多路抢答器的设计与实现Word文档格式.docx
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有按键锁定，在有效状态下，按键无效非法。
[关键词]STC89C52单片机LED数码管抢答器计时
DesignandImplementationofthemulti-channelResponder
TianPengfei
（Grade07,class084,ShaanxiUniversityofTechnology，Hanzhong72300x，Shaanxi）
tutor:
Hubo
[Abstract]ThedesignisbasedoneightResponderasthebasicconcept,takingintoaccountthechangesintheactivityrulesneedtosetthetimelengthlimitResponder,answerquestionsfunction.TheRespondersystem,STC89C52microcontrollerandperipheralinterfaceimplementationandtimingmicrocontrollertimer/counterandcounttheprincipleofsoftware,hardwareorganicallycombined,makingthesystemabletosetadifferentanswerintimeandanswertime,abletocorrectlytothecountdown,digitaltubeabletocorrectlydisplaythetimeandtheplayernumber.Matrixkeyboardworkactivitiesbeforethetimesetswitchasplayersanswerinthebuttonoutput,usethebuzzertoissuetheviolationalarmandcountdowntoremind.Thesametime,thedesignsystemcanbeachieved:
Attheevent,onlymoderatorsbegantoanswerinthebuttonispressed,theplayersoftheanswerinordertoeffectively,iftheplayersbeforethestartResponderResponderinvalidity;
alimitedtimetoanswerinalimitedtimeandanswerquestions1-99ssetting;
canshowwhichplayersanswerinaneffectiveandinvalidanswerin;
therightbuttonavoiceprompt;
answerintimeandanswerquestionstimecountdowndisplaywithdigitaltube,thefullsystemtimeisautomaticallyresetandmastercompulsoryreset;
keysarelockedinaneffectivestate,thebuttonisnotillegal.
[Keywords]Single-chipLEDdigitaltubeRespondertiming
1引言
1.1课题背景
抢答器是一种应用非常广泛的设备，在各种竞赛、抢答场合中，它能迅速、客观地分辨出最先获得发言权的选手。
早期的抢答器只由几个三极管、可控硅、发光管等组成，能通过发光管的指示辩认出选手号码。
现在大多数抢答器均使用单片机（如MCS-51型）和数字集成电路，并增加了许多新功能，如选手号码显示、抢按前或抢按后的计时、选手犯规显示等功能。
数字抢答器由主题电路与扩展电路组成。
优先编码电路、锁存器、译码电路将参赛队的输入信号在数码管上显示，抢答器电路和主持人复位按键组成主体电路。
通过定时电路将脉冲产生的信号在显示器输出实现计时功能，共同构成扩展电路。
利用面包板经过排版、布线、调试等工作后数字抢答器成形。
数字抢答器是由很多电路组成的，线路复杂，可靠性不高，功能也比较难以实现，特别是当数字抢答路数很多时，实现起来更为困难。
目前市场上已有各种各样的抢答器，但绝大多数是早期设计的，以模拟电路、数字电路或者模拟电路和数字电路结合的产品，这部分抢答器已相当成熟，但功能越多的电路越复杂，且成本也比较高，发生故障的可能性也比较高，传统普通抢答器主要存在以下缺陷：
传统的抢答器都是导线布局，受现场环境影响很大；
显示方式简单，无法判断提前抢按按键的行为，且不便于电路升级换代。
在当今计算机的普及和电子信息技术的迅猛发展下，对抢答器有了更高的要求，如何有效的保证许多公开竞争场合裁决的公平、公正，单片机抢答器为之提供了条件和发展空间，建立一个价格适宜、智能化、自动化、数字化等特点的抢答器具有重要意义。
基于单片机及外围接口实现的抢答系统，利用单片机的定时器/计数器定时和记数的原理，将软、硬件有机地结合起来，使得系统能够正确地进行计时，同时使数码管能够正确地显示时间和选手号码。
除此之外，还可以用键盘做输入，写入自己设置的时间，选手有效抢答还有灯管显示。
在抢答中，只有开始后抢答才有效，如果在开始抢答前抢答为无效；
抢答限定时间和回答问题的时间可是在1-99s设定；
可以显示是哪位选手有效抢答和无效抢答，正确按键后有音乐提示；
抢答时间和回答问题时间倒记时显示，时间完后系统自动复位；
按键锁定，在有效状态下，按键无效非法。
1.2目的及意义
通过本次毕业设计，对课本上所学的理论知识加深和巩固：
进一步熟悉和掌握基本理论在实践中综合运用，进一步熟悉和掌握单片机的基本知识、系统设计的基本方法及设计步骤，进一步熟悉和掌握常用单片机模块的设计和应用。
能够熟练使用Protues7.5等电子软件，学会运用这些软件进行分析、设计和仿真电路。
能够熟练运用KeiluVision4软件编写相应的程序模块。
学习单片机系统实物制作、调试、测试、故障查找和排除的方法及技巧。
培养实践技能，提高分析和解决实际问题的能力。
了解简单多路抢答器组成原理，初步掌握多路抢答器的调整及测试方法，提高动手能力和排除故障的能力。
同时通过本课题设计与装配、调试，提高自己的动手能力，巩固已学的理论知识，能够独立地做完毕业设计，通过毕业设计受到一次综合运用所学知识、理论和技能的训练。
它使我们可以进一步学会分析问题、解决问题；
学会阅读、翻译参考文献；
学会收集、运用各种资料。
它是对我们在校学习的一次全面检验、总结和提高；
是对我们利用所学的理论知识解决实际工程问题的综合训练；
是对提高我们的实践动手能力、创新思维能力具有不可替代的作用；
也是对毕业及学位资格认证的重要依据。
因此，做好毕业设计（论文）将为我们由学习走入工作、由学校进入社会打下良好的基础。
1.3抢答器的目前现状
在现代社会中，各种教育活动、娱乐节目比比皆是，而抢答器作为一种工具，它可以给予参赛者公平的答题机会和答题时间，已广泛应用于各种智力和知识竞赛场合。
但大多数抢答器不但制作复杂、可靠性低，而且功能过于简单，仅适用于在单一规则的活动中使用。
作为一个单位，如果专门购一台抢答器在经济上还可以承受，然而由于活动的多样性，去购买各种不同规格的抢答器，再购置的麻烦和及时性就会影响活动的开展。
目前多数抢答器以下存在五方面不足之处：
第一，现场线路连接复杂。
因为每个选手位于抢答现场的不同位置，每个选手与控制台之间要有长长的连接线。
选手越多，连接线就越多、越乱，这些连接线不仅影响了现场的美观，而且降低了抢答器的可靠性，增加了安装的难度，甚至影响了现场人员的走动。
第二，电路复杂。
因为单片机只完成号码处理、计时、数据运算等功能，其它功能如选手号码的识别、译码、计分显示等仍只能通过数字集成电路完成。
采用单片机扫描技术识别选手抢按号码时，电路的延迟时间较大。
第三，系统性能不够稳定，有时会在选手抢按成功时，出现没有抢答被记录的问题。
第四，目前市面上的抢答器只是大概判断出抢答成功或犯规选手台号，无法显示出每个选手抢答所用的时间。
第五，抢答器中的抢答模式单一、不灵活，在所有场合只能用相同抢答时间和答题时间。
1.4进度安排
本次设计主要分以下几个阶段完成：
1、前期准备阶段，收集资料，整理资料，设计课题的总体方案，完成开题报告；
2、根据总体方案设计，细化各模块，完成各个模块的设计；
3、学习单片机的编程，完成硬件仿真电路的调试；
4、制作实物电路，完成调试硬件实物电路；
5、整理资料，完成毕业论文的书写，准备答辩。
2方案论证
2.1多路抢答器方案设计系统
2.1.1基于数字电路多路抢答器的设计
如图2.1所示为该方案系统总体方框图。
其工作原理为：
接通电源后，主持人将开关拨到“清除”状态，抢答器处于禁止状态，编号显示器灭灯，定时器显示设定时间；
主持人将开关置于“开始”状态，宣布“开始”抢答器工作。
定时器倒计时，扬声器给出声响提示。
选手在定时时间内抢答时，抢答器完成：
优先判断、编号锁存、编号显示、扬声器提示。
当一轮抢答之后，定时器停止、禁止二次抢答、定时器显示剩余时间。
如果再次抢答必须由主持人再次操作“清除”和“开始”状态开关。
图2.1基于数字电路的系统框架
2.1.2基于单片机的多路智能抢答器
如图2.2所示为该方案系统总体方框图。
主持人在活动前，通过键盘输入电路，预设抢答时间和答题时间。
在活动中，主持人先按下“开始抢答”按钮，各位选手就可以通过抢答输入电路进行抢答，抢答成功后，显示电路会显示出成功抢答选手台号。
然后，主持人再按下“开始答题”按钮，数码管显示答题倒计时，各位选手答完题以后，按下“停止”按钮，倒计时停止。
如果要再次抢答，主持人可以按下“抢答复位”按钮，就可以继续开始抢答。
如果需要重新设置抢答时间和答题时间，主持人可以按下“总复位”按钮，就可以重置时间。
图2.2基于单片机的系统框架
2.2方案论证及选择
对两个方案进行比较，可以发现以下几点：
第一，电路连线方面。
方案一在实际应用时连接线较多，看起来比较繁琐不但影响电路美观，而且影响增加了安装的难度。
方案二则连线简单，出现问题也方便检修和排查。
第二，系统性能。
方案一是
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