基于单片机的6路抢答器设计

摘要

近年来，计算机技术析迅猛发展，使得计算机在工业，农业，国防科研及日常生活的各个领域显示了日益旺盛的生命力，它已成为各国工业发展水平的主要标志之一是发展新技术，改造老技术的强有力的武器。

目前，单片机正朝着高性能和多品种方向发展，单片机的发展正朝着CMOS化，低功耗，小体积，大容量，高性能，低价格和外围电路的内装化等几个方面发展。近几年，由于某种原因CHMOS技术的进步大大地促进了单片机的CMOS化，此种芯片除了低功耗外，还具有功耗的可控性，使单片机可以工作在功耗精细管理状态，特别是IIC，API等串行总线的引入，可以使单片机的引脚设计得更少，单片机系统结构更加简化及规范化而我们设计出的4路抢答器是一种基于MCS-51智能锁的硬件和软件设计及实现方法，这种电路设计具有按键有效提输入错误提示控制开锁电平控制报警电路在线修改功能等多种功能保密性强灵活性高特别适用于家庭办公室学生宿舍及宾馆等场所。它具有全集成化，智能化，高精度，高性能，高可靠性和低价格等优点，是一个值得推广的一种方法。接下来我们就对方案与设计原理方框图进行比较分析。

关键字：抢答器；单片机；数码管

目录

第一章设计意义 (1)

第二章系统总体设计 (2)

2.2 设计要点 (2)

第三章智能抢答器系统的硬件电路 (3)

3.1 抢答器系统电源的设计与分析 (3)

3.2 中央控制器 (3)

3.3 抢答器的外围控制与分析 (3)

3.4 抢答器的输入模块 (5)

3.5 抢答器其他模块 (5)

第四章程序设计说明 (6)

4.1 抢答主体程序 (6)

4.1.1 程序流程 (6)

4.1.2 程序注释 (7)

4.2 数码管显示程序 (19)

4.2.1 程序流程图 (19)

4.2.2 程序注释 (20)

4.3 蜂鸣器发声程序 (20)

4.3.1程序流程图 (20)

4.3.2程序注释 (21)

第五章设计调试及性能测定 (22)

第六章结论 (23)

结束语 (24)

谢辞 (24)

参考文献 (25)

附录元器件清单 (25)

1 设计意义

电子技术在不断地发展，基于单片机的控制系统已广泛应用于工业、农业、电力、电子、智能楼宇等行业，微型计算机作为嵌入式控制系统的主体与核心，代替了传统的控制系统的常规电子线路。电子技术和微型计算机的迅速发展，促进微型计算机测量和控制技术的迅速发展和广泛应用，单片机的应用已经渗透到国民经济的各个部门和领域，它起到了越来越重要的作用。本文就是单片机的其中一个具体应用，将其与抢答器的设计有机地结合起来。

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。因为在抢答的过程中，靠视觉是很难判断出哪组先答题。利用单片机系统来设计抢答器，就可以很好地解决上述的问题，因为单片机的动作是极其迅速的，即使两组的抢答相差的时间是微秒级的，也可轻松分辨出是哪组优先答题，本文的抢答组数可以在六组以内任意使用，当然通过扩展抢答的组数是可以大于6组的。此外还对抢答器的功能进行了一些扩展，如用不同的音乐提示回答是正确还是错误；也新增了计分功能，当抢答结束，可以知道各个组别的积分的多少。

而对我们大学生来讲，通过本次毕业设计可以巩固和加深对电子电路基本知识的理解，提高综合运用专业所学知识的能力。与此同时也培养了根据设计需要选学参考书籍，查阅相关手册、图表和文献资料的自学能力。通过设计方案的分析、论证和比较，设计计算和选取元器件、电路焊接、系统的功能调试和检测等环节，掌握了一个设计由概念到成品设计过程的各个环节，也通过电路的调试和性能指标的测试，提高实际动手能力和综合的电子设计能力。

2 系统总体设计

2.1 抢答器的设计要求

(1)系统设置复位按钮，按动后，重新开始抢答。

(2)抢答器开始时数码管显示序号0，选手抢答实行优先锁存，优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止。抢答后显示优先抢答者序号，并且不出现其他抢答者的序号。

(3)抢答器具有定时抢答功能。

(4)主持人按下复位开关，使得抢答器再次进入禁止状态，选手编号的LED数字显示器灯熄灭，电路进入原来的初始状态，准备进入下一轮的抢答。

(5)扩展功能为音乐提醒和积分功能。

2.2 设计要点

根据控制系统的工作原理和执行装置，可以将系统设计分为硬件和软件两大部分。硬件设计部分，包括编写电路原理图、合理选择元器件、焊接各个元器件，然后对硬件性能进行调试、测试，以达到设计要求。软件设计部分，首先在设计之前完成系统总框图和确定各个功能模块，然后进行具体设计，包括各模块的流程图，选择合适的编程语言和软件应用程序，进行编程设计等；最后是通过软件对程序进行调试、测试，以及仿真，以达到性能的最优化。

下面是软硬件设计方法确定的。软件设计的方法与开发环境的选取有着直接的关系，本系统由于是采用51系列单片机，因此使用Keil C语言进行开发。此编程工具相比汇编语言具有结构化、适用范围大、可移植性好等特点。本系统软件设计采用模块化系统设计方法，先编写各个功能模块子程序，然后进行组合与调整，经过调试后，可以进行仿真测试，已达到设计功能要求。为配合软件的灵活设计，硬件电路是采用结构化系统设计方法，该方法保证设计电路的标准化、模块化。硬件电路的设计最重要的选择用于控制的单片机，再确定与之配套的外围芯片，使所设计的系统既经济又高性能。硬件电路设计可以在焊接元器件之前画出详细电路图，标出芯片的型号、器件参数值，根据电路图在仿真软件上进行调试，发现设计错误时立即修改，高效，准确地完成硬件设计。

3 智能抢答器系统的硬件电路

3.1 抢答器的电源控制与分析

抢答器同时供6名选手或6个代表队比赛，分别用6个按钮表示。设置一个系统清除和抢答控制按扭，以及两个抢答时间的加和减，答题时间的加和减。控制模块使用单片机，型号为STC89C51，由单片机执行程序控制各个组件实现功能。显示方面使用4位共阴极的数码管，用动态扫描的显示方式显示数字号码，并且有一个蜂鸣器发声。

3.2 中央控制器

抢答器必须用到一些显示模块，对于一般的电子设计主要考虑以下两种显示方案。

方案一：使用液晶屏显示。液晶显示屏具有轻薄短小、低耗电量、无辐射危险，平面直角显示以及影像稳定不闪烁等优势，可视面积大，画面效果好，分辨率高，抗干扰能力强的特点。但由于选手和编号信息量比较少，且由于液晶是以点阵的模式显示各种符号，编程工作量大，控制器的资源占用较多，其成本也偏高。在使用时，不能有静电干扰，否则易烧坏液晶显示芯片，不易维护。

方案二：在使用传统的数码管显示。数码管具有：低能耗、低损耗、低压、寿命长、耐老化、防晒、防潮、防火、防高（低）温，对外界环境要求低，易于维护，同时其精度高，称量快，精确可靠，操作简单。数码显示是采用BCD编码显示数字，程序编译容易，资源占用较少。

综上所述，选用方案二，这里使用四位共阴极数码管作为显示模块。

图3-1 四位共阴极数码管

3.3 抢答器的控制模块

采用STC89C51作为系统控制器的CPU方案。单片机算术运算功能强，软件编程灵活、自由度大，可以用软件编程实现各种算法和逻辑控制，并且由于其功耗低、体积小、技术成熟和成本低等优点，使其在各个领域应用广泛。

STC89C51单片机是一种低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有8k在系统可编程Flash存储器,与工业80C52产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8位CPU和在系统可编程Flash，