数字抢答器的设计与实现

米阁 何建军 谢日华 侯颖 何汶俊

【摘要】 随着人们对生活质量的追求，作为娱乐项目的抢答器越来越受到人们的青睐。本设计是八路抢答器，利用AT89C51单片机、LED数码管等实现的抢答系统。主要分为两个部分，分别为主控系统和参赛者系统。主控系统有开始和结束控制按钮、时限设定等，参赛者系统有抢答按钮、计时显示等。最后通过仿真运行得到结果。

【关键词】 AT89C5 硬件 软件 仿真

一、概述

1.1 单片机抢答器的背景和现状

随着电气时代、电子时代的结束，现已进入的计算机时代。除了PC机外还有一类为单片机，它的体积很小，在整个装置中起到了核心的作用。本系统采用AT89C51单片机作为整个控制核心。这个控制系统包含了四个模块，分别是：显示模块、存储模块、语音模块以及抢答器开关模块。

二、设计概述

2.1 总体设计

抢答器的工作原理主要是采用单片机这个最小系统，通过键盘进行抢答，并动态显示组号。主持人按下开始抢答按纽时，蜂鸣发出响声提示，且数码管进行30秒倒计时，若有人在30秒抢答，蜂鸣器响声提示并显示他的组号。之后主持人按下复位开关为下一题的抢答做准备。

2.2系统的基本功能为：

1、设计基本单元的抢答路数，及可扩展单元路数。2、记录抢答时间，有争议时可查阅时间纪录。3、设置开始抢答键，显示及音响提示开始音，具有提前抢答处理功能。4、建立并论证游戏规则的公平性，如开始提示音起始或结束。5、抢答时间辨别0.1S。

三、系统硬件电路设计

1、AT89C51单片机硬件电路。本设计使用到的元器件包括：AT89C51芯片、LED显示器、七段LED数码管的译码。其中系统的核心是AT89C51，它主要负责控制各个部分，让各个部分协调工作。并在其外围接入复位模块，数码管，按钮以及振荡器等。2、时钟频率电路。单片机必须在时钟的驱动下才能工作。此电路外接一个振荡源就就能产生一定的时钟信号并送到单片机内部的各个单元，来调控单片机运行的工作速度。因为本设计要达到分辨时间为0.1s，因此设置定时器的基准时间为1ms，设置100ms按键采集一次，即达到设计要求的0.1s。3、开始按键。抢答器必须在按下开始按键之后才被视为有效抢答，开始键由主持人控制，最后仿真时按下此键表示抢答开始。4、八路选手抢答键。本数字抢答器的设计为8路按键输入，将采用独立按键的方式。在此次设计中在p1.0-p1.7接口处接入八路键盘，单片机通过读取p1.0-p1.7的值来判断当前的输入的是8个按键中的哪一个。5、显示电路。4本设计数码管采用的是共阴极的，由高电平点亮。其中数码管的显示一般情况下包含两种：静态显示和动态显示。动态显示不会有闪烁感，能够节省大量的I/O端口，而且产生较低的功耗。因此本设计采用动态显示。6、蜂鸣器音频输出电路。单片机的I/O口驱动能力有限，而蜂鸣器发声需要较高的电流，在这里利用三极管放大电流来使蜂鸣器获得足够的驱动电流。蜂鸣器音频输出电路的功能是用来发出警报声，起到提醒的作用。

四、系统软件设计

在进行微机控制系统设计时，除了系统硬件设计外，大量的工作就是如何根据每个生产对象的实际需要设计相应的应用程序。本系统软件采用模块化结构，采用C语言，由主程序﹑键盘子程序、显示驱动子程序等构成。

五、制作与调试

1、仿真软件介绍。但在本次设计中我们编写简单的C语言，设置使其生成HEX文件，再与Proteus结合， 将hex文件导入单片机内，进行仿真。通过Keil与 Proteus的整合调试来实现系统的总调，Keil为软件调试界面，而 Proteus是作为硬件仿真以及调试的界面。

2、仿真结果与分析。当仿真开始运行时，抢答键和蜂鸣器都处于开启状态，当主持人重新按下开始键时，这表示抢答正式开始，并且数码管会显示30秒倒计，同时通过蜂鸣器发出的声音来提醒选手抢答已经开始了。

如图所示，是抢答成功的情况，显示屏上显示的数字有18和5，这表明在开始后18秒时由5号选手抢得，且有蜂鸣器发出提示声。

结论：本文以AT89C51单片机为核心设计了八路抢 答器系统，通过软件仿真和硬件测试实现了智能特性，具有反应快、操作简便、以及成本低廉等特点。

参 考 文 献

[1] 李光飞.单片机课程设计实例指导[M].北京：北京航天航空大学出版社，2004

[2] 李朝青.单片机原理及接口技术（第3版）[M].北京：北京航空航天大学出版社，2002

[3] 黄正谨.综合电子设计与实践[M].东南大学出版社，2002-3