基于單片機(jī)的多功能搶答器設(shè)計(jì)

　　引言

　　搶答器是各種智力競(jìng)賽中必不可少的一種硬件設(shè)備。實(shí)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(lái)設(shè)計(jì)。這類搶答器所需元器件比較多，隨著功能增多，電路也越復(fù)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(jí)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(shè)備，設(shè)計(jì)了具有搶答、計(jì)時(shí)、時(shí)間調(diào)整、蜂鳴器報(bào)警等功能的4路搶答器。

　　總體設(shè)計(jì)

　　設(shè)計(jì)需求

　　按照設(shè)計(jì)需求，本系統(tǒng)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(duì)伍使用;(2)搶答或回答時(shí)間主持人可自行設(shè)置;(3)能夠顯示搶答或答題時(shí)間的倒計(jì)時(shí);(4)在有人犯規(guī)時(shí)可以顯示選手號(hào)、閃爍顯示以及蜂鳴器報(bào)警;(5)答題時(shí)間還剩5s時(shí)，蜂鳴器報(bào)警提示。

　　搶答器的工作原理

　　利用單片機(jī)控制各個(gè)功能模塊實(shí)現(xiàn)搶答功能，單片機(jī)收集選手的搶答信號(hào)，運(yùn)用寄存器來(lái)識(shí)別并記錄第一個(gè)選手號(hào)，傳輸信息給數(shù)碼管顯示，同時(shí)內(nèi)部定時(shí)器工作，記錄有關(guān)時(shí)間并產(chǎn)生超時(shí)信號(hào)，在搶答成功、倒計(jì)時(shí)結(jié)束都伴隨有蜂鳴器警報(bào)提醒，從而實(shí)現(xiàn)單片機(jī)搶答的功能。

　　根據(jù)設(shè)計(jì)需求，結(jié)合單片機(jī)的工作原理，設(shè)計(jì)搶答器的工作流程圖如圖1所示。

　　硬件設(shè)計(jì)

　　在硬件設(shè)計(jì)方面利用單片機(jī)AT89C51控制搶答模塊、顯示模塊、計(jì)時(shí)及調(diào)整模塊、蜂鳴提示模塊和復(fù)位模塊，從而實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的搶答。系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)原理圖如圖2所示。

　　圖2中U1為單片機(jī)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(jī)的10、11腳，由于單片機(jī)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(jī)10、11腳的IO端口功能。搶答時(shí)間調(diào)整按鍵和回答時(shí)間調(diào)整按鍵分別接到單片機(jī)的13，14管腳，“加一”按鍵和“減一”按鍵分別接到單片機(jī)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(hào)端接P3.7口。

　　顯示模塊

　　顯示模塊采用常見的4位七段共陽(yáng)數(shù)碼管，利用其動(dòng)態(tài)顯示的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)。數(shù)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(jī)P2.0、P2.1、P2.2，由單片機(jī)來(lái)決定當(dāng)前該顯示的是哪一位。由于AT89C51單片機(jī)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(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(hào)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(jì)時(shí)調(diào)整按鍵、1個(gè)開始按鍵、1個(gè)結(jié)束按鍵和1個(gè)復(fù)位按鍵。各按鍵均有一根信號(hào)線與單片機(jī)電路相連，所有按鍵有一公共端，各按鍵相互獨(dú)立互不影響。當(dāng)有鍵按下時(shí)，相應(yīng)的單片機(jī)引腳作出反應(yīng)，產(chǎn)生有效的輸入信號(hào)。