數字搶答器的設計與實現

米閣 何建軍 謝日華 侯穎 何汶俊

【摘要】 隨著人們對生活質量的追求，作為娛樂項目的搶答器越來越受到人們的青睞。本設計是八路搶答器，利用AT89C51單片機、LED數碼管等實現的搶答系統。主要分為兩個部分，分別為主控系統和參賽者系統。主控系統有開始和結束控制按鈕、時限設定等，參賽者系統有搶答按鈕、計時顯示等。最后通過仿真運行得到結果。

【關鍵詞】 AT89C5 硬件 軟件 仿真

一、概述

1.1 單片機搶答器的背景和現狀

隨著電氣時代、電子時代的結束，現已進入的計算機時代。除了PC機外還有一類為單片機，它的體積很小，在整個裝置中起到了核心的作用。本系統采用AT89C51單片機作為整個控制核心。這個控制系統包含了四個模塊，分別是：顯示模塊、存儲模塊、語音模塊以及搶答器開關模塊。

二、設計概述

2.1 總體設計

搶答器的工作原理主要是采用單片機這個最小系統，通過鍵盤進行搶答，并動態顯示組號。主持人按下開始搶答按紐時，蜂鳴發出響聲提示，且數碼管進行30秒倒計時，若有人在30秒搶答，蜂鳴器響聲提示并顯示他的組號。之后主持人按下復位開關為下一題的搶答做準備。

2.2系統的基本功能為：

1、設計基本單元的搶答路數，及可擴展單元路數。2、記錄搶答時間，有爭議時可查閱時間紀錄。3、設置開始搶答鍵，顯示及音響提示開始音，具有提前搶答處理功能。4、建立并論證游戲規則的公平性，如開始提示音起始或結束。5、搶答時間辨別0.1S。

三、系統硬件電路設計

1、AT89C51單片機硬件電路。本設計使用到的元器件包括：AT89C51芯片、LED顯示器、七段LED數碼管的譯碼。其中系統的核心是AT89C51，它主要負責控制各個部分，讓各個部分協調工作。并在其外圍接入復位模塊，數碼管，按鈕以及振蕩器等。2、時鐘頻率電路。單片機必須在時鐘的驅動下才能工作。此電路外接一個振蕩源就就能產生一定的時鐘信號并送到單片機內部的各個單元，來調控單片機運行的工作速度。因為本設計要達到分辨時間為0.1s，因此設置定時器的基準時間為1ms，設置100ms按鍵采集一次，即達到設計要求的0.1s。3、開始按鍵。搶答器必須在按下開始按鍵之后才被視為有效搶答，開始鍵由主持人控制，最后仿真時按下此鍵表示搶答開始。4、八路選手搶答鍵。本數字搶答器的設計為8路按鍵輸入，將采用獨立按鍵的方式。在此次設計中在p1.0-p1.7接口處接入八路鍵盤，單片機通過讀取p1.0-p1.7的值來判斷當前的輸入的是8個按鍵中的哪一個。5、顯示電路。4本設計數碼管采用的是共陰極的，由高電平點亮。其中數碼管的顯示一般情況下包含兩種：靜態顯示和動態顯示。動態顯示不會有閃爍感，能夠節省大量的I/O端口，而且產生較低的功耗。因此本設計采用動態顯示。6、蜂鳴器音頻輸出電路。單片機的I/O口驅動能力有限，而蜂鳴器發聲需要較高的電流，在這里利用三極管放大電流來使蜂鳴器獲得足夠的驅動電流。蜂鳴器音頻輸出電路的功能是用來發出警報聲，起到提醒的作用。

四、系統軟件設計

在進行微機控制系統設計時，除了系統硬件設計外，大量的工作就是如何根據每個生產對象的實際需要設計相應的應用程序。本系統軟件采用模塊化結構，采用C語言，由主程序﹑鍵盤子程序、顯示驅動子程序等構成。

五、制作與調試

1、仿真軟件介紹。但在本次設計中我們編寫簡單的C語言，設置使其生成HEX文件，再與Proteus結合， 將hex文件導入單片機內，進行仿真。通過Keil與 Proteus的整合調試來實現系統的總調，Keil為軟件調試界面，而 Proteus是作為硬件仿真以及調試的界面。

2、仿真結果與分析。當仿真開始運行時，搶答鍵和蜂鳴器都處于開啟狀態，當主持人重新按下開始鍵時，這表示搶答正式開始，并且數碼管會顯示30秒倒計，同時通過蜂鳴器發出的聲音來提醒選手搶答已經開始了。

如圖所示，是搶答成功的情況，顯示屏上顯示的數字有18和5，這表明在開始后18秒時由5號選手搶得，且有蜂鳴器發出提示聲。

結論：本文以AT89C51單片機為核心設計了八路搶 答器系統，通過軟件仿真和硬件測試實現了智能特性，具有反應快、操作簡便、以及成本低廉等特點。

參 考 文 獻

[1] 李光飛.單片機課程設計實例指導[M].北京：北京航天航空大學出版社，2004

[2] 李朝青.單片機原理及接口技術（第3版）[M].北京：北京航空航天大學出版社，2002

[3] 黃正謹.綜合電子設計與實踐[M].東南大學出版社，2002-3