基于單片機的多功能搶答器設計

　　引言

　　搶答器是各種智力競賽中必不可少的一種硬件設備。實現(xiàn)搶答器的方式有多種多樣，傳統(tǒng)的搶答器普遍采用模擬電路、數(shù)字電路或者模數(shù)混合電路來設計。這類搶答器所需元器件比較多，隨著功能增多，電路也越復雜，并且成本偏高，故障率高，操作不方便，不便于參數(shù)調(diào)節(jié)及功能的升級換代。本文采用AT89C51為核心，結(jié)合鍵盤、數(shù)碼管、蜂鳴器等外圍設備，設計了具有搶答、計時、時間調(diào)整、蜂鳴器報警等功能的4路搶答器。

　　總體設計

　　設計需求

　　按照設計需求，本系統(tǒng)具有以下幾個主要功能：(1)搶答器可同時供4名選手或四支參賽隊伍使用;(2)搶答或回答時間主持人可自行設置;(3)能夠顯示搶答或答題時間的倒計時;(4)在有人犯規(guī)時可以顯示選手號、閃爍顯示以及蜂鳴器報警;(5)答題時間還剩5s時，蜂鳴器報警提示。

　　搶答器的工作原理

　　利用單片機控制各個功能模塊實現(xiàn)搶答功能，單片機收集選手的搶答信號，運用寄存器來識別并記錄第一個選手號，傳輸信息給數(shù)碼管顯示，同時內(nèi)部定時器工作，記錄有關(guān)時間并產(chǎn)生超時信號，在搶答成功、倒計時結(jié)束都伴隨有蜂鳴器警報提醒，從而實現(xiàn)單片機搶答的功能。

　　根據(jù)設計需求，結(jié)合單片機的工作原理，設計搶答器的工作流程圖如圖1所示。

　　硬件設計

　　在硬件設計方面利用單片機AT89C51控制搶答模塊、顯示模塊、計時及調(diào)整模塊、蜂鳴提示模塊和復位模塊，從而實現(xiàn)單片機的搶答。系統(tǒng)硬件設計原理圖如圖2所示。

　　圖2中U1為單片機AT89C51，K1～K4分別為4路搶答按鈕，分別接到p1.0到p1.3中;開始鍵和結(jié)束鍵分別接到單片機的10、11腳，由于單片機的10、11腳既有串行接口RXD、TXD功能又有P3.0、P3.1的IO端口功能，此處按鍵用到單片機10、11腳的IO端口功能。搶答時間調(diào)整按鍵和回答時間調(diào)整按鍵分別接到單片機的13，14管腳，“加一”按鍵和“減一”按鍵分別接到單片機的15、16管腳。4位七段數(shù)碼管段選接P0口，位選接P2口的低3位，蜂鳴器輸出信號端接P3.7口。

　　顯示模塊

　　顯示模塊采用常見的4位七段共陽數(shù)碼管，利用其動態(tài)顯示的方法來實現(xiàn)。數(shù)碼管的7個輸入端A～G段分別接到AT89C51的P0.0～P0.6，位選碼COM1、COM3、COM4分別接到單片機P2.0、P2.1、P2.2，由單片機來決定當前該顯示的是哪一位。由于AT89C51單片機的P0口沒有內(nèi)置上拉電阻，本系統(tǒng)采用外接10kΩ上拉電阻(采用A103排阻)，保證P0口沒有數(shù)據(jù)輸出的時候是處于高電平狀態(tài)。

　　按鍵輸入模塊

　　搶答器的輸入信號采用11個按鍵控制，其中4個為搶答按鍵、4個為倒計時調(diào)整按鍵、1個開始按鍵、1個結(jié)束按鍵和1個復位按鍵。各按鍵均有一根信號線與單片機電路相連，所有按鍵有一公共端，各按鍵相互獨立互不影響。當有鍵按下時，相應的單片機引腳作出反應，產(chǎn)生有效的輸入信號。