基于51单片机的无线红外遥控抢答器设计与制作

湖南商务职业技术学院毕业设计

目录

1产品功能分析.....................................................1

1.1设计背景...............................................1

1.2功能分析...............................................1

2设计方案遴选.....................................................2

2.1单片机的选择...........................................2

2.2显示屏的选择...........................................2

2.3无线收发的选择.........................................2

2.4系统框图设计...........................................3

3产品硬件设计.....................................................3

3.1STC89C51单片机核心电路设计............................3

3.2开始抢答电路设计.......................................4

3.3选手抢答电路设计.......................................4

3.4显示与显示驱动电路设计.................................5

3.5蜂鸣器音频电路和灯控电路设计...........................5

3.6红外遥控电路设计.......................................6

4产品软件设计.....................................................7

4.1主程序流程图...........................................7

4.2产品程序清单...........................................8

5产品使用说明.....................................................9

5.1产品装配图.............................................9

5.2产品调试..............................................10

5.3产品使用说明..........................................12

6产品设计技术标准................................................12

参考资料..........................................................13

附录..............................................................14

附录1元器件清单.........................................14

I

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附录2电路原理图.........................................15

附录3PCB设计图..........................................16

附录4产品实物图.........................................17

附录5主程序代码.........................................18

II

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基于51单片机的无线红外遥控抢答器设计与制作

1产品功能分析

1.1设计背景

随着现代教育的发展，抢答器在教育培训领域得到了广泛的应用。传统的

抢答器使用有线方式进行连接，存在着布线麻烦、使用不便的问题。为了解决

这些问题，本设计基于51单片机和无线红外遥控技术，设计了一种无线八路抢

答器。通过无线红外遥控控制，实现了方便快捷的答题操作，提高了教学活动

的效果和参与度。同时，该设计还具有较高的可靠性和稳定性，值得在教育培

训领域进行推广应用。

1.2功能分析

无线红外抢答器是一种常用于比赛、培训和教学等场合的设备，以下是对

其功能的分析：

1.快速抢答：参与者使用无线红外抢答器，按下按钮即可快速抢答问题。

抢答器通过无线红外技术将抢答信号发送给主控设备，实现快速抢答。

2.多人同时抢答：无线红外抢答器支持多人同时抢答，多个参与者可以在

同一时间段内按下按钮进行抢答。

3.抢答顺序管理：主控设备与无线红外抢答器结合使用，可以进行抢答顺

序的管理。主控设备通过解码和判断抢答信号的先后顺序，确定参与者的抢答

顺序。

5.无线通信：无线红外抢答器通过红外线传输抢答信号给主控设备，实现

无线通信。红外线通信具有短距离、抗干扰等特点，适用于抢答场合。

7.可重复使用：无线红外抢答器是可重复使用的设备，在比赛和教学中可

多次使用。通过充电，可以反复使用抢答器。

通过以上功能分析，无线红外抢答器能够实现快速抢答、多人同时抢答、

抢答顺序管理和实时反馈等功能，提高比赛和教学的互动性和参与度。同时，

无线红外技术的应用使得抢答器具有较高的抗干扰能力和灵活性。具体的功能

设计和实现可以根据实际需求和场合特点进行定制。

1

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2设计方案遴选

2.1单片机的选择

方案一：

STM32是一款高性能的单片机，但其体系结构复杂,编程难度高；价格较

STC89C51也贵很多。同时对软件开发需求高。

方案二：

STC89C51体系结构简单,编程方便；价格便宜,性价比高；已有大量编程例

程可参考，但其缺点是处理能力较低，仅支持低速外设。

综上所述，用于研究学习51单片机和无线红外遥控技术，STC89C51已经

满足需求。

2.2显示屏的选择

在选择显示屏的时候，考虑到用于抢答方面，又因为计时和显示选手抢答

序号都是数字方面，并不要其他显示。正好共阴数码管占用资源少,成本低,且驱

动简单，还能显示数字。因此显示电路选择了共阴数码管。

2.3无线收发的选择

方案一：

无线蓝牙传输数据高，距离适中且能多设备连接，但是功耗大、抗干扰能

力弱。

方案二：

无线红外成本较低，可靠性高，使用安全。但其缺点是传输距离的有限。

因为抢答器一般出现在比赛场合，而其场合需要裁决结果的准确性和公平

性，所以无线红外的高可靠性，安全性，灵活性，易操作性会大大提高比赛能

顺利进行和公平竞争。

2

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2.4系统框图设计

复位电路控制电路

主

控

时钟电路抢答电路

制

器

报警电路显示电路

图2-1系统框图

3产品硬件设计

3.1STC89C51单片机核心电路设计

STC89C51是一款常用的8位单片机，下面是它的核心电路设计方案：

电源电路：为STC89C51提供合适的电源电压。一般情况下，使用5V直

流电源供电。需要注意电源电压的稳定性和滤波，可以添加稳压电路和滤波电

容来保证供电的稳定性。

晶振电路：STC89C51需要外接晶振作为时钟源。选择合适的晶振，并连

接到单片机的晶振输入引脚。同时，为晶振引脚分别连接一个电容。

复位电路：为STC89C51提供复位功能。将RESET引脚连接到一个复位

电路，例如使用一个电容和一个电阻组成的复位电路。这样可以确保单片机在

上电或复位时的正常初始化。

外部扩展接口：STC89C51提供了多个引脚用于扩展外部设备和接口。根

据具体的应用需求，设计相应的接口电路，并将其与单片机相应的引脚连接。

串口通信：STC89C51支持串口通信，可以连接到计算机或其他外部设备

进行通信。根据具体的通信需求，设计相应的串口电路并连接到单片机的相应

引脚。

这些是STC89C51单片机核心电路的基本设计要点。实际设计中需要根据

具体的应用需求，在这个基础上进行扩展和调整。在设计过程中，还需注意电

路的布线、地线分离、排除干扰等设计原则，以确保单片机电路的正常稳定运

行。

3

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图3-1-1STC89C51单片机引脚图图3-1-2复位电路

3.2开始抢答电路设计

按钮连接到微控制器的输入引脚，按下按钮触发中断，实现抢答信号的产

生和处理。

图3-2开始抢答电路

3.3选手抢答电路设计

选手按下按钮触发中断，按钮连接到微控制器的输入引脚，微控制器通过

编程判定抢答顺序并控制LED指示灯或显示屏显示抢答结果。

图3-3选手抢答电路

4

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3.4显示与显示驱动电路设计

此电路包括显示和驱动，显示采用数码管，驱动用P2口，违规者编号、

抢答30秒倒计时、正常抢答者编号和回答问题时间60秒倒计时，数码管采用

动态显示。驱动电路P2口，查询显示程序利用P0口做段选码口输出P2低3

位做位选码输出，当为低电平则能驱动数码管使其显示数字。在+5V电压下接

1k的上拉电阻，保证正常压降，驱动数码管更亮。

图3-4显示电路

3.5蜂鸣器音频电路和灯控电路设计

通过控制不同频率的矩形脉冲来控制蜂鸣器发声。此次设计有提示声和亮

灯提醒是在抢答违规，开始抢答，抢答时间结束和回答时间结束的时候。

图3-5灯控电路图3-6灯控电路

5

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3.6红外遥控电路设计

红外遥控电路是一种常见的电路设计应用，以下是一个简单的红外遥控电

路设计方案，包含发射器和接收器。

发射器部分：发射器使用一个红外发射二极管作为红外光源，例如常用的

红外LED。为红外发射二极管提供一个合适的电流限制电阻，确保电流在可接

受的范围内。将红外发射二极管连接到一个可以产生特定频率的方波信号的信

号源，例如微控制器的GPIO引脚或者红外遥控编码芯片的输出引脚。为红外

发射二极管提供适当的电源电压和电流。

接收器部分：接收器使用红外接收二极管，例如常用的红外接收模块，如

红外接收头。将红外接收二极管接到接收电路的输入端，可以使用一个电阻来

进行电流限制。从红外接收二极管输出的信号接入一个解调电路，例如红外遥

控解码器芯片或者自行设计的解码电路。解码电路负责将红外接收到的信号解

码成相应的控制信号，如按键编码或数据编码。解码完后，控制信号可以通过

输出引脚连接到相应的设备或系统，实现遥控功能。

在设计红外遥控电路时，需要注意以下几点：红外发射二极管和红外接

收二极管的合适选型，以适应所需的发射和接收频率范围。考虑发射和接收信

号的光线可见性，避免遮挡和干扰。确保发射器和接收器之间的匹配，包括工

作频率、编码方式等参数。防止其他红外设备的干扰，可以采用滤波电路或其

他干扰防护措施。对于解码电路的选择，可以使用现成的解码芯片或者自行设

计解码电路，保证信号的准确解码和稳定性。

通过以上设计方案，可以实现简单的红外遥控电路。

图3-7红外遥控电路

6

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4产品软件设计

4.1主程序流程图

开始抢答模式时，

开始有选手按下

是

初始化各种变量否

和定时器

响声提示

显示对应选手

进入while循环

设置定时器初值并启动

开始键按下

加，减时间按键按下是

显示抢答者否

抢答倒计时（如开30始s）答题模式

是

加，减对应的

否

答题时间和

抢答时间60s答题倒计时间到

并蜂鸣器提倒示计时时间到达

是

开始键按下

停止，否

蜂鸣器鸣响报警

是重新开始新的一轮

答题模式时

开始答题计时，

抢答模式时

否停止

开始抢答计时

否

复位键按下

是

关闭抢答复位状态

图4-1程序流程图

7

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4.2产品程序清单

延时

子程序

显示

抢答main.c

子程序

子程序

定时器红外中断

子程序程序

图4-2程序设计清单

8

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5产品使用说明

5.1产品装配图

图5-1产品装配图

9

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5.2产品调试

1.在Protues调试仿真：

图5-3仿真界面图

2.打开keil，编译，检查有无错误：

图5-4程序调试界面图

10

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3.将编译好的.hex文件，进行烧录，查看调试效果：

图5-5上电效果图

例如四号抢答，然后倒计时：

图5-6抢答效果图(1)图5-7抢答效果图(2)

11

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5.3产品使用说明

1.本设计基于STC89C51/52（与AT89S51/52、AT89C51/52通用，可任选）

单片机。

2.可实现八选手（1~8选手可选）抢答。

3.抢答时间和答题时间的倒计时可以调整。

4.当比赛开始，主持人按下开始抢答，即计时开始，此时数码管开始进行

倒计时（如30s），直到有一个选手抢答时，对应的会在数码管上显示出该选

手的编号和答题时间。

5.抢答的最后10s，蜂鸣器会给予报警提示。若无人抢答，蜂鸣器也会报警

提示。

6.当开始抢答时，主持人也可以暂停抢答时间即可进入等待状态。

7.要进行下一次抢答，则主持人按下复位键，即进行下一次抢答。

8.主持人共6个按键分别为开始、复位、抢答时间加减、答题时间加减。

9.选手实现无线抢答，采用红外遥控无线抢答，可以用1~10个红外遥控模

拟抢答按键。

6产品设计技术标准

[1]J-STD-001E电气与电子组件的焊接要求；

[2]IPC-A-610D(中文版)，IPC-A-610E电子组件的可接受性要求；

[3]IPC-7711/21电子组件和电路板的返工&返修；

[4]GB/T11457-2006信息技术软件工程术语；

[5]GB/T8566-2007信息技术软件生存周期过程标准；

[6]GB/T8567-2006计算机软件文档编制规范。

12

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参考资料

[1]康华光,邹寿彬编.电子技术基础数字部分（第四版）[M].北京:高等教育出版社,2005

[2]谢自美编.电子线路设计·实验·测试(第二版)[M].上海:电子工业出版社,2001

[3]何立民.MCS-51系列单片机应用系统设计系统配置与接口技术[M].北京：北京航空航天大学出版

社,1999年

[4]陆坤,奚大顺,李之权等,电子设计技术[M].成都:电子科技大学出版社1997年[5]何立民.MCS-51

系列单片机应用系统设计系统配置与接口技术[M].北京：北京航空航天大学出版社,1999年

[5]胡学海.单片机原理及应用系统设计[M].北京：京电子工业出版社,2005年

[6]林凌,李刚,丁茹,李小霞.新型单片机接口器件与技术[M].西安:西安电子科技大学出版社,2005年

[7]李朝青主编.《单片机原理与接口技术》[M].北京航天航空大学出版社,1994年

[8]何立民主编.《单片机应用与设计》[M].北京航天航空大学出版社,1990年

[9]邹逢兴编著.《计算机硬件技术基础实验教程》[M].高等教育出版社,1994年

[10]裴亚男,付智辉主编.《数字逻辑》[M].西南交通大学出版社,2005年

[11]李海主编.《74系列芯片手册》[M].重庆大学出版社,1999年

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附录

附录1元器件清单

附表1-1元器件清单

基于51单片机的无线红外遥控抢答器设计与制作

21移动互联3班49赵靓

名称型号对应原理图编号数

量

电容220ufC11

电容10uFC21

电容104C31

电容30pfC4,C52

3MM红色REDD11

发光二极管

红外一体红外一体D21

蜂鸣器SPEAKERLS11

DC电源座子DCP11

PNP三极管9012Q11

电阻1KR11

电阻2KR21

电阻100R31

电阻10KR41

电阻30kR51

排阻1KRP11

电源开关SWITCHS11

微动开关SW-PBS2,S3,S4,S5,S6,S7,S8,S9,S10,S11,S12,15

S13,S14,S15,S16

4位共阴数码4位共阴U11

管数码管

51单片机STC89C51U21

晶振12MHzY11

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附录2电路原理图

附图2-1电路原理图

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附录3PCB设计图

附图3-1PCB设计图

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附录4产品实物图

附图4-1产品实物图正面

附图4-2产品实物图反面

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附录5主程序代码

#include<reg51.h>

#defineucharunsignedchar

#defineuintunsignedint

sbitstart=P1^0;//主持人按键开始

sbitreset=P1^1;//复位

//sbitm1=P3^1;//主持人按键答对加分，按一下加一分

//sbitm2=P3^2;//答错减分

sbitadd1=P1^2;//抢答时间调整，加1

sbitdec1=P1^3;//抢答时间调整，减1

sbitadd2=P1^4;//答题时间调整，加1

sbitdec2=P1^5;//答题时间调整，减1

sbitk1=P1^6;

sbitk2=P1^7;

sbitk3=P3^0;

sbitk4=P3^1;

sbitk5=P3^2;

sbitk6=P3^4;

sbitk7=P3^5;

sbitk8=P3^7;//选手按键

sbitbeep=P2^3;//蜂鸣器

bitqd;//抢答标志位，=1时开启抢答

bitdt;//答题标志位，=1时开启答题

//时间计算

#defineImax14000//此处为晶振为11.0592时的取值,

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#defineImin8000//如用其它频率的晶振时,

#defineInum11450//要改变相应的取值。

#defineInum2700

#defineInum33000

//解码变量

unsignedcharIm[4]={0x00,0x00,0x00,0x00};

//全局变量

ucharf;

unsignedlongm,Tc;

unsignedcharIrOK;

ucharcodetab[]={

0x5F,/*0*/

0x44,/*1*/

0x9D,/*2*/

0xD5,/*3*/

0xC6,/*4*/

0xD3,/*5*/

0xDB,/*6*/

0x45,/*7*/

0xDF,/*8*/

0xD7,/*9*/

0xCF,/*A*/

0xDA,/*b*/

0x1B,/*C*/

0xDC,/*d*/

0x9B,/*E*/

0x8B,/*F*/

0x5B,/*G*/

0x20,/**/

};//0-9代码abcdefgdp

//unsignedcharcode

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tab[]={0x5F,0x44,0x9D,0xD5,0xC6,0xD3,0xDB,0x45,0xDF,0xD7,0xCE,0xC7,0xD

C};//数字0-9的编码GCDPDEBFA

ucharshiwei,gewei,xuanshou,count,p,second;

ucharqd_time=30,dt_time=60;//抢答时间，默认30S，

答题时间，默认60S

uintt,n,a,a1,a2,a3,a4,a5,a6,a7,a8;

voidTimer()

{

TMOD=0x11;

TH1=0x3C;//初值50ms

TL1=0xB0;

EA=1;//打开中断总开关

ET1=1;//打开中断允许开关

TR1=0;//打开定时开关

IT1=1;//下降沿有效

EX1=1;//外部中断1开

TH0=0;//T0赋初值

TL0=0;

TR0=0;//t0暂时不计时，等到有红外信号时开启计时

}

voiddelay(uintz)//延时函数

{

uintx,y;

for(x=z;x>0;x--)

for(y=110;y>0;y--);//约1ms

}

voiddisplay(void)//显示函数

{

unsignedcharshiwei,gewei,xuanshou;//定义数据变量，用于显示时间和选

手号码

shiwei=tab[second/10];//秒取十位数

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gewei=tab[second%10];//取个位数

xuanshou=tab[p];//选手号

P0=gewei;//个位数据显示

P2=0x7F&(P2|0XF7);//打开位选

delay(5);//延时一会

P2=0xFF&(P2|0XF7);//关闭显示

P0=shiwei;//显示十位

P2=0xbF&(P2|0XF7);//打开显示时间十位的位选

delay(5);//延时一会

P2=0xFF&(P2|0XF7);//关闭显示

P0=0x80;//显示横线

P2=0xdF&(P2|0XF7);

delay(5);

P2=0xFF&(P2|0XF7);

P0=xuanshou;

P2=0xeF&(P2|0XF7);//选手位选

delay(5);

P2=0xFF&(P2|0XF7);

}

voidkeyscan(void)//按键函数

{

if(add1==0)//抢答加按键按下

{

display();//显示函数当做去抖用，防止按键按下时黑屏

if(add1==0)//再次判断抢答加按键是否按下（其他按键功能类似）

{

p=11;//P=11，显示q

21

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qd_time++;//抢答时间加

if(qd_time>=99)//最大加到99

qd_time=99;

}

second=qd_time;//将抢答时间赋值给计时变量

do

display();//扫描显示

while(add1==0);

}

if(dec1==0)//抢答时间减按键

{

display();

if(dec1==0)

{

p=11;//显示q

qd_time--;//时间减

if(qd_time<=1)//最小减到1

qd_time=1;

}

second=qd_time;

do

display();

while(dec1==0);

}

if(add2==0)

{

display();

if(add2==0)

{

p=12;

dt_time++;

if(dt_time>=99)

22

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dt_time=99;

}

second=dt_time;

do

display();

while(add2==0);

}

if(dec2==0)

{

display();

if(dec2==0)

{

p=12;

dt_time--;

if(dt_time<=1)

dt_time=1;

}

second=dt_time;

do

display();

while(dec2==0);

}

}

voidinit()//初始化函数

{

P2=0x04;

P0=0x3f;

t=0;

beep=1;

p=10;//选手号初始为显示H，表示等待

second=qd_time;

23

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}

voidmain()

{

uchari;

init();//调用初始化函数

Timer();//定时器设置

while(1)

{

if((qd==0)&&(dt==0))//在非抢答，非答题状态下

keyscan();//按键扫描函数

display();//显示函数

if(start==0)//主持人按下开始键

{

if((qd==0)&&(dt==0))//在非抢答，非答题状态下

{

p=10;//数码管显示H

second=qd_time;//抢答时间赋值计时变量

qd=1;//进入抢答模式

}

beep=0;//蜂鸣器长响一声

for(i=0;i<20;i++)//此处用做延时

{

display();

}

beep=1;//关闭蜂鸣器

TR1=~TR1;//定时器取反，可以开始，可以随时暂

停

do

display();//显示函数

while(!start);//等待释放按键

24

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}

if(reset==0)//复位键按下

{

display();

if(reset==0)

{

second=qd_time;//将抢答时间赋值给计时变量

t=0;//清零

p=10;//显示H

TR1=0;//停止计时

beep=1;//蜂鸣器停止

qd=0;//抢答清零

dt=0;//答题清零

}

do

display();//显示函数

while(!reset);//按键释放

}

if(qd==1)//如果是抢答模式时

{

{

if(k1==0)//一号选手按下按键

{

display();

if(k1==0)

display();

t=1;//选手号置1

qd=0;//关闭抢答模式

dt=1;//准备打开答题模式（其他选手注释相

同）

}

25

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elseif(k2==0)

{

display();

if(k2==0)

display();

t=2;

qd=0;

dt=1;

}

elseif(k3==0)

{

display();

if(k3==0)

display();

t=3;

qd=0;

dt=1;

}

elseif(k4==0)

{

display();

if(k4==0)

display();

t=4;

qd=0;

dt=1;

}

elseif(k5==0)

{

display();

if(k5==0)

display();

t=5;

26

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qd=0;

dt=1;

}

elseif(k6==0)

{

display();

if(k6==0)

display();

t=6;

qd=0;

dt=1;

}

elseif(k7==0)

{

display();

if(k7==0)

display();

t=7;

qd=0;

dt=1;

}

elseif(k8==0)

{

display();

if(k8==0)

display();

t=8;

qd=0;

dt=1;

}

if(IrOK==1)//有红外信号时

{

//1键

27

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if(Im[2]==0x0c)//是1号按下

{

display();

t=1;//选手号置1

qd=0;//关闭抢答模式

dt=1;//准备打开答题模式（其他选手注释相

同）

}

//2键

elseif(Im[2]==0x18)

{

display();

t=2;

qd=0;

dt=1;

}

//3键

elseif(Im[2]==0x5e)

{

display();

t=3;

qd=0;

dt=1;

}

//4键

elseif(Im[2]==0x08)

{

display();

t=4;

qd=0;

dt=1;

}

//5键

28

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elseif(Im[2]==0x1c)

{

display();

t=5;

qd=0;

dt=1;

}

//6键

elseif(Im[2]==0x5a)

{

display();

t=6;

qd=0;

dt=1;

}

//7键

elseif(Im[2]==0x42)

{

display();

t=7;

qd=0;

dt=1;

}

//8键

elseif(Im[2]==0x52)

{

display();

t=8;

qd=0;

dt=1;

}

IrOK=0;//红外检测完后将变量清零

}

29

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}

if(t)//t不为0时

{

switch(t)//判断t的数值

{

case1://数值为1时

{

TR1=0;//关闭定时器

p=1;//显示1

second=dt_time;//答题时间赋值给计

时变量

beep=0;//蜂鸣器响

for(i=0;i<20;i++)//延时

{

display();

}

beep=1;//蜂鸣器停止

qd=0;break;//抢答模式关闭（其

他选手注释相同）

}

case2:

{

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p=2;

second=dt_time;

beep=0;

for(i=0;i<20;i++)

{

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}

beep=1;

qd=0;break;

}

30

湖南商务职业技术学院毕业设计

case3:

{

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p=3;

second=dt_time;

beep=0;

for(i=0;i<20;i++)

{

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}

beep=1;

qd=0;break;

}

case4:

{

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p=4;

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for(i=0;i<20;i++)

{

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}

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}

case5:

{

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p=5;

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for(i=0;i<20;i++)

31

湖南商务职业技术学院毕业设计

{

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}

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}

case6:

{

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p=6;

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{

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}

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