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(shí)現搶答器的方式有多種多樣，傳統的搶答器普遍采用模擬電路、數字電路或者模數混合電路來(lái)設計。這類(lèi)搶答器所需元器件比較多，隨著(zhù)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，不便于參數調節及功能的升級換代。本文采用AT89C51為核心，結合鍵盤(pán)、數碼管、蜂鳴器等外圍設備，設計了具有搶答、計時(shí)、時(shí)間調整、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，本系統具有以下幾個(gè)主要功能：(1)搶答器可同時(shí)供4名選手或四支參賽隊伍使用;(2)搶答或回答時(shí)間主持人可自行設置;(3)能夠顯示搶答或答題時(shí)間的倒計時(shí);(4)在有人犯規時(shí)可以顯示選手號、閃爍顯示以及蜂鳴器報警;(5)答題時(shí)間還剩5s時(shí)，蜂鳴器報警提示。

　　搶答器的工作原理

　　利用單片機控制各個(gè)功能模塊實(shí)現搶答功能，單片機收集選手的搶答信號，運用寄存器來(lái)識別并記錄第一個(gè)選手號，傳輸信息給數碼管顯示，同時(shí)內部定時(shí)器工作，記錄有關(guān)時(shí)間并產(chǎn)生超時(shí)信號，在搶答成功、倒計時(shí)結束都伴隨有蜂鳴器警報提醒，從而實(shí)現單片機搶答的功能。

　　根據設計需求，結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(shí)及調整模塊、蜂鳴提示模塊和復位模塊，從而實(shí)現單片機的搶答。系統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(kāi)始鍵和結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(shí)間調整按鍵和回答時(shí)間調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(jiàn)的4位七段共陽(yáng)數碼管，利用其動(dòng)態(tài)顯示的方法來(lái)實(shí)現。數碼管的7個(gè)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(lái)決定當前該顯示的是哪一位。由于A(yíng)T89C51單片機的P0口沒(méi)有內置上拉電阻，本系統采用外接10kΩ上拉電阻(采用A103排阻)，保證P0口沒(méi)有數據輸出的時(shí)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(gè)按鍵控制，其中4個(gè)為搶答按鍵、4個(gè)為倒計時(shí)調整按鍵、1個(gè)開(kāi)始按鍵、1個(gè)結束按鍵和1個(gè)復位按鍵。各按鍵均有一根信號線(xiàn)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(shí)，相應的單片機引腳作出反應，產(chǎn)生有效的輸入信號。