按D、E键对相

应选手进行加减分。

（5）回答完毕时支持人可以按组合键“F+A”复位，进入下一题；或者答题时间走完，系统自动复位进入下一轮答题（题号加一，数码管显示变为（2）的状态，重复步骤）。

（6）若在抢答时间内没有人抢答，系统自动复位，进入下一轮答题。

（7）总复位：组合键“F+B”，系统恢复载入程序时的初始状态（题号也复位为第一题）。

（8）分数查询：组合键“F+C”，此时进入分数查询模式，再按选手号，数码管显示相应选手当前分数，退出按复位键。、

3．课题设计存在不足

（1）除去选手编号外，复位键、查询键等按键的组合以及复用可以进一步完善，以达到统一；

（2）抢答时间和答题时间的更改方面，未能实现更加简便的由键盘输入值决定以及减少时间功能；

（3）分数查询方面，未能实现随时，尤其是在抢答或者答题倒计时过程中可以查询的功能，即还未统一好分数查询与倒计时中断的关系，有待改进；

（4）程序代码方面，在扫描选手是否按下抢答键时程序过于繁琐，可以进一步简化，整个程序所设标志位也过多，不便于记忆理解，同时对中断的使用可