摘 要

我们所生活的时代在不停的前进与发展，与时代的快速发展相对应，相应与电子有联系的技术也发展的十分迅速。在这些技术中，集成电路的发展是十分突出的，由于其技术的进步，加快了人们步入新时代的进度。日新月异的电子产品的更新换代，使人类的生活的更好。与计算机技术的提高相对应，电子也有对应的提高。计算机领域在不断的发展中取得了很多里程碑式的进步。在通信交流这个模块，取得了巨大的进步，使人们进入了高度一体化的社会。通过这次设计，可以将我们在学校中获得的知识运用到具体的任务中，通过将理论与现实联系，就可以将我们的能力提升到一个新的更高的水平。

抢答器在我们日常生活中的应用可以说非常广泛,在很多需要有竞争性的答题中，都需要使用抢答器来更加客观的进行判断来保证比赛的公平性。有多种方法可以实现我们所需要的功能，比如以电路为核心的模拟电路和数字电路相结合的方法。但这些方法的缺点较多,如生产过程复杂，在精度方面的可靠性低，占用了过大的面积，在实际中很难进行相应的安放和更新。基于上述的原因，我们不使用以电路作为核心的设计，而使用以单片机为核心设计的八路抢答器，用于控制逻辑和产生信号。在当今这个逐渐普及数字化用品的时代，由于单片机的类型逐渐丰富，可以实现的功能也越来越多，单片机的地位已经不可取代。单片机应用技术现在已经成为一种全新的应用在工程方面的技术。

关键词：抢答器；单片机技术；集成电路

Abstract

Electronic closely related to our lives has also been rapid development. Especially with the development of large scale integrated circuits, we have entered the electronic age more quickly. The improve the quality of life. Especially with the development of computer, there has been a significant improvement.Corresponding to the improvement of computer technology, there is a corresponding improvement in electronics. Through it, we can not only cultivate our ability in practice, but also further develop our thinking ability and understanding of knowledge. By linking theory with reality, we can raise our ability to a new and higher level.

Responder is a priority judgment circuit designed for contestants to answer questions in a wide variety of competitions. Its application is very extensive, such as in various knowledge contests, entertainment contests and other occasions. There are many ways to realize the function of answering device,For example, a circuit-based circuit and a digital circuit are combined. . But these methods have many shortcomings, such as complex production process, low reliability in accuracy, large area of finished products, difficult installation and maintenance. We adopt an eight-way answering device with single-chip computer as the core, which is used to control logic and generate signals. types and functions of SCM, its application technology has become more mature, and its application field has been expanding.The status of the microcontroller is irreplaceable. MCU application technology has now become a new application in engineering technology.

Key Words: Responders；microcontroller；technology；integrated circuits

目 录

第1章 绪论 1

1.1单片机目前发展 1

1.2设计的意义 1

第2章 系统设计内容 3

2.1系统设计依据 3

2.2设计任务和要求 3

2.3 设计目的 4

2.4 设计要点 4

第3章 硬件设计 6

3.1系统工作介绍 6

3.2 单片机控制原理 7

3.3 单片机的内容 7

3.4单片机的引脚说明 8

3.5 单片机的最小系统组成 9

3.5.1 时钟电路 9

3.5.2 复位电路 10

3.5.3 中断电路 10

3.6 抢答器的原理 11

3.7 功能模块电路 12

3.7.1主持人控制模块 12

3.7.2 选手抢答模块 13

3.7.3 数码管显示模块 13

3.7.4蜂鸣器报警模块 14

第4章 软件设计 15

4.1程序设计 15

4.1.1 系统流程图 15

4.1.2抢答成功流程图 16

4.2 程序模块 16

4.2.1 主程序 16

4.2.2 定时器子程序 17

4.2.3 延时子程序 17

4.2.4 显示子程序 18

4.2.5 按键扫描函数 18

第5章 结论 20

参考文献 22

附录 23

致 谢 31

第1章 绪论

单片机是计算机领域里的一个十分重要的组成部分，它的应用范围非常广泛，发展也十分迅速。学习单片机对于我们来说具有十分重要的作用与意义。因为单片机可以看做一种微型计算机，学习它不仅可以为以后这一领域的发展奠定基础，而且因为它可以被看作是微型计算机的简化模型,所以学习单片机可以加深对微型计算机工作原理的理解，使计算机的系统更加清晰。同时，也提供了一种非常实用的在应用方面的手段。现在我们已经处于信息技术快速发展的时代。智力竞赛是一种活跃且十分常见的教育形式，是人们生活中进行放松娱乐的一种常见的形式。一方面，这些比赛丰富了人们的日常娱乐生活,使人放松心情，另一方面，它也激励了人们在相关对应领域努力学习对应知识的兴趣。

1.1单片机目前发展

目前伴随着高速发展的电子技术，以单片机为核心的控制系统已广泛应用于农业、工业、电子与电力、智能家居等行业。如同书中所说With the advancement of society, the computer technology industry, the control technology industry, and the development of information processing technology and sensor technology have made a qualitative leap^[1]。以微型计算机作为关键核心和主体部分的嵌入式控制系统已经取代了以传统控制系统为关键与核心的常规电子电路。同时，其他相辅助技术的发展和成熟，也是单片机的普及和应用发展迅速的重要原因。

它已经成为在计算机的网络应用、现代的电子技术应用、计算机网络与通信、测试测量和控制自动化、处理采集到的信号和采集相应的数据中的一项新兴的技术，具有非常广泛的应用前景。

1.2设计的意义

抢答是一种非常常见的比赛竞争形式。在需要抢答的比赛中，通常是主持人需要宣布抢答的开始，并通过抢答器的反应来确定哪位选手有权回答问题，有些时候还需要根据实际情况确定选手具体的回答时间。如果仅仅依靠人的主观判断，就很容易出现因为人的反应时间造成不公平的情况。如文献中提到的Practice shows that, the tracking system can continuously improve the utilization rate of solar energy, and high tracking accuracy, it has strong practical value^[2]。所以，在答题竞争中，需要通过抢答器来进行更加可靠,准确的判断,因此,抢答器起着非常重要的作用。

在需要抢答的比赛中,为了确定哪个小组或者哪个玩家有首先抢到了这个问题，我们必须需要一个系统来辅助我们完成这个任务。如果在匆忙的抢答中，很难用人的主观的判断来确定哪一组先回答问题。可以利用单片机系统设计完成了一个快速抢答器，这样就可以解决上述出现的问题，即使多人快速应答时间相隔很微小，也可以通过机器来区分哪组优先应答问题。抢答组的数量可以在八个组内任意使用。该系统的工作原理以AT89C51单片机为系统的核心。以抢答开关模块、语音输出模块、显示模块、单片机最小系统和显示驱动模块来进行系统的具体详细的控制。

多通道数字抢答器通常用于各种比赛测试。在举行的各种比赛中，我们经常看到在比赛中包含抢答部分。大多数组织者使用举答题板的方法来判断选手的回答权。这很可能会由于人的主观判断从而造成错误。使游戏公平性出现问题。为了解决这个问题，我们可以设计一个八路数字抢答器。不仅可以使我们对所学知识的理解更加深刻，使我们对模拟电路和数字电路的知识更加巩固，更重要的是可以提高锻炼我们解决问题的能力，通过掌握一般的设计方法和步骤来积累实际设计和生产经验，从而为将来更加复杂，实用的应用领域做充分的准备。由单片机控制电路，存储器接口电路和显示电路组成了核心的控制模块。更加具体的来说，系统工作的核心是单片机，各部分的协调通过单片机来负责控制。将其他外接模块如:上拉电阻，复位电路，按钮，数码管和扬声器连接到外围，画出所需要的电路图,并编写相应的程序。同时,通过仿真可以完全实现所设计系统的功能仿真。

第2章 系统设计内容

2.1系统设计依据

由数码管显示，蜂鸣器报警和时序电路等来组成所需的抢答器。它可以分为若干部分，如定时，抢答，计数电路等多个部分。每个组成部分都能处理系统中的一部分基本问题，完成一定的功能,如同书中所说The main control module includes a single-chip microcomputer system，so that the microcontroller can control the system^[3]。本设计是一个多通道定时抢答机，它适用于两个以上的竞争对手在同一场比赛中竞争，具有显示和锁存的功能。同时，抢答系统的清除和开始由主持人控制。在抢答比赛开始后，如果任何一个玩家按下了抢答按钮，该选手的号码就会显示在抢答器的界面上，直到主持人开始下一轮抢答，并且发出响声给出提示，而且其他人的抢答将无效化。本设计同时还具有自动定时功能。主持人可以根据实际情况从而安排选手回答问题的时间。当主持人宣布开始时，计时器开始自动减少时间，剩余的时间将显示在显示器上。选手只能在规定的时间内才能回答问题。如果在规定时间内没有回答出来问题，当回答时间耗尽时，报警电路发出声音，禁止回答问题。

2.2设计任务和要求

以51单片机为系统的核心，设计了一个可以供8个人使用的比赛用抢答器。

“当主持人按下抢答按钮后, 选手们开始进行抢答, 一旦有选手抢答成功，将该选手的编号在数码管上显示出来^[4]”。

（1）抢答器提供八个按钮s0-s7表示参加比赛的选手或队伍。

（2）提供另外六个按键由主持人进行操作，根据比赛的实际情况进行开始、复位、增加或减少抢答与答题时间。

（3）抢答器需要具有显示和锁存的能力。当某一位选手按下抢答按钮时，锁定他所对应的号码，其他人无法在抢答，直到主持人开始下一伦抢答。

（4）抢答机需要具有计时的功能，根据实际的情况，抢答的时间可以由主持人自由的调节，当由主持人开始抢答比赛时，计时器开始减少时间，同时发出短暂的声音，来提醒选手抢答开始。

（5）所有的参赛选手要在主持人设置好的时间内才可以抢答问题。当有人抢答时,计时器停止工作。由系统的显示模块展示选手的信息。

（6）如果在规定的时间内，没有人决定回答这个问题，那么这轮抢答无效。系统发出声音报警并且禁止任何一位选手抢答。

（7）根据需求和硬件电路设计软件,进行编程,编写源代码。

（8）使用proteus软件将软件和硬件结合在一起进行模拟；

（9）按照学校的规定完成论文，结构应要符合逻辑，应适当的表达自己的观点。

2.3 设计目的

通过完成本次设计任务，设计和学习单片机最小控制系统的基本设计方法，了解和掌握了如何去开发以及调试以单片机为核心的实际应用系统。

（1）学习有关单片机的相应开发工具，通过学习这些工具，了解它的使用方法和相应功能。

（2）学习如何根据任务需求和硬件电路编译和调试相应的单片机控制系统的程序。

（3）学习设计以单片机为核心的抢答器的硬件电路，并且可以画出其电路原理图。

（4）学习并掌握单片机中定时器模块的常规用法，并且可以根据需求来编写相应的定时器程序。

2.4 设计要点

从所设计的系统的相关原理和实现装置，我们可以将要完成的系统从硬件和软件两个方面来分别设计。“第一个功能是快速辨别选手按键的次序, 并将最先抢答者的编号锁存, 用编码、译码、及数码显示电路显示出抢答者的序号;第二个功能是防止其他选手无效的按键操作^[5]”。其中从绘制电路的原理图、选择合理的相关元器件、将相应各个元器件按照电路图进行焊接、焊接完成后进行硬件性能的测试和调试，来满足所需的设计要求。而在软件部分的设计中，在编写具体的程序之前需要完成一些准备工作，我们需要根据具体的要求来确定需要完成的子模块，完成准备工作后要确定我们使用哪种语言来编写程序和对应的语言开发工具，最后编写具体的程序。编写完成后通过相应的工具对程序进行测试和调试，对程序进行完善，可以优化程序的性能。

接着是软件和硬件具体的设计方法。抢答器可以采用数字电路来实现, 但电路较为复杂, 也可以采用单片机来实现, 主要通过软件编写来完成^[6]。软件方面，因为本设计以51单片机为核心，所以我们采用与之对应的c语言是相对较优的选择。它与汇编语言相比，具有应用广泛等其独特的优点，使用模块化的设计来完成软件。首先，编译出要实现制定功能的子模块，将模块组成完整的程序。 程序不断检测8个按键的输人情况, 当有选手抢答, 立即把通过按键输入的信息储存起来, 判断抢答按键的键值并显示^[7]。由于硬件要与软件相匹配，采用相对结构的电路设计。在硬件电路设计中，最重要的是选择作为核心单片机，在确定核心单片机的基础之上，然后在根据功能来选择与之相匹配的外接元器件，这样可以使设计的系统既经济实惠又可以完成任务需求。在焊接元器件制作实物之前需要绘制出电路图，在电路图中要标元件的参数与类型，在相应的软件上根据功能需求调试电路。

硬件设计

3.1系统工作介绍

该工作系统具体由显示模块、控制模块、报警模块和抢答模块来组成整个工作系统。在整个系统启动时，比赛选手通过按键输入信号，由单片机来捕捉处理，然后输出结果信号。用四位数码管来显示相应的数据，由随蜂鸣器完成报警的功能，选手通过按键抢答问题，将抢到的选手的编号显示数码管上。进而完成完整的抢答流程。

其工作原理为:接通电源后主持人将开关置“清零”状态, 抢答器处于禁止状态, 然后主持人将开关置开始^[8]。当主持人按下启动键，一个低电平的信号就输入到了单片机P3.2的引脚上，象征着整个系统开始运行。显示模块的前两个数字管用来显示抢到的选手的编号，当没有人急着抢答是显示00，后两个数码管显示抢答的剩余时间。如果在规定时间内没有人抢答这个问题，在时间耗尽后蜂鸣器会出连续的警报，表示时间耗尽，这轮抢答失败；如果在规定时间内有人成功抢答，蜂鸣器发出警报示意，同时将抢到的选手的号码用前两位数码管显示，后两个数字管显示答题时间，由主持人再次按下启动键表示可以开始答题，同时答题时间开始减少，答题结束后，主持人按下复位键，即可开始下一轮抢答。主持人在抢答的过程中可以根据实际情况，通过加减键来调整时间，调整完成后，按下复位键，即可开始调整后的抢答。

这次，利用单片机为核心的抢答机的思想简单清晰。具有较强的可靠性和操作性。它能充分实现常规抢答器的基本需求。

图3.1 单片机抢答器模块图

3.2 单片机控制原理

单片机作为嵌入式系统的核心控制部分，因为它具有体积较小，功能较全等优点因此性价比十分优良，具有其特定的魅力。目前国内应用最为广泛的单片机之一是51单片机，主要是随着嵌入式和片上系统的提出和发展，51单片机进入一个新的局面，在许多的功能芯片的内核中已经将51单片机集成，随着以51单片机为内核与基础的操作系统的产生，51单片机在未来的较长时间内还会占据着嵌入式产品的市场。它以嵌入式系统的广泛应用为重心、以计算机技术为支柱, 正逐渐渗透在我们生活中的方方面面当中^[9]。单片机就是在一块芯片中将CPU，ROM，RAM等计算机需要的模块集成在一个集成电路中，单片机被称为MCU。单片机是基于现有嵌入式技术条件进行整体的数据计算, 其具有操作简单、成本低的优点。目前在家电和工业控制等各个方面技术非常成熟^[10]。就现阶段来看，单片机已经在在民用和工业领域得到了非常广泛的应用，已经与我们的生活密不可分。

在目前的计算机系统中CPU的电平一致为TTL，数据一般采用并行的格式，所需要的外部设备种类十分复杂，它们的电平和信号也都不尽相同，而在实际情况中，外接设备几乎是不可缺少的，所以需要进行转换操作，CPU的数据线是外部设备与CPU唯一可以传输数据的通道，为了满足这些需求，CPU与外部设备之间一定要有相应的接口电路。

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