基于單片機(jī)的的搶答器設(shè)計(jì)

牛甲 熊剛

摘要： 隨著人們業(yè)余生活的豐富，搶答器的作用越來越重要。該文介紹了一種八路搶答器的設(shè)計(jì)。該設(shè)計(jì)是以單片機(jī)為基本核心，在完成按鍵、顯示、報(bào)警等硬件電路設(shè)計(jì)之后，配備相應(yīng)的應(yīng)用軟件，然后設(shè)計(jì)制作硬件電路。經(jīng)過測(cè)試，該系統(tǒng)達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)，實(shí)現(xiàn)了搶答、倒計(jì)時(shí)、違規(guī)顯示、報(bào)警、雙面顯示等功能。該系統(tǒng)可應(yīng)用于小型知識(shí)競(jìng)賽以及文娛活動(dòng)等場(chǎng)所，具有一定的應(yīng)用價(jià)值。

關(guān)鍵詞：?jiǎn)纹瑱C(jī)；搶答器；數(shù)碼管；按鍵

中圖分類號(hào)：TN409 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2018）04-0240-02

The Design of Responder Based on Single-Chip Microcomputer

NIU Jia，XIONG Gang

（Department of Electromechanical， Yangling Vocational and Technical College， Yangling 712100， China）

Abstract： Sparetime life of people are plentiful， the use of responder is more and more important. We introduced a kind of eight-way responder in this paper. It put single chip as basic core，we complete the design of hardware circuit，such as key，display，alarm and so on， we also complete software design. The test show that the system has reached the expected goal，achieve the following functions， such as preemptive answer，count down，violations，display，alarm， dual display and so on.the system can apply to small knowledge competition and recreational activities， it has certain application value.

Key words： Singlechip； Responder； Digital tube； Key

1 概述

隨著社會(huì)的進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各種知識(shí)競(jìng)賽，文娛活動(dòng)越來多，其中搶答器的作用就顯得比較重要。而目前使用的小型搶答器，主要有以下幾種：

主體電路由編碼器譯碼器組成，通過簡(jiǎn)單的邏輯電路實(shí)現(xiàn)搶答功能。但是該類設(shè)計(jì)功能比較單一、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、容易出現(xiàn)故障、可靠性比較低、分辨力低，且邏輯功能簡(jiǎn)單固定，尤其是在多路搶答時(shí)容易出現(xiàn)問題[1-3]。

1） 主體電路以PLC為核心器件，用軟件和硬件相結(jié)合的方式來實(shí)現(xiàn)其搶答功能[4-5]，但是電路分辨力不高，且對(duì)軟件要求較高，并且其開發(fā)系統(tǒng)種類很多，性能差別很大，通用性不強(qiáng)。

2） 主體電路以單片機(jī)為核心器件，外圍附以相應(yīng)的硬件系統(tǒng)，配備相應(yīng)的應(yīng)用軟件來實(shí)現(xiàn)功能要求。該類搶答器外圍電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，反應(yīng)速度快，分辨率高，可靠性與可控制性也很好，功能齊全，實(shí)用性[6-8]。

通過比較以上幾種方案，單片機(jī)方案有較大的活動(dòng)空間。所以，本設(shè)計(jì)以單片機(jī)為核心，設(shè)計(jì)一種能夠?qū)崿F(xiàn)搶答、倒計(jì)時(shí)、違規(guī)顯示、報(bào)警、雙面顯示等功能的智能搶答器。

2 系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)工作時(shí)，單片機(jī)自動(dòng)復(fù)位自檢，此時(shí)顯示電路不工作，在主持人宣布“開始”時(shí)，倒計(jì)時(shí)開始，若單片機(jī)檢測(cè)到有選手按下?lián)尨鹌靼存I，則顯示該選手編號(hào)，若選手提前搶答，聲光報(bào)警同時(shí)記錄選手號(hào)碼，做違規(guī)處理，當(dāng)一輪搶答之后，定時(shí)器停止、禁止二次搶答，如果再次搶答，必須由主持人再次按“復(fù)位”和“開始”鍵。系統(tǒng)框圖如圖1所示。

3 硬件設(shè)計(jì)

硬件設(shè)計(jì)采用模塊化電路，包括單片機(jī)電路模塊、顯示電路模塊、聲光報(bào)警電路以及按鍵電路等。

3.1 單片機(jī)及按鍵電路

控制器采用STC公司生產(chǎn)的低功耗單片機(jī)STC89C52，該單片機(jī)具有8K字節(jié)可編程Flash存儲(chǔ)器，指令和引腳上與MCS-51單片機(jī)完全兼容，在眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)中有廣泛應(yīng)用，具有較高的性價(jià)比。設(shè)計(jì)中單片機(jī)的P1口和P3口分別為搶答按鍵和主持人按鍵接口，具體電路如圖2所示。

STC89C52單片機(jī)內(nèi)部共有4個(gè)8位并行I/O接口：P0～P3；P1、P2、P3口內(nèi)部都設(shè)有上拉電阻，而不需再外接上拉電阻，可簡(jiǎn)化電路；而且P1口是惟一的單功能口，僅能作通用的數(shù)據(jù)輸入/輸出口，所以P1.0～P1.7為8路搶答信號(hào)輸入端，K1～K8為8個(gè)搶答按鍵，單片機(jī)在中斷中循環(huán)檢測(cè)P1口，當(dāng)有按鍵按下時(shí)，相應(yīng)的I/O口為低電平。

K_1～K_4為主持人按鍵，其中K_1為復(fù)位鍵，按動(dòng)K_1鍵，單片機(jī)進(jìn)行初始化操作，系統(tǒng)重新開始工作。該電路是上電與按鍵都有效的復(fù)位電路，在單片機(jī)運(yùn)行期間，也可以利用按鍵完成復(fù)位操作。K_4為搶答開始鍵，在主持人宣布搶答“開始”后，按動(dòng)一下K_4鍵，單片機(jī)進(jìn)入中斷服務(wù)程序，等待按鍵按下，若沒有按鍵按下則一直等待，若有按鍵按下則單片機(jī)對(duì)搶答信號(hào)進(jìn)行采樣和識(shí)別處理，把結(jié)果送數(shù)碼管顯示出來。K_2為答題限時(shí)鍵，當(dāng)主持人按動(dòng)此鍵后，選手開始答題，同時(shí)數(shù)碼管顯示倒計(jì)時(shí)。K_3為違規(guī)顯示鍵，當(dāng)有選手違規(guī)時(shí)，即聲光報(bào)警，主持人按動(dòng)此鍵，數(shù)碼管顯示違規(guī)選手號(hào)碼。

3.2 顯示電路

由于主持人與選手存在視角不同，所以采用雙面顯示進(jìn)行電路設(shè)計(jì)。主持人面采用0.56寸小型共陽極數(shù)碼管，選手面采用2.3寸大型共陽極數(shù)碼管。單片機(jī)的控制信號(hào)相同，但數(shù)碼管的驅(qū)動(dòng)電路不同，0.56寸數(shù)碼管采用三極管驅(qū)動(dòng)，5V電源；2.3寸數(shù)碼管采用三極管和達(dá)林頓管ULN2803驅(qū)動(dòng)，9V電源，當(dāng)需要顯示組號(hào)及倒計(jì)時(shí)時(shí)，數(shù)碼管工作。P0.0～P0.7為信號(hào)輸出端，接數(shù)碼管a～dp管腳。電路如圖3所示。

圖3 顯示電路

4 軟件設(shè)計(jì)

搶答器開始工作時(shí)，首先開始初始化過程，進(jìn)行各部分程序之間的關(guān)系協(xié)調(diào)、配置相關(guān)的參數(shù)以及設(shè)置定時(shí)器等工作，主程序初始化后，開始檢測(cè)是否有按鍵信號(hào)出現(xiàn)。當(dāng)檢測(cè)到P3口有低電平時(shí)，主程序根據(jù)P3口位置轉(zhuǎn)入相應(yīng)的處理程序，處理程序執(zhí)行完后，再返回主程序中。顯示子程序受控于各處理程序及搶答中斷服務(wù)程序。主程序流程圖如圖4所示。

5 結(jié)論

本設(shè)計(jì)經(jīng)過實(shí)踐證明，性能良好，完全達(dá)到了設(shè)計(jì)目標(biāo)。單片機(jī)功能強(qiáng)大，本設(shè)計(jì)只是利用其中很少的一部分；對(duì)本設(shè)計(jì)來說，還可以外接相應(yīng)的硬件系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)功能的擴(kuò)展，如增加搶答路數(shù)及主持人控計(jì)分電路等，但是改動(dòng)硬件，軟件設(shè)計(jì)要有相應(yīng)的變動(dòng)，功能實(shí)現(xiàn)的越多，對(duì)軟件的要求越高；要解決這個(gè)問題，首先要對(duì)計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)預(yù)完成的任務(wù)進(jìn)行深入的分析，明確系統(tǒng)的設(shè)計(jì)任務(wù)、功能要求、技術(shù)指標(biāo)。并且對(duì)軟件模塊分析，進(jìn)行合理的優(yōu)化等，以便達(dá)到最佳設(shè)計(jì)。

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