毕业论文
基于单片机的8路抢答器
专业院系: 信息工程系
班级名称: 计算机硬件与外设
专业：硬件与外设 班级：硬件091 填表日期：2011年11月20日
摘 要
伴随着科技的进步和时代的发展，在很多公开竞争场合要求有公正的竞争裁决，比如证券、股票交易以及各种智力竞赛等等,因此出现了——抢答器。抢答器一般是由很多逻辑电路组成的，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，在保留原始抢答器的基本功能的同时又增加了数码管显示电路实现了其它功能。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。
抢答器的设计就是在这种社会条件下诞生的，这次设计用AT89S51单片机为核心控制元件，设计一个实用的抢答器，本方案以单片机作为主控核心，与晶振、数码管、蜂鸣器等构成八路抢答器，利用了单片机的延时电路、按键复位电路、时钟电路、定时/中断等电路，设计的八路抢答器具有实时显示抢答选手的号码和抢答时间的特点，还有复位电路，使其再开始新的一轮的答题和比赛，同时还利用C语言编程，使其实现一些基本的功能。
本设计的系统实用性强、判断精确、操作简单、扩展功能强。它的功能实现是比赛开始，主持人读完题之后按下总开关，即计时开始，此时数码管开始进行20s的倒计时，直到有一个选手抢答时，对应的会在数码管上显示出该选手的编号和抢答所用的时间，如果在规定的20s时间内没有做出抢答，则此题作废，即开始重新一轮的抢答。在抢答和回答时间的最后5s，蜂鸣器和数码管都会给予相应报警提示。
【关键词】：
单片机、C语言、抢答器、智能竞赛
抢答器是一种应用非常广泛的设备，在各种竞赛、抢答场合中，它能迅速、客观地分辨出最先获得发言权的选手。早期的抢答器只由几个三极管、可控硅、发光管等组成，能通过发光管的指示辩认出选手号码。现在大多数抢答器均使用单片机(如MCS-51型)和数字集成电路，并增加了许多新功能，如选手号码显示、抢答时间的显示以及最后几秒钟的报警等等。
本课题利用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和选手号码。用开关做键盘输出，扬声器发声提示。系统达到要求：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20s；可以显示是哪位选手有效抢答，时间完后系统自动复位；按键锁定，在有效状态下，按键无效非法。
在现在的科技水平下，促使人们学科学、学技术、学知识的手段多种多样，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校低，且有的要么制作复杂，要么可靠性低，减少兴致。作为一个单位若专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。
而且目前多数抢答器存在以下3个不足之处：第一，现场线路连接复杂。因为每个选手位于抢答现场的不同位置，每个选手与控制台之间要有长长的连接线。选手越多，连接线就越多、越乱，这些连接线不仅影响了现场的美观，而且降低了抢答器的可靠性，增加了安装的难度，甚至影响了现场人员的走动。第二，电路复杂。因为单片机只完成号码处理、计时、数据运算等功能，其它功能如选手号码的识别、译码、计分显示等仍只能通过数字集成电路完成。采用单片机扫描技术识别选手抢按号码时，电路的延迟时间较大。第三，选手抢按成功，但出现没有抢答被记录的问题。
鉴于上述原因和不足，设计了这个抢答器，主要是掌握51单片机的原理，了解简单多功能抢答器组成原理，初步掌握多功能抢答器的调整及测试方法，提高动手能力和排除故障的能力。同时通过本课题设计与装配、调试，提高自己的动手能力，巩固已学的理论知识，建立单片机理论和实践的结合，了解多功能抢答器各单元电路之间的关系及相互影响，从而能正确设计、计算定时计数的各个单元电路。初步掌握多功能抢答器的调整及测试方法。提高动手能力和排除故障的能力。
本系统采用模块化设计智能抢答器，在抢答比赛中广泛应用，各组分别有一个抢答按键。主持人有开始和结束、复位键。开始时设定为初始的抢答时间20s主持人按键开始后，选手开始抢答为有效，数码显示屏显示抢答时间倒计时和选手号，在最后五秒扬声器发生提示、数码管开始闪烁提示。如果主持人没有按下开始键而选手就抢答视为无效，数码显示屏显示不做显示。主持人再可按键开，新一轮抢答将展开。
通过研究并在设计验证后发现，采用单片机技术设计的抢答器与目前常用的抢答器相比，首先，电路连接简单，因为大多数功能单元都通过程序设计在单片机内部，第二，工作性能可靠，抗干扰能力优于目前抢答器。所以本研究是一个实用的工程设计，而且课扩展的到许多人的抢答模式，具有创新性。
本论文章节的结构和内容如下：
第一章：绪论。简要介绍了抢答器的发展现状，说明了本课题研究的内容。
第二章：抢答器系统概述。说明了抢答器的工作过程和主要功能，并定下了本课题要达到的设计目标。
第三章：抢答器的电路的设计。详细描述了本课题各个组成电路单元的设计思路。
第四章：程序的设计。设计单片机内部运行的程序实现抢答及其他功能。
第五章：抢答器的仿真试验。阐述了抢答器通过设计，制作成仿真原图之后的仿真试验。
第六章：抢答器的制作及调试。简要的讲述了抢答器的电路制作焊接过程。
第七章：总结与展望。总结课题设计，指出设计中的一些问题，提出改善的意见，并展望抢答器的未来设计。
抢答器是生活和娱乐中重要的一环，而且老式的抢答器不能胜任现在的需求或者是接线复杂故障率高，不方便使用，所以我们开始了基于单片机的八路抢答器的设计。本章主要讲述设计的主要功能分析，和抢答器的工作过程，以及我们所采用的单片机的功能简介。
本系统是借用单片机采用模块化设计的八路抢答器，包括8路抢答按纽、倒时显示、提示功能等（根据需要可另设或多设相关功能）、开始与结束控制按键、各种相关显示调控功能等（根据需要也可另设或多设相关功能）。
参赛者系统，除享有抢答按纽的权利功能外，还有人性化的提示功能和时间提示功能，也可设定由主持控制在参赛者终端表现的趣味性功能等；主控系统的控制按键做开始和结束按键对结束的控制，对抢答限时及回答问题限时设为倒计时，并有显示提示。
系统的主要功能模块方框图如图2-1所示。
图2-1 系统主要功能模块
本系统采用模块化设计的八路抢答器，在抢答比赛中广泛应用，各组分别有一个抢答按键。一共有8个按键输入，分别对应8路选手的抢答按键。
主持人有开始和结束按键。活动开始可以预设置抢答的时间，修改改上述时间，主要是修改程序中的时间。设置好时间后抢答开始，主持人按开始键后，选手开始抢答为有效，数码显示屏显示抢答时间倒计时和选手号，在最后五秒扬声器发生提示、和数码管的闪烁进行提示。如果主持人没有按下开始键而选手就抢答视为犯规，数码不予显示。主持人按键开始新一轮的抢答，上一次的犯规抢答器将不会被记录，不给予显示。
单片机是整个抢答器的核心，内部电路设计用C语言编写。它完成了时间参数的设定，抢按号码的译码，保存；显示；输出，抢答者序号和倒计时间。
本设计中，有一个四位共阴的数码管组。其中两个显示时间，一个固定显示F，一个显示抢答号码。主持人依次按下开始键（Start），开始键后开始抢答。可以抢达按键：超时数码管显示初值“0F20”。若有选手在规定时间内抢按成功，则可以答题，数码管显示抢答时间的同时也显示选手号码。如果没人抢答，则最后5s蜂鸣器蜂鸣，数码管闪烁。
抢答器的基本工作原理：在抢答竞赛或呼叫时，有多个信号同时或不同时送入主电路中，抢答器内部的寄存器工作，并识别、记录第一个号码，同时内部的定时器开始工作，记录有关时间并产生超时信号。在整个抢答器工作过程中，显示电路、声音电路等还要根据现场的实际情况向外电路输出相应信号。抢答器的工作流程分为：系统复位、正常流程、显示流程等几部分。抢答器的工作过程如下：
1、如果想调节抢答时间，在比赛开始的时候编辑程序，写到芯片里面。
2、主持人按"抢答开始"键，并立刻进入抢答倒计时（预设20s抢答时间），如有选手抢答，会显示其号数并立显示倒计时剩余的时间，并且锁定其他的选手抢答无效，所以只有第一个按抢答的选手有效。倒数时间到小于5s会每秒响一下提示音。
3、如倒计时期间，主持人想停止倒计时可以随时按“停止”按键，系统会自动进入准备状态，等待主持人按“抢答开始”进入下次抢答计时。
4、如果主持人未按“抢答开始”键，而有人按了抢答按键，抢答无效，不给予显示，并且开始下一轮的答题。
总而言之，本课题利用AT89C51单片机及外围接口实现的抢答系统设计了抢答器，该抢答器增加了新功能、提高了系统的可靠性、简化了电路结构、节约了成本，是一个实用的工程设计。
AT89C51单片机是ATMAL公司89系列单片机的一种8位Flash单片机。它最大特点是片内含有Flash存储器，用途十分广泛，特别是在生产便携式商品手提式仪器等方面，有着十分广泛的应用。
AT89C51单片机内部主要有以下部件：8031CPU、振荡电路、总线控制部件、中断控制部件、片内Flash存储器、片内RAM、并行I/O接口、定时器和串行I/O接口
AT89C51是89系列单片机的标准型，它是与MSC-51系列单片机兼容的。在内部含有4KB可重复编程的Flash存储器，可进行1000次擦写操作。全静态工作为0-24MHZ，有3级程序锁存器，内部含有128-256字节的RAM，有32条可编程I/O口线，2-3个16位定时/计数器，6-8个中断源，通用的串行接口，低电压空闲及电源下降方式。
本文来源：https://www.2haoxitong.net/k/doc/785926310a1c59eef8c75fbfc77da26925c59696.html
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