数字抢答器设计2

数字抢答器设计

摘要

单片机把我们带入了智能化的电子领域，很多繁琐的系统若由单片机进行设计，便能收到

电路更简洁、功能更齐全的良好效果。而随着技术的进步，单片机与串II通信的结合更多地应

用到各个电子系统中已成i种趋势。对于抢答器我们大家都知道那是用于选手做抢答题时用的,

选手进行抢答，抢到题的选手来回答问题。

本文设计的八路抢答器采纳了数字显示器干脆指示、自动锁存显示结果、并自动复位的设

计思想，因而具有显示直观、不须要人为干预的特点。本设计采纳AT89s52单片机作为限制核

心，限制系统可分为五个模块：存储模块、显示模块、定时模块、报警模块、抢答开关模块。

通过八个按键开关输入抢答信号，利用蜂鸣器发声实现报警功能，利用存储程序实现存储功能,

利用一个四位一体数码管来完成显示功能。单片机限制的数字抢答器具有电路简洁、成木低、

运行牢靠等特色，因而具日较好的应用的景。

关键词：单片机，抢答器，定时，报警

目录

第1章引言........................................................3

1.1数字抢答器概述...............................................3

1.2抢答器的设计要求.............................................3

1.3系统主要功能...............................................4

第2章抢答器硬性设计..............................................5

2.1元器件的选择...............................................5

2.2系统的硬件构成及功能.......................................5

工作原理.................................................7

单元电路设计...........................................8

八路抢答器实物图.....................................12

第3章抢答器软件设计..............................................13

3.1系统主程序设计.............................................13

3.2中断服务程序设计...........................................14

3.3抢答器的源程序.............................................16

结论......................................................27

致谢..............................................................28

参考文献............................................................29

附录..............................................................30

附录一：元器件清单.................................................30

附录二：设计原理图.................................................31

第1章引言

对于抢答器我们大家都知道那是用于选手做抢答题时用的，选手进行抢答，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

的学问面和肯定的志气。选手们都站在同一个起跑线上，体现了公允公正的原则。

本设计是基于单片机设计抢答系统，通过串口通信动态传输数据，使抢答系统有了

更多更完善的功能。单片机系统的硬件结构蜴予了抢答系统“身躯”，而单片机的

应用程序赐予了其新的“生命”，使其在传统的抢答器面前具有电路简洁、成本低、

运行牢靠等特色。因而具有较好的应用前景。

1.1八路数字抢答器的概述

本文介绍的八路数字抢答器具有电路简洁、成本较低、操作便利、灵敏牢靠等

优点，经运用效果良好，具有较高的推广价值。无线遥控抢答器，它由8个放射器

和1个接收器组成，可用于8组或8组以下的智力竞赛中。竞赛前，将参赛组从0

至7编号，每组发给对应的一个放射器。将接收器放于各组中心或前方。主持人按

一下启动键后，抢答起先。此后，哪一组最先按下放射器上的抢答键，接收器就马

上显示该组的组号并锁定，同时发出3次喷亮的“叮咚”声。以后，按下任何一路

抢答键均不起反映。只有主持人再次按动启动键后，才能进行下一次抢答。该电路

由直流稳压电源、抢答器、超时报警与电子计分科部分组成。

1.2抢答器的设计要求

(1)要求：

①抢答器同时供8名选手或8个代表队竞赛，分别用8个按钮可K1〜K8表示。

②设置一个系统清除和抢答限制开关S,该开关由主持人限制。

③抢答器具有锁存与显示功能。即选手按动按钮，锁存相应的编号，并在LED

数码管上显示，同时扬声器发出报警声响提示。选手抢答实行优先锁存，优先抢答

选手的编号始终保持到主持人将系统清除为止。

④抢答器具有定时抢答功能，且一次抢答的时间由主持人设定(如30秒)。当主

持人启动〃起先〃键后，定时器进行减计时，同时扬声器发出短暂的声响，声响持续

的时间0.5秒左右。

⑤参赛选手在设定的时间内进行抢答，抢答有效，定时器停止工作，显示滞上

显示选手的编号和抢答的时间，并保持到主持人洛系统清除为止。

⑥假如定时时间已到，无人抢答，本次抢答无效，系统报警并禁止抢答，定时

显示器上显示00o

(2)必需具备的条件：

①具备单片机的学问

②单片机应用的基本条件

1.3系统主要功能

其主要功能有：

(1)具有清零装置和抢答限制，可由主持人操纵避开有人在主持人说“起先”前

提前抢答违反规则。

(2)具有定时功能，在30秒内无人抢答表示全部参赛选手获参赛队对本题弃权。

(3)30秒时仍无人抢答其报警电路工作表示抢答时间耗尽并禁止抢答。

(4)假如想调整抢答时间或答题时间，按〃抢答时间调整〃键或〃答题时间调整〃键

进入调整状态,此时会显示现在设定的抢答时间或回答时间值，如想加一秒按一下〃

加1s〃键，假如想减一秒按一下〃Ts〃键，时间LED上会显示变更后的时间，调整范

围为Os〜99s,0s时再减Is会跳到99,99s时再力口Is会变至ljOs。

(5)主持人按〃抢答起先〃键，会有提示音，并马上进入抢答倒计时(预设15s抢

答时间)，如有选手抢答，会有提示音，并会显示其号数并马上进入回答倒计时(预

设10s抢答时间)，不进行抢答查询，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。

⑹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

入打算状态，等待主持人按〃抢答起先〃进入下次抢答计时。

(7)假如主持人未按〃抢答起先〃键，而有人按了抢答按键，犯规抢答，LED上不

断闪耀FF和犯规号数并响个不停，直到按下〃停上〃键为止。

第2章抢答器硬件设计

2.1元器件的选择

本设计运用到的元器件包括：AT89s52芯片、共阳四位一体数码管、石英晶体、

蜂鸣器、三极管、电容、电阻、发光二极管等。

其中AT89s52是一个低功耗,高性能CMOS8位单片机,如图1所示，片内含

8kBytesISP(In-systemDrogranmiable)的可反复擦写1000次的Flash只读程序存

储器，器件采纳ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51

指令系统及80c51引脚结构，芯片内集成了通用8位中心处理器和ISPFlash存储

单元，功能强大的微型计算机的AT89S52可为很多嵌入式限制应用系统供应高性价

比的解决方案。

图1AT89s52外观图

AT89S52具有如下特点:40个引脚，8kBytesFlash片内程序存储器,256bytes

的随机存取数据存储器（RAM）,32个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中断优先

级2层中断嵌套中断，2个16位可编程定时计数器,2个全双，串行通信口，看门狗

（WDT）电路，片内时钟振荡器。其封装图如图2所示。

T2/P1.0匚1□Vcc

T2EX/P1.1匚239□P0.O/ADO

P1.2C338□P0.1ZAD1

P1.3匚4373P0.2/AD2

P1.4C536□P0.3/AD3

MOSI/P1.5匚6352P0.4/AD4

MIS0/P1.6C7343P0.5/AD5

SCK/P1.7C833□P0.6/AD6

RSTC9323P0.7/AD7

RXD/P3.0匚1031□EA/VPP

TXD/P3.1C11303ALEZPROG

INT0/P3.2c1229□PESN

INT1/P3.3匚1328□P2.7/A15

T0/P3.4C14273P2.6/A14

T1/P3.5C15262P2.5/A13

WR/P3.6匚16253P2.4/Al2

RD/P3.7C17243P2.3/AU

XTAL2匚1823□P2.2/A10

XTAL1匚1922□P2.1/A9

PDIPGNDC2021□P2.0/A8

图2AT89S52封装图

本设计中用的数码管是四位一体数码管，它是四位动态显示数码管，其内部有

4个共阳极数码管，数码管的管脚图如图3所示：

U57LED*4

国3四位一体数码管管脚图

管脚依次：从数码管的正面观看，以第一脚为起点，管脚的依次是逆时针方向

排列。12-BIT4,9-BIT3,8-BIT2,6-BIT1,BIT4-BIT1分别为四个数码管的位选通

端，当这些引脚为高电平常，选通对应的数码管。七段显示数码管的其他引脚分别

为：A-ll,B-7,C-4;D-2,E-l,F-10,G-5,DP-3,当这些引脚为低电平常，对

应的数码显示段就发亮。

2.2系统的硬件构成及功能

工作原理

基于数字抢答器的功能要求，需设计有抢答电路、译码显示电路、主持人限制

电路、定时电路、报警电路，各个电路都有其自己的功能。通过复位按键FW,电

路进入就绪状态，等待抢答。首先由主持人依据题目的难易程度，可以用“力口1”和“减

1”两个按键，设定时间在（0S-99S）之间，然后再由主持人发布抢答吩咐（按下K11

按键）同时发光二极管随即变亮，当看到二极管亮，进入倒计时状态和抢答状态。

在电路中“K1-K8”为8路抢答器的8个按键，假如有人按下按键，程序就会推断是

谁先按下的，然后从P1口输出抢答者号码的七段码值，送到数码管显示，干封锁键

盘，保持刚才按键按下时刻的时间，禁止其他人按键的输入，从而实现了抢答的功

能。假如在设定的时间中没有一个人按下按键，一到时间，则产生报警信号己经超

时，不行以抢答。当要进行下一次的抢答时，由主持人先按一下复位按键FW,电

路复位，进入下一次抢答的就绪状态。

单元电路设计

（1）抢答按键电路设计

参考电路如图4所示，K1〜K8为八路抢答按键开关，分别与单片机AT89S52

的P2.0〜P2.7端口相连接。当按键开关按下时，相应的P2端口为低电平，被单片机

检测到并执行相应的程序，比如让数码管显示或者报警电路发声等。图中，电容

C6-C13均为去抖动电容，R17-R24均为上拉电阻。

该电路完成两个功能：一是辨别出选手按键时的先后，单片机锁存优先抢答者

的编号，同时四位一体数码管显示选手编号；二是禁止其他选手按键无效。

Q

PII

PI2Wl

PI3pin

PI4

PI5

PI6卬5

PI

PI学

w

V<Tl

VTOP2I

呐

%

七4

匕$

Rid

%?

XI

X7

RXD

图4抢答按钮电路图

图5四位一体数码管显示电路

四位一体共阳数码管显示甩路如图5所示。比照图3的数码管引脚图可以看出，

a~dp8段（送低电平点亮对应段），即引脚1〜5、7、1（）、11八个引脚，分别对应

接到单片机的P1.0〜P1.7引脚，个位〜千位选通端（送高电平选通对应位），即引

脚的6、8、9、12四个引脚，分别由P0.0~P0.3接通有效。显示的时候，只须要把

待显示的数据段代码送POD,再由相应的位选通选择显示位即可点亮。例如：假如

要在个位上显示“7”，首先需将“7”的段代码F8H查出并送P1口，然后马上选

通P0.0,即令P0.0为低电平，从而选通个位数码管。

这里采纳的是数码管动态扫描显示原理。依据发光二极管掉电后的余辉效应，

即发光管断电后的20ms内发光管体还有剩余发光度，而利用人体眼睛对这些剩余

光线的惰性，即可编程实现动态扫描，但是值得留意，动态扫描的时间间隔不得超

过2（）ms,否则显示会出现闪动现象。

（2）复位电路的设计

参考电路如图6所示，当AT89S52单片机的复位引脚RST（全称RESET）出现2

个机器周期以上的高电平常，单片机就执行复位运作。假如RST持续为高电平（主持

人按下开关），单片机就处于循环复位状态。依据应用的要求，复位运作通常有两种

基本形式：上电复位和上电或开关复位。AT89S52的复位方式可以是自动复位，也

可以是手动复位。在正常运行程序时该引脚为低也平。此外，RESET/Vpd还是一复

用脚，VCC掉电期间，此脚可接上备用电源，向片内的RAM供电，以保证单片机内

部RAM的数据不丢失。

图6复位电路图7发声报警电路

(3)发声报警电路设计

参考电路如图7所示，发声报警电路由扬声器(SPEAKER)和相应的电流驱

动电路组成。扬声器俗称喇叭，是广泛应用于各种电子产品的一种元器件，它用于

提示、报警、音乐等很多应用场合。扬声器的工作电流比较大，电路上的TTL电平

基本上驱动不了扬声器，须要增加一个电流放大电路才可以。

图8中的PNP三极管、R16、R15和电源VCC构成了扬声器的电流驱动电路。

当单片机的P3.4置为低电平常，PNP三极管导通，此时就有大电流由电源VCC经

电阻R16流过扬声器，从而可以驱动扬声器发声。

该电路要完成以下三项功能：

①主持人将限制开关拨到〃起先〃位置时，扬声器发声，抢答电路和定时电路进

行工作。

②当参赛选手按动抢答键时，扬声器发声，抢答电路和定时电路停止工作。

③当设定的抢答时间到，无人抢答时，扬声却发声，同时抢答和定时电路停止

工作。

实现：优先推断、编号锁存、编号显示、扬声器提示。当一轮抢答之后，定时

器停止、禁止二次抢答、定时器显示剩余时间。假如再次抢答必需由主持人再次*

作〃清除〃和〃起先〃状态开关。

(4)定时电路设计

参考电路如图8所示，由节目主持人依据抢答题的难易程度，设定一次抢答的

时间，通过预置时间电路对单片机计数器进行预置。K11为抢答和答题时间设置键,

K9键为加“1s”键，K10为减Ts”键，K12为抢答起先/停止键，K9~K12分别接单

片机的P3.0〜P3.3端口。当按下K11键进入调整状态，此时会显示现在设定的抢答

时间或回答时间值，如想加一秒按一下“力口1s”键，假如想减一秒按一下”・ls”键，时

间LED上会显示变更后的时间，调整范围为0s〜99s,0s时再减is会跳到99s,99s

时再加Is会变到Os。

图8定时电路设计

(5)发光二极管红绿灯显示

参考电路如图9所示，DI、D2为红色发光二极管，用于抢答指示和犯规指示,

分别由单片机的P0.4和P0.5限制，D3、D4为绿色发光二极管，用于设置时间指示

分别由单片机的P0.6和P0.7限制。

图9发光二极管显示电路

八路数字抢答器实物图

本设计运用EDA技术画出原理图，并生成PCB图，把电容、电阻等一些插件

的元气件换成贴片的元气件，从而提高了整个电路板的美观性，使电路板的面积减

小大大减小，低了整个设计的成本。

设计好的八路数字抢答器的实物图如图10所示。

图10八路数字抢答器的便件电路板

第3章抢答器软件设计

在学问竞赛中，特殊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。假如在抢答中，靠视觉

是很难推断出哪组先答题。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，也可辨别出哪组优先答题c本系统采纳AT89s52

单片机作为核心。限制系统的四个模块分别为：存储模块、显示模块、报警模块、

抢答开关模块。该抢答器系统通过开关电路八个按键输入抢答信号；利用螳鸣器发

声实现报警功能；利用存储程序实现存储功能；利用一个四位一体数码管来完成显

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

出限制信号，限制数码管和报警电路工作。

3.1系统主程序设计

抢答器工作过程如下：

(1)首先主持人选定倒计时时间，单片机获得此信息。假如没有人为设置，默认

为10so

(2)在按下抢答按键之前，四位一体数码管全部显示“0”。

(3)按下抢答按键之后，蜂鸣器响一声，单片机起先倒计时，四位一体数码管显

示倒计时时间。

(4)假如有竞赛者领先在规定时间内按键，则蜂鸣器响一声，数码管显示该竞赛

者的编号。

(5)假如在主持人未按下抢答按键的时候有选手抢答，则此时蜂鸣器响一声指示

有人犯规。

(6)假如在规定时间内无人按键，时间到时蜂鸣器响一声后停止工作。

无论是在规定时间内有人按键、在规定时间内无人按键或者是有人犯规，都须

要主持人再按一下抢答按键，之后单片机依据设置状态确定倒计时时间，数码管全

部显示“0”，复原到初始状态，打算下一轮抢答。

主程序流程图如图11所示。

图II主程序流程图

3.2中断服务程序设计

中断服务程序流程图（如图12所示）完成时间计数，时间调整，误差消退等

功能。中断采纳AT892051内部TO中断实现，定时时间为125ms,当时间到达125ms

X8,即1分钟时,分计数缓冲器MINBUFFER增加1小时,则时计数缓冲器和时计

数缓冲器分别到达60min、24h时,则对它们清零,以便重新计数。

结论

致谢

参考文献

［1］徐江海主编《单片机好用教程》。机械工业出版社

［2］胡宴如耿苏燕主编《模拟电子技术基础》。高等教化出版社

［3］彭介华主编《电子技术课程设计指导