毕业设计 - 基于单片机的数字抢答器设计

发者搞出来的某些产品，不是电路太复杂，就是功能太简单且极易被仿制。究其原因，可能就卡在产品未使用单片机或其它可编程逻辑器件上。

在知识竞赛中，特别是做抢答题时，在抢答过程中，为了更确切的知道哪一组或哪一位选手先抢答到题，必须要有一个系统来完成这个任务。若在抢答中，只靠人的视觉（或者是听觉）是很难判断出哪一组（或哪一个选手）先抢答到题的。利用单片机编程来设计抢答器，可以使以上问题得以解决，即使两组的抢答时间相差几微秒，也能轻松的分辨出哪一组（或哪个选手）先抢答到题的。本文主要介绍了抢答器的工作原理及设计，以及它的实际用途。 1.2 单片机抢答器的意义

本系统采用单片机作为整个控制核心。控制系统的四个模块为：显示模块、存储模块、语音模块、抢答开关模块。该系统通过开关电路四个按键输入抢答信号；利用一个数码管来完成显示功能；用按键来让选手进行抢答，在数码管上显示哪一组先答题的，从而实现整个抢答过程。在知识比赛中， 特别是做抢答题目的时候， 在抢答过程中，为了知道哪一组或哪一位选手先答题，必须要设计一个系统来完成这个任务。如果在抢答中，靠视觉是很难判断出哪组先答题。利用单片机系统来设计抢答器，使以上问题得以解决，即使两组的抢答时间相差几微秒，也可分辨出哪组优先答题。本文主要介绍了单片机抢答器设计及工作原理，以及它的实际用途。系统工作原理本系统采用89c52单片机作为核心。控制系统的四个模块分别为：存储模块、显示模块、语音模块、抢答开关模块。该抢答器系统通过开关电路四个按键输入抢答信号； 利用一个数码管来完成显示功能。工作时，用按键通过开关电路输入各路的抢答信号，经单片机的处理， 输出控制信号，单片机控制的智能抢答器设计。 1.3 抢答器的应用

随着我国经济和文化事业的发展，在很多公开竞争场合要求有公正的竞争裁决，诸如证券、股票交易及各种智力竞赛等,因此出现了抢答器。抢答器一般是由很多电路组成的，线路复杂，可靠性不高，功能也比较简单，特别是当抢答路数很多时，实现起来就更为困难。因此我们设计了以单片机为核心的新型智能的抢答器，在保留了原始抢答器的基本功能的同时又增加一系列的实用功能并简化其电路结构。抢答器又称为第一信号鉴别器，其主要应用于各种知识竞赛、文艺活动等场合。传统普通抢答器主要存在以下缺陷：

（1）、在一次抢答过程中，当出现超前违规抢答时，只能处理违规抢答信号，而对没有违规的有效抢答信号不能进行处理，因而使该次抢答过程变为无效。

（2）、当有多个违规抢答时，普通抢答器或采用优先编码电路选择其中一个，或利用抢答电路电子元件的“竞争”选择其中一个。对于后者由于抢答电路制作完毕后电子元件被固定。各路抢答信号的“竞争”能力也被固定，因而本质上也有优先权。普通抢答器存在不公平性。

（4）、当有多个违规抢答时，普通抢答器只能“抓住”其中一个而出现“漏洞”

一 数字抢答器的概述及制作要求

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

（1）给主持人设置一个开关，用来控制系统的清零（显示按键编号的数码管熄灭）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，按键编号立即锁存，并在数码管上显示选手的编号（即按键编号），同时扬声器发出声响提示（即报警）。此外，要封锁输入电路，禁止其他选手抢答。

（3）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，并显示在数码管上。

（4）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。

（5）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。

（6）选手如果在主持人按开始键之前违规抢答，系统报警，数码管上显示违规选手号码（即按键编号），直到主持人将系统清零为止。 注：系统每次报警后，均在3s后停止发出声响。 二 单片机芯片的选择及抢答器方案

2.1单片机芯片的选择

单片机选用的是STC公司推出的STC89C52RC40C，它的机器周期的时钟可选：12时钟/机器周期、6时钟/机器周期；工作电压范围：3.4V-5.5V；工作频率范围：0—40MHz,相当于普通8051单片机的0—80MHz；用户程序空间：根据单片机型号配置不同的用户程序空间，有4KB、8KB、13KB、20KB、32KB、64KB等；片内集成RAM :有1280字节和512字节两种；通用I/O口:相比传统的8051单片机增加了一个P4口；ISP（在系统编程）和IAP（在应用编程）功能：无需专用编程器/仿真器，可通过单片机串口直接下载用户程序，8KB程序3秒即可完成；有EEPROM功能；有看门狗定功能；内部集成MAX810专用复位电路，外部晶体20M以下时，可省外部复位电路；共有3个16位定时器/计数器，其中定时器0还可以当成2个8位定时器使用，外部中断4路，下降沿中断或低电平触发中断，PowerDown模式可由外部中断低电平触发中断方式唤醒；通用异步串行口（UART），还可用定时器软件实现多个UART；工作温度范围：有0—75℃和-40—85℃两种 （1）单片机管脚说明

① Vcc：供电电压。 ② GND：接地。

③ P0口：P9口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门流。当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。在Flash编程时，P0口作为原码输入口，当Flash进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。

④ P1口：P1口是一个内部提供的上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL门电流。P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故，。在Flash编程和校验时，P1作为第八位地址接收。

⑤ P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4TTL门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。这是由于内部上拉的缘故。P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。P2口在Flash编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。

⑥ P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。 P3口也可作为AT89S52的一些特殊功能口，如下表所示： P3口功能引脚简介 P3口引脚 第二功能 P3.0

RXD（串行口输入） P3.1

TXD（串行口输出） P3.2

INT0（外部中断0输入） P3.3

INT1（外部中断1输入） P3.4

T0（定时器0外部脉冲输入） P3.5

T1（定时器1外部脉冲输入） P3.6

WR（外部数据存储器写脉冲输出） P3.7

RD（外部数据存储器读脉冲输出）

P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。

⑦ RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。

⑧ ALE/RPOG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平由于锁存地址的地位字节。在Flash编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6.因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳出一个ALE脉冲。如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0.此时，ALE只有在执行MOVX，MOVC指令时ALE才起作用。另外该引脚被略微拉高。如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。

⑨ /PSEN：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。

⑩ /EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH）,不管是否有内部程序存储器。注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。在Flash编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。

11 XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。 12 XTAL2：来自反向振荡器的输出。 2.2模块性能分析

模块部分主要分为STC89C52芯片、矩阵式键盘、LED数码管显示部分，下面对这后两部分进行介绍，其中对LED七段数码管显示器做详细介绍，并根据实际工作情况采用合适的工作方式。 （1）矩阵式键盘

利用矩阵式按钮开关S1~S16组成抢答器的输入电路。S1~S16为自复式常开按钮开关，分别作为选手抢答按钮，利用行线与列线分别扫描，扫描值相或来确定是几号按键按下，锁存器的输入端为低电平。矩阵式按键主要的一个特点就是，提高单片机IO端口的利用率，以少量的IO端口控制多个按键。当程序执行时，按下按键，七段数码管显示器上即显示相应的是哪个组按下抢答。 （2）LED数码管显示

译码器的逻辑功能是将每一个输入的二进制代码译成对应的输出高、低电平信号，是编码器的反操作。数码管可以用TTL或CMOS集成电路直接驱动，所以使用译码器将BCD编码译成数码管所需要的驱动信号，以便使数码管用十进制数字显示出BCD编码表示的数值。

七段数码管的段排列和内部结构如图所示七段数码管的段排列和内部部结