基于MCS-51单片机的八路抢答器设计方法研究

第６卷第２期２００７年４月

北京工业职业技术学院学报

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№．２Ｖ０１．６

Ａｐｒ．２００７

基于ＭＣＳ一５１单片机的八路抢答器设计方法研究

程相波１卫安军２

（１．北京工业职业技术学院，北京，１０００４２；２．中石化集团华北石油局，新疆，８４１６００）

摘要：介绍了一种以ＭＣＳ＿５１单片机为核心的八路数字抢答器系统，分别从硬件和软件两方面阐述了该控制系统的设计方法，并经过调试和运行使该系统达到预期目标，具有反应快、功能齐全、实用性强的特点。关键词：抢答器；单片机；数字控制系统

中图分类号：１１Ｐ３９文献标识码：Ａ文章编号：１６７１—６５５８（２００７）０２—３１—０４ＥｉｇｈｔＲｏｕｔｅｓＣａｌｌｉｎｇＩｍｐｌ锄ｅｎｔＢａｓｅｄｏｎＭＣＳ——５１ＳｉｎｇｌｅＣｈｉｐＣｏｎｔｒｏＵｅｒ

ＣｈｅｎｇＸｉａｎｇｂ０１Ｗｅｉ蜘ｕｎ２

（１．ＢｅｉｊｉｎｇＰｌｏｙｔｅｃｈｎｉｃＣｏｌｌｅｇｅ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００４２，Ｃｈｉｎａ；

２．ＷｅＳｔｅｍＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏｍｐａｎｙｏｆＮｏｎｈＣｈｉｎａＰｅｔｒｏｌｅｕｍＢｕｒｅａｕ，Ｓｉｎｏｐｅｃ，Ｘｉｎｊｉａｎｇ８４１６００，Ｃｈｉｍ）

Ａ－ｂｓｔｒａｃｔ：ＡｋｉｎｄｏｆｅｉｇｈｔｒｏｕｔｅＳｄｉｇｉｔａｌｃａｌｌｉｎｇｉｍｐｌｅｍｅｎｔｉｓｉｎｔｒＯｄｕｃｅｄｉｎｔｈｅｔｈｅＳｉｓ，ａｎｄｔｈｅＭＣＳ一５１Ｓｉｎ９１ｅｃｈｉｐ∞ｎｔｒＯｌｌｅｒｉｓｉｔｓｈａｒｄ∞ｒｅ．～Ｓｏ，ｔｈｅｄｅＳｉｇｎｍｅｔｈＯｄｏｆｔｈｅｃＯｎｔｒｏｌｓｙＳｔ咖ｗａＳｅｘｐＯｕｎｄｅｄｆｒｏｍａｓｐｅｃｔｓｏｆｔｈｅＳＯｆｔｗａｒｅａｎｄｔｈｅｈａｒｄｗａｒｅ．Ａｎｄａｆｔｅｒｄｅｂｕｇｇｉｎｇａｎｄｒｕｎｎｉｎｇ，ｔｈｅｓｙｓｔｅｍｒｅａｃｈｅｄｔｈｅｅｘｐｅｃｔｅｄｔａｒｇｅｔ，ｗｈｉｃｈｈａｖｅｍａｎｙａｄｖａｎｔａｇｅｓｓｕｃｈａＳｆａｓｔｒｅａｃｔｉｏｎ，ａｌｌｒｅａｄｙｆｕｎｃｔｉｏｎａｎｄｇｏＯｄｐｒａｃｔｉｃａｂｉｌｉｔｙ．

Ｋｅｙｗ删ｓ：ｃａｌｌｉｎｇｉｍｐｌｅｍｅｎｔ；ｓｉｎｇｌｅｃｈｉｐ∞ｎｔｒｏｌｌｅｒ；ｄｉｇｉｔａｌｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍ

０引言

抢答器是一种广泛应用于企事业单位和商业部门，为各种知识竞赛、文娱活动提供公正客观快速裁决的一种常用电子设备，也是一种逐渐成型的电子产品，但市面上所售抢答器价格一般较贵且多为小规模集成电路构成，其性能单一，工作起来不够理想。因此，提高抢答器的性能，使其具有更强的功能，使用可靠方便已为抢答器发展的一个方向。随着集成技术和计算机技术的发展，单片机作为其一个分支亦于２０世纪８０年代以来获得了飞速发展，各种新品不断涌现，使单片机的应用更加深入，灵活性也大大增强。本文介绍一种以ＭＣＳ一５１单片机为核心的八路抢答器系统，它充分利用了单片机系统的优点，具有结构简单、功能强大、可靠性好、实用性强的特点。

１抢答器系统的功能

本抢答系统可实现以下功能：

（１）抢答功能：通过八路按键配合程序来实现抢答功能。当主持人按下抢答键开始抢答后，此时任一路按下按钮均闭锁其它各路，由程序对键盘译码并显示最先按下抢答键的路数及其当前时间。

（２）抢答限时：主持人按下抢答键后，设置５秒为抢答时间（此时间可在１～９９秒之间修改）。若５秒内无人抢答，倒计时为０时发出报警，说明该抢答

收稿日期：２００７—０３—０３

作者简介：程相波（１９７８一），男，北京工业大学电子与通信工程专业硕士研究生毕业，助理讲师。

３２北京工业职业技术学院学报第６卷

题目作废。此时闭锁所有抢答按键，只有当主持人再次按下抢答键开始下一次抢答方可抢答。

（３）答题限时：当主持人按下开始答题按钮时，启动倒计时（此倒计时时间可在ｌ～９９秒之间修改），若答题时间过长，倒计时为０时发出报警，说明答题时间到，显示返回当前台数及其分数为下一步计分作出准备。

（４）计分功能：当按下计分键后可始计分，可实现加减计分，分值可在ｌ～９９９之间设置。如果各题分值相同，可在第一次设定计数分值后直接按加键或减键来实现计分。

（５）查询功能：当按下查询键后，可查询各台分值。按下分组数直接显示当前台数及其分值，比如按下１，显示台数为ｌ，分值为其当前实际分值。

（６）设定功能：按下设定键后，可按顺序设置抢答限时时间，答题限时时间和默认计分分值。

（７）其它可附加功能：如果采用语音芯片可实现语音报警。

２抢答器的硬件系统

本抢答器的硬件系统包括以下几个部分：

（１）抢答按钮和各功能键：Ｏ～９十个按键（在抢答时１～８为抢答键，０和９无效；在计分和设定时为数字输入键）、一个开始抢答键、一个开始答题键、一个计分键、—个加分键、一个减分键、一个查询键、一个设定键共１７个键，其中开始抢答键单独设置。键盘采用行列式键盘，各键分布电路图如图１所示。

图ｌ硬件电路图

（２）显示电路：显示电路可由ＬＥＤ或Ｌ（Ｄ来实、现。此处选用ＬＥＤ方式，由６位七段显示器来实现，其亮度高，使用简单方便。

（３）声光电路：这里的声音电路是指实现报警的电路，发光电路由发光二极管来实现。

（４）电源电路：电源采用市电经整流稳压来获得，其具体电路如图２所示。

第２期程相波，等：基于ＭＣＳ一５１单片机的八路抢答器设计方法研究３３

图２电源电路图

３抢答器的软件系统

本抢答器的软件系统主要包括以下几个部分：

（１）主程序：主程序的功能主要是完成内部各寄存单元的初始化，对８１５５接口电路的初始化，内部定时器的初始化，中断的初始化及调用显示程序对初始状态的显示以及对外部信号的等待处理，也就是说完成前期的准备工作等待随时对外部信号进行响应。

（２）对开始抢答信号的处理：当主持人按下开始抢答键后开始抢答，程序部分采用中断方式进行处理。在中断处理程序中完成相应操作，修改计时单元的数据并使红色指示灯亮。

（３）键盘扫描子程序：对行列式键盘的扫描方法有两种。一为扫描法，对键盘按行（或列）逐行（或列）扫描查询，其结构清晰但对处于最后行列的按键需经多次扫描；一为反转法，它先使行（或列）全为零，读入列（或行）的状态暂存，然后使列（或行）全为零，读入行（或列）的状态保存，对两次保存数据进行查询即可得知按下键的行列数从而确定键值。在程序中采用反转法对键盘进行扫描。键盘扫描程序在确定键值后保存等待后续处理。

（４）键值处理子程序：此子程序根据键盘扫描所取得的键值作出相应处理。

①在抢答时，只有数字键（代表相应抢答分组）ｌ～８按下有效，其它键按下无效并且一旦抢答成功，只有按开始答题键有效，其它键均无效。

②开始答题键按下给出相应信号指示。

③答题结束后，按下计分键后，可按“＋”键加分或按“一”键减分，输入分值后按“Ｅｎｔｅｒ”确认分值运算。如果每题分值相同可在抢答前设置，此时在按下“＋”或“一”后直接按下“Ｅｎｔｅｒ”确认分值运算。

④在抢答完成后，可按查询键对各分组的成绩进行查询。在按下查询键后输入相应分组号即可显示其分数，按下“Ｅｎｔｅｒ”退出查询。

⑤在抢答前按下“Ｅｎｔｅｒ”键可进行抢答限时时间、答题限时时间和默认分值的设置。

（５）显示子程序：此程序仅完成６位数据的动态显示，可显示数字和代码。

①在抢答时，显示为ｑＸ３ｘ０２，其中“ｑ”代表正在抢答；“ｘ”代表熄灭；“３”表示分组数，是１～８中的任一个数；“０”和“２”分别为０～９中的任一个数，是抢答限时倒计时的时间。

②开始答题后，显示为Ｄｘ３Ｘ０２，其中“Ｄ”表示正在答题；“ｘ”代表熄灭；“３”代表分组数，是１～８中的任一个数；“０”和“２”分别为０～９中的任一个数，是答题限时倒计时的时间。

③在计分时，显示为Ｊ３±２００，其中“Ｊ”表示当前为计分状态，“３”代表分组数，是ｌ～８中的任一个数；“±”为“＋”或“一”号，表示当前为加分状态或减分状态；“２”、“０”和“０”３位分别为０二９中的任一个数，是当前题目的分值。

④在查询时，显示为Ｃ３０５００，其中“Ｃ”表示当前为查询状态；“３”代表分组数，是１～８中的任一个数；“０”、“５”、“０”和“０”四位代表所查分组的当前总分，是０～９中的任一个数。

⑤在设置时，显示为Ｓ１ｘｘ０５、Ｓ２ＸＸｌ５或Ｓ３）（３００中的任一个，其中“Ｓ”表示当前为设置状态；“１”是１～３中的任一个数，表示正在设置的值是哪一个，为１时表示对抢答限时时间设置，为２时表示对答题限时时间设置，为３时表示对题目默认分值的设置；“Ｘ”表示熄灭；数字分别为Ｏ～９中的任一个数，时间最多可设二位，题目默认分值最多可设三位。

⑥初始状态显示６位全熄灭。

部分程序的流程图如图３所示。

图３程序流程图

４结束语

经对实验样机的多次检验，本抢答器的设计合理、结构简单、功能强大、抢答可靠、反应速度快、成本相对较低，达到了设计的预期目标并且具有较好的通用性。

参考文献

［１］李广弟．单片机基础［Ｍ］．北京：北航出版社，２００１［２］何立民．ＭＣ卜５１系列单片机应用系统设计［Ｍ］．北京：北航出版社，１９９９

［３］卢飞跃．红外遥控多路抢答器的设计［Ｊ］．番禺职业技术学报，２００３，２（２）

［４］王公堂．基于ＰＩｃｌ６Ｆ８７３的１６路抢答器［Ｊ］．电脑开发与应用，２００６，９（９）

［５］梁超．一款基于单片机技术的电子抢答器［Ｊ］．机电工程技术，２００５，３４（１）

（责任编辑：张艳霞）