设计。该设计是以单片机为基本核心，在完成按键、显示、报警等硬件电路设计之后，配备相应的应用软件，然后设计制作硬件电路。经过测试，该系统达到了预期目标，实现了抢答、倒计时、违规显示、报警、双面显示等功能。该系统可应用于小型知识竞赛以及文娱活动等场所，具有一定的应用价值。
关键词：单片机；抢答器；数码管；按键
中图分类号：TN409 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2018）04-0240-02
The Design of Responder Based on Single-Chip Microcomputer
NIU Jia，XIONG Gang
（Department of Electromechanical， Yangling Vocational and Technical College， Yangling 712100， China）
Abstract： Sparetime life of people are plentiful， the use of responder is more and more important. We introduced a kind of eight-way responder in this paper. It put single chip as basic core，we complete the design of hardware circuit，such as key，display，alarm and so on， we also complete software design. The test show that the system has reached the expected goal，achieve the following functions， such as preemptive answer，count down，violations，display，alarm， dual display and so on.the system can apply to small knowledge competition and recreational activities， it has certain application value.
Key words： Singlechip； Responder； Digital tube； Key
1 概述
隨着社会的进步和科学技术的发展，各种知识竞赛，文娱活动越来多，其中抢答器的作用就显得比较重要。而目前使用的小型抢答器，主要有以下几种：
主体电路由编码器译码器组成，通过简单的逻辑电路实现抢答功能。但是该类设计功能比较单一、结构复杂、容易出现故障、可靠性比较低、分辨力低，且逻辑功能简单固定，尤其是在多路抢答时容易出现问题[1-3]。
1） 主体电路以PLC为核心器件，用软件和硬件相结合的方式来实现其抢答功能[4-5]，但是电路分辨力不高，且对软件要求较高，并且其开发系统种类很多，性能差别很大，通用性不强。
2） 主体电路以单片机为核心器件，外围附以相应的硬件系统，配备相应的应用软件来实现功能要求。该类抢答器外围电路结构简单，反应速度快，分辨率高，可靠性与可控制性也很好，功能齐全，实用性[6-8]。
通过比较以上几种方案，单片机方案有较大的活动空间。所以，本设计以单片机为核心，设计一种能够实现抢答、倒计时、违规显示、报警、双面显示等功能的智能抢答器。
2 系统整体结构
系统工作时，单片机自动复位自检，此时显示电路不工作，在主持人宣布“开始”时，倒计时开始，若单片机检测到有选手按下抢答器按键，则显示该选手编号，若选手提前抢答，声光报警同时记录选手号码，做违规处理，当一轮抢答之后，定时器停止、禁止二次抢答，如果再次抢答，必须由主持人再次按“复位”和“开始”键。系统框图如图1所示。
3 硬件设计
硬件设计采用模块化电路，包括单片机电路模块、显示电路模块、声光报警电路以及按键电路等。
3.1 单片机及按键电路
控制器采用STC公司生产的低功耗单片机STC89C52，该单片机具有8K字节可编程Flash存储器，指令和引脚上与MCS-51单片机完全兼容，在众多嵌入式控制应用系统中有广泛应用，具有较高的性价比。设计中单片机的P1口和P3口分别为抢答按键和主持人按键接口，具体电路如图2所示。
STC89C52单片机内部共有4个8位并行I/O接口：P0～P3；P1、P2、P3口内部都设有上拉电阻，而不需再外接上拉电阻，可简化电路；而且P1口是惟一的单功能口，仅能作通用的数据输入/输出口，所以P1.0～P1.7为8路抢答信号输入端，K1～K8为8个抢答按键，单片机在中断中循环检测P1口，当有按键按下时，相应的I/O口为低电平。
K_1～K_4为主持人按键，其中K_1为复位键，按动K_1键，单片机进行初始化操作，系统重新开始工作。该电路是上电与按键都有效的复位电路，在单片机运行期间，也可以利用按键完成复位操作。K_4为抢答开始键，在主持人宣布抢答“开始”后，按动一下K_4键，单片机进入中断服务程序，等待按键按下，若没有按键按下则一直等待，若有按键按下则单片机对抢答信号进行采样和识别处理，把结果送数码管显示出来。K_2为答题限时键，当主持人按动此键后，选手开始答题，同时数码管显示倒计时。K_3为违规显示键，当有选手违规时，即声光报警，主持人按动此键，数码管显示违规选手号码。
3.2 显示电路
由于主持人与选手存在视角不同，所以采用双面显示进行电路设计。主持人面采用0.56寸小型共阳极数码管，选手面采用2.3寸大型共阳极数码管。单片机的控制信号相同，但数码管的驱动电路不同，0.56寸數码管采用三极管驱动，5V电源；2.3寸数码管采用三极管和达林顿管ULN2803驱动，9V电源，当需要显示组号及倒计时时，数码管工作。P0.0～P0.7为信号输出端，接数码管a～dp管脚。电路如图3所示。
图3 显示电路
4 软件设计
抢答器开始工作时，首先开始初始化过程，进行各部分程序之间的关系协调、配置相关的参数以及设置定时器等工作，主程序初始化后，开始检测是否有按键信号出现。当检测到P3口有低电平时，主程序根据P3口位置转入相应的处理程序，处理程序执行完后，再返回主程序中。显示子程序受控于各处理程序及抢答中断服务程序。主程序流程图如图4所示。
5 结论
本设计经过实践证明，性能良好，完全达到了设计目标。单片机功能强大，本设计只是利用其中很少的一部分；对本设计来说，还可以外接相应的硬件系统实现功能的扩展，如增加抢答路数及主持人控计分电路等，但是改动硬件，软件设计要有相应的变动，功能实现的越多，对软件的要求越高；要解决这个问题，首先要对计算机应用系统预完成的任务进行深入的分析，明确系统的设计任务、功能要求、技术指标。并且对软件模块分析，进行合理的优化等，以便达到最佳设计。
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