基于51单片机的8路抢答器

摘要

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。但抢答器的使用频率较低，且有的要么制作复杂，要么可靠性低。作为一个单位，如果专门购一台抢答器虽然在经济上可以承受，但每年使用的次数极少，往往因长期存放使（电子器件的）抢答器损坏，再购置的麻烦和及时性就会影响活动的开展，因此设计了本抢答器。

本设计是以八路抢答为基本理念。考虑到依需设定限时回答的功能，利用AT89C51单片机及外围接口实现的抢答系统，利用单片机的定时器/计数器定时和记数的原理，将软、硬件有机地结合起来，使得系统能够正确地进行计时，同时使数码管能够正确地显示时间。用开关做键盘输出，扬声器发生提示。同时系统能够实现：在抢答中，只有开始后抢答才有效，如果在开始抢答前抢答为无效；抢答限定时间和回答问题的时间可在1-99s设定；可以显示是哪位选手有效抢答和无效抢答，正确按键后有音乐提示；抢答时间和回答问题时间倒记时显示，满时后系统计时自动复位及主控强制复位；按键锁定，在有效状态下，按键无效非法。

关键词：51单片机，抢答器，时间设定

目录

1 抢答器设计功能分析 (1)

1.1 数字抢答器的概述 (1)

1.2 设计任务与要求 (1)

2 方案设计 (2)

3 硬件电路设计 (3)

3.1 总体设计 (3)

3.2 外部振荡电路 (3)

3.3 复位电路的设计 (4)

3.4 显示电路的设计 (4)

3.5按钮输入电路的设计 (4)

3.6 发声 (5)

4 系统软件设计 (6)

4.1 程序系统结构图 (6)

4.2 程序流程图 (6)

4.3 程序代码： (9)

4.3.1 查询程序: (10)

4.3.2 非法抢答处理程序: (10)

4.3.3 倒计时程序(包括有效抢答程序): (11)

4.3.4 正常抢答处理程序： (13)

4.3.5 犯规抢答程序: (14)

4.3.6 显示程序: (15)

4.3.7 延时(显示和去抖动用到): (16)

4.3.8 TO溢出中断(响铃程序): (17)

4.3.9 T1溢出中断(计时程序): (17)

总结 (18)

参考文献 (19)

1 抢答器设计功能分析

1.1 数字抢答器的概述

对于抢答器我们大家来说都不陌生，它是用于很多竞赛场合，真正实现先抢先答，让最先抢到题的选手来回答问题。抢答器不仅考验选手的反应速度同时也要求选手具备足够的知识面和一定的勇气。选手们都站在同一个起跑线上，体现了公平公正的原则。

1.2 设计任务与要求

基本要求：

1.给主持人设置一个开关，用来控制系统的清零（编号显示数码管灭灯）和抢

答器的开始。

2.抢答器具有数据锁存和显示的功能。抢答开始后，若有选手按动抢答器按

钮，编号立即锁存，并在LED数码上显示选手的编号，同时扬声器给出音响提示。此外，要封锁输入电路，禁止其他选手抢答。

发挥部分：

1.抢答器具有定时抢答的功能，且一次抢答的时间可以由主持人设定（如30

秒）。当节目主持人启动“开始”键后，要求定时器立即减计时，并用显示器显示，同时扬声器发出短暂的声响，声响持续时间0.5秒左右。

2.参加选手在设定的时间内抢答，抢答有效，定时器停止工作，显示器上显示

选手的编号和抢答时刻的时间，并保持到主持人将系统清零为止。

3.如果定时抢答的时间已到，却没有选手抢答时，本次抢答无效，系统短暂报

警，并封锁输入电路，禁止选手超时后抢答，时间显示器上显示00。

4.选手如果在主持人按开始键之前违规抢答，系统报警，LED显示违规选手号

码和FF，直到主持人按下停止键。

2 方案设计

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。由于用了单片机，使其技术比较成熟，应用起来方便、简单并且单片机周围的辅助电路也比较少，便于控制和实现。整个系统具有极其灵活的可编程性，能方便地对系统进行功能的扩张和更改。MCS-51单片机特点如下：

<1>可靠性好：单片机按照工业控制要求设计，抵抗工业噪声干扰优于一般的CPU，程序指令和数据都可以写在ROM里，许多信号通道都在同一芯片，因此可靠性高，易扩充。

<2>单片机有一般电脑所必须的器件，如三态双向总线，串并行的输入及输出引脚，可扩充为各种规模的微电脑系统。

<3> 控制功能强：单片机指令除了输入输出指令，逻辑判断指令外还有更丰富的条件分支跳跃指令。

原理框图如下：

图2-1 原理框图

3 硬件电路设计

3.1 总体设计

根据抢答器的基本功能，可以设计出如下的单片机外围电路：

图3-1 总体设计

如图3-1，P3.0为开始抢答，P3.2为停止，P1.0-P1.7为八路抢答输入，数码管段选P0口，位选P2口低3位，蜂鸣器（用绿灯代替）输出为P3.6口。P3.2为时间加1调整，P3.3为时间减1调整。

3.2 外部振荡电路

图3-2 外部振荡电路

一般选用石英晶体振荡器。此电路在加电大约延迟10ms后振荡器起振,在XTAL2引脚产生幅度为3V左右的正弦波时钟信号,其振荡频率主要由石英晶振的频率确定。电路中两个电容 C1,C2的作用有两个:一是帮助振荡器起振;二是对振荡器的频率进行微调。C1,C2的典型值为30PF。

3.3 复位电路的设计

单片机的第9脚RST为硬件复位端,只要将该端持续4个机器周期的高电平即可实现复位,复位后单片机的各状态都恢复到初始化状态，其电路图如图所示:

图3-3 复位电路

在方案中使用到了硬件复位和软件复位两种功能,由上面的硬件复位可使寄存器及存储器的值都恢复到初始值,而前面的功能提到了倒计时间需要有记忆功能,该功能实现的前提条件就是不能对单片机进行硬件复位,所以设定了软复位功能。软复位实际上就是当程序执行完毕之后,将程序指针通过一条跳转指令让它跳转到程序执行的起始地址。

3.4 显示电路的设计

显示电路使用了七段数码管7SEG-MPX4-CC，它是共阴极的，由高电平点亮。

图3-4 阴极七段数码管

按钮输入电路的设计

抢答器的输入按钮使用常开开关，

图3-5 抢答按键