基于單片機的多媒體搶答器設計與實現

仲小博

摘 要：在現在的各種比賽中都能看見搶答器的身影，搶答器的設計與使用都受到使用環境的很大限制。本文中將優化傳統搶答器的設計思路，不僅具有傳統的搶答功能，還同時兼具及時和報警的功能。同時也采用的Access數據庫技術，使得使用者可以直接對題庫進行更改。使搶答器變得更加智能化，美化人機交互界面。

關鍵詞：搶答器；計算機；數據庫

搶答器主要應用在各種比賽當中，而傳統的搶答器大多是由純數字電路或單片機制成，而將單片機同計算機聯合起來是未來搶答器設計的主要方向。這主要是因為單片機在對數據信號的處理能力和效率上很差，而與計算機相結合后可以很好的補足此項差距，同時利用計算機技術又會很好的美化人機交互的界面。更重要的是這種技術的成本投入較少、安裝使用的過程也極易上手。

1 設計目的

搶答器實際上就是一種信號識別器，主要用于各種娛樂、競賽等場所。普通搶答器在實際應用中大多存在以下缺點：一是當在一次搶答過程中，都有一人違規提前搶答時，只能處理此次提前的違規信號，而不能對后面傳來的有效槍打信號進行處理，使本輪搶答過程無效；二是當很多人在搶答中都出現違規行為，搶答器只能分辨出其中的一個信號，其他的違規信號則無法顯現；三是當同時有多個有效的搶答信號時，只是利用搶答器中電子元件之間的競爭來顯示一個有效信號，但這種競爭能力是固定的，搶答也就因此不具有平性。

本文中介紹的搶答器可以有效的克服傳統搶答器的缺點，成為一種智能型的搶答器，并且對各種先好進行拆分與歸類，是每一次搶答的過程都是有效的。同時兼具更改題庫功能，利用計算機技術，美化人機交互界面。

2 系統的總體結構設計

本搶答器的結構設計主要分為兩部分，分別是上位機和下位機。其中上位機主要是計算機系統，下位機是由單片機構成的觸發電路。作為上位機的計算機的功能是比賽中對答題環節的管理，主要技術是使用計算機的數據庫功能，通過下位機的發出的數據進行操作。作為下位機的單片機的外部用來做對按鍵的掃描，利用單片機的中斷信號進行數據的接收與發送。如圖1，系統結構也主要分為六大部分：電源、單片機、串口通信、按鍵中斷觸發、選手按鍵、主持人按鍵。

上位機部分是計算機，與下位機利用串口進行數據連接。當選手按下搶答器的時候，會將搶答信號會利用串口傳輸到單片機中，申請中斷信號，單片機接到數據信號后同樣利用串口向計算機中發送按下按鍵的選手信息，并利用計算機顯示出來。而主持人的按鍵功能模塊則是對整個比賽過程監控，可以操作如開始搶答、中斷搶答、下一題、統計得分等智能功能。每按下一次搶答器按鈕，就會向單片機發送一次中斷信號，同時將數據向上位機中傳送。電源模塊主要是利用5V的電源提供基礎能量。

3 硬件電路

搶答器的硬件部分主要是由串口通信模塊、電源模塊、單片機模塊組成的。

3.1 單片機模塊

此模塊是整個系統中最小的部分，主要是利用AT89C51單片機制作。其各個接口和電路的功能：P0、P1、P2端口和P3的部分端口作為選手和主持人按鈕的接口。P0作為主持人面前的指示燈的端口，P1連接選手的按鈕，P2連接主持人的按鈕，P3端口則拆分為六部分，其中P3.0和P3.1作為通信數據的串口，P3.2作為選手按鍵后發出中斷信號的端口，P3.3則作為主持人按下按鍵后發出中斷信號的端口，P3.4作為主持人發出開始搶答信號的端口，P3.5則為顯示主持人手中搶答器狀態的端口。

3.2 串行通信模塊

本次搶答器使用的單片機，它的邏輯1和邏輯0電平分別是5V和0V，而電腦的數據接口使用的電平標注卻與之不同，邏輯1的電平是-3V到-12V之間，邏輯0的電平是3V到12V之間，由此可見，這兩部分之間的電平范圍差距很大，因此需要利用到能夠改變電平的電路系統。但是轉變電平的電路系統樣式很多，本次低昂大氣利用的是Max232CPE芯片，這種芯片能夠電平先好轉換為0V至5V之間的穩定電平

3.3 主持人按鍵模塊以及指示燈模塊

這部分主要是兩個模塊的整合，按鍵可以根據所用功能進行分類與選用。比如可以分為開始、結束、顯示答案、計算得分、選手作答的答案等。指示燈根據競賽的需要也可以分別設置，比如設置顯示正確答案、選手答案等功能指示作用。

3.4 電源模塊

此部分主要是使用一節電壓在9V左右的電池即可，在利用電壓轉換電路，將電壓轉換為比較穩定的5V電壓，這樣不僅會使設備的體積變小，同時也會降低成本。

4 軟件設計

由于本設計采用模塊化，因此需要保證接口間數據傳輸的準確性。同時利用數據庫技術，建立一個競賽需要的題庫，利用計算機高效的數據處理能力，實時分析單片機中傳出來的數據，根據不同的數據信號進行不同的處理，以此相應軟件中各種先好。同時利用計算機技術設計出搶答器的使用界面，該界面的設計就可依據個人的使用習慣，合理的安排即可。同時利用C語言技術來控制下位機，在程序的執行過程中，先初始化各個程序功能，然后無限循環的按段是否觸發了開始搶答按鍵，當收到該信號時在接受其他數據信號，而沒收到開始搶答信號時，系統中的任何其他信號都不予以接收。

5 結語

本系統利用單片機與計算機互聯的方式，將軟硬件結合起來，實現搶答器的智能化應用，不僅使用簡單、安裝方便，成本也大大降低，對搶答器未來的設計有著極其重要的作用。

參考文獻

[1]康麗杰，康迪.基于單片機的8路搶答器簡單設計[J].信息系統工程，2010，（2）：60-61.

（作者單位：河北大學電子信息工程學院）