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抢答器论文
摘要
随着科学技术的不断发展，促使人们学科学、学技术、学知识的手段多种多样。
抢答器作为一种工具，已广泛应用于各种智力和知识竞赛场合。
但抢答器的使用频率较低，且有的要么制作复杂，要么可靠性低，减少兴致。
做为一个单位若专购一台抢答器虽然在经济上可以承受，但每年使用的次数极少，往往因长期存放使（电子器件的）抢答器损坏，再购置的麻烦和及时性就会影响活动的开展,因此设计了本抢答器。
本设计是以六路抢答为基本理念。
考虑到依需设定限时回答的功能，利用AT89C51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。
用开关做键盘输出，扬声器发生提示。
同时系统能够实现：
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，满时后系统计时自动复位及主控强制复位；按键锁定，在有效状态下，按键无效非法。
关键词：
AT89C51；LED数码管；抢答器；计时；报警
1绪论
1.1课题研究的相关背景
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、选手得分显示等功能。
本课题利用AT89C51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。
用开关做键盘输出，扬声器发生提示。
系统达到要求:
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选题的目的和意义
通过这次课程设计,掌握51单片机的原理,了解简单多功能抢答器组成原理，初步掌握多功能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，建立单片机理论和实践的结合，了解多功能抢答器各单元电路之间的关系及相互影响，从而能正确设计、计算定时计数的各个单元电路。
初步掌握多功能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。
1.3抢答器目前存在的主要问题
随着改革开放事业的不断深入，促使人们学科学、学技术、学知识的手段多种多样，抢答器作为一种工具，已广泛应用于各种智力和知识竞赛场合。
但抢答器的使用频率校低，且有的要么制作复杂，要么可靠性低，减少兴致。
作为一个单位若专购一台抢答器虽然在经济上可以承受，但每年使用的次数极少，往往因长期存放使（电子器件的）抢答器损坏，再购置的麻烦和及时性就会影响活动的开展。
但目前多数抢答器存在3个不足之处:
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，选手抢按成功。
2抢答器的系统概述
2.1系统的主要功能
本系统是借用单片机采用模块化设计的智能抢答器，主控与参赛者设为终端分系统。
参赛者分系统设有：
抢答按纽、计时显示、提示功能等（根据需要可另设或多设相关功能）；主控分系统有：
开始与结束控制按钮、时限设定、各种相关显示调控功能等（根据需要也可另设或多设相关功能）。
参赛者系统，除享有抢答按纽的权利功能外[1]，还有人性化的提示功能和时间提示功能，也可设定由主控控制在参赛者终端表现的趣味性功能等；主控系统的控制按钮做开始与结束控制，根据活动参赛者的层次，对提前抡答者的行为设定为非法或阻隔，若设有非法抢答控制功能时，在主控处带有公示性显示的非法抡答者的台位号，对抢答限时及回答问题限时设为倒计时式，并有公示性显示。
图2-1系统主要功能模块
本系统采用模块化设计智能抢答器，在抢答比赛中广泛应用，各组分别有一个抢答按钮。
主持人有开始和结束复位键。
在后台主持人可以修改，抢答时间和选手回答问题的时间设置，原始状态下抢答时间为15s，回答问题时间为10s。
通过加键和减键修改上述时间，改完后结束键确定。
新时间开始有效，主持人按键开始后，选手开始抢答为有效，数码显示屏显示抢答时间倒计时和选手号，在最后五秒扬声器发生提示。
如果主持人没有按下开始键而选手就抢答视为犯规，数码显示屏显示犯规者的代号，扬声器持续发生。
主持人可按键结束，新一轮抢答开始。
系统的主要功能模块方框图如2-1所示。
抢答主板：
抢答主板是整个抢答器的核心，其关键是单片机AT89C51。
内部电路设计用汇编语言编写。
它完成了时间参数的设定，抢按号码的译码，保存；显示；输出，抢按及答题倒计时功能等。
显示及指示：
本设计中，有一个共阴的数码管组，四个数码管。
其中两个显示时间，一个空位，一个显示抢答号码。
主持人依次按下复位键（RESET），开始键后开始抢答。
可以抢按：
超时数码管显示“FFF”，当抢按超过规定时间或答题超过规定时间后数码管显“FFF”。
若有选手在规定时间内抢按成功，则可以答题，数码管显示抢答时间的同时也显示选手号码。
若在按开始键前抢答表示违规，数码管显示“FF”并显示选手号码。
2.2系统需求分析
1、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。
2、抢答限定时间和回答问题的时间可是在1～99s设定。
3、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。
4、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。
5、按键锁定，在有效状态下，按键无效非法。
2.3抢答器的工作流程
抢答器的基本工作原理:
在抢答竞赛或呼叫时[2]，有多个信号同时或不同时送入主电路中，抢答器内部的寄存器工作，并识别、记录第一个号码，同时内部的定时器开始工作，记录有关时间并产生超时信号。
在整个抢答器工作过程中，显示电路、语音电路等还要根据现场的实际情况向外电路输出相应信号。
抢答器的工作流程分为、系统复位、正常流程、违例流程等几部分，如图2-2所示，下面分别予以介绍。
图2-2抢答器工作流程
3系统总体方案的设计
3.1硬件电路的设计
本设计分为硬件设计和软件设计[5]，这两者相互结合，不可分离；从时间上看，硬件设计的绝大部分工作量是在最初阶段，到后期往往还要做一些修改。
只要技术准备充分，硬件设计的大返工是比较少的，软件设计的任务贯彻始终，到中后期基本上都是软件设计任务，随着集成电路技术的飞速发展，各种功能很强的芯片不断出现，使硬件电路的集成度越来越高，硬件设计的工作量在整个项目中的所占的比重逐渐下降。
为使硬件电路设计尽可能合理，应注意以下几方面：
（1）尽可能采用功能强的芯片，以简化电路，功能强的芯片可以代替若干普通芯片，随着生产工艺的提高，新型芯片的的价格不断下降，并不一定比若干普通芯片价格的总和高。
（2）留有设计余地。
在设计硬件电路时，要考虑到将来修改扩展的方便。
因为很少有一锤定音的电路设计，如果现在不留余地，将来可能要为一点小小的修改或扩展而被迫进行全面返工。
（3）程序空间，选用片内程序空间足够大的单片机，本设计采用AT89C51单片机。
（4）RAM空间，AT89C51内部RAM不多，当要增强软件数据处理功能时，往往觉得不足。
如果系统配置了外部RAM，则建议多留一些空间。
如选用8155作I/O接口，就可以增强256字节RAM.如果有大批数据需要处理，则应配置足够的RAM，如6264，62256等。
随着软件设计水平的提高，往往只要改变或增加软件中的数据处理算法，就可以使系统功能提高很多，而系统的硬件不必做任何更换就使系统升级换代。
只要在硬件电路设计初期考虑到这一点，就应该为系统将来升级留足够的RAM空间，哪怕多设计一个RAM的插座，暂不插芯片也好。
（5）I/O端口：
在样机研制出来后进行现场试用时，往往会发现一些被忽视的问题，而这些问题不是靠单纯的软件措施来解决的。
如有些新的信号需要采集，就必须增加输入检测端；有些物理量需要控制，就必须增加输出端。
如果在硬件电路设计就预留出一些I/O端口，虽然当时空着没用，那么用的时候就派上用场了。
3.2总体原理图
图3-1系统原理图
P1.0为开始抢答[9]，P1.7为停止，P1.1-P1.6为六路抢答输入，数码管段选P0口，位选P2口低3位，蜂鸣器输出为P3.6口。
P3.2为时间加1调整，P3.3为时间减1调整。
4软件设计
4.1主程序系统结构图
图4-1软件系统结构图
4.2软件任务分析
软件任务分析和硬件电路设计结合进行，哪些功能由硬件完成，哪些任务由软件完成，在硬件电路设计基本定型后，也就基本上决定下来了。
软件任务分析环节是为软件设计做一个总体规划。
从软件的功能来看可分为两大类：
一类是执行软件，它能完成各种实质性的功能，如测量，计算，显示，打印[8]，输出控制和通信等，另一类是监控软件，它是专门用来协调各执行模块和操作者的关系，在系统软件中充当组织调度角色的软件。
这两类软件的设计方法各有特色，执行软件的设计偏重算法效率，与硬件关系密切，千变万化。
软件任务分析时，应将各执行模块一一列出，并为每一个执行模块进行功能定义和接口定义（输入输出定义）。
在各执行模块进行定义时，将要牵扯到的数据结构和数据类型问题也一并规划好。
各执行模块规划好后，就可以监控程序了。
首先根据系统功能和键盘设置选择一种最适合的监控程序结构。
相对来讲，执行模块任务明确单纯，比较容易编程，而监控程序较易出问题。
这如同当一名操作工人比较容易，而当一个厂长就比较难了。
软件任务分析的另一个内容是如何安排监控软件和各执行模块。
整个系统软件可分为后台程序（背景程序）和前台程序。
后台程序指主程序及其调用的子程序，这类程序对实时性要求不是太高，延误几十ms甚至几百ms也没关系，故通常将监控程序（键盘解释程序），显示程序和打印程序等与操作者打交道的程序放在后台程序中执行；而前台程序安排一些实时性要求较高的内容，如定时系统和外部中断（如掉电中断）。
也可以将全部程序均安排在前台，后台程序为“使系统进入睡眠状态”，以利于系统节电和抗干扰。
4.3程序流程图
在本设计中包括了以下八个主要的程序：
主程序；非法抢答序；抢答时间调整程序；回答时间调整程序；倒计时程序；正常抢答处理程序；犯规处理程序；显示及发声程序[9]。
主流程图如4-2所示：
4.4主要程序分析
主程序：
ORG0040H
MAIN:
MOVR1,#0FH
MOVR2,#0AH
图4-2程序设计流程图
MOVTMOD,#11H
MOVTH0,#0F0H
MOVTL0,#0FFH
MOVTH1,#3CH
MOVTL1,#0B0H;50ms为一次溢出中断[10]
SETBEA
SETBET0
SETBET1
SETBEX0
SETBEX1
CLROK
CLRRING
SETBTR1
SETBTR0
非法抢答处理程序：
FALSE1:
ACALLBARK
MOVR3,#01H
AJMPERROR
FALSE2:
ACALLBARK
MOVR3,#02H
AJMPERROR
FALSE3:
ACALLBARK
MOVR3,#03H
AJMPERROR
FALSE4:
ACALLBARK
MOVR3,#04H
AJMPERROR
FALSE5:
ACALLBARK
MOVR3,#05H
AJMPERROR
FALSE6:
ACALLBARK
MOVR3,#06H
AJMPERROR
抢答时间调整程序：
;=====INT0（抢答时间R1调整程序）=====
INT0SUB:
MOVA,R1
MOVB,#0AH
DIVAB
MOVR5,A
MOVR4,B
MOVR3,#0AH
ACALLDISPLAY
JNBP3.2,INC0;P3.2为+1s键,如按下跳到INCO
JNBP3.3,DEC0;P3.3为-1s键,如按下跳到DECO
JNBP1.7,BACK0;P1.7为确定键,如按下跳到BACKO
AJMPINT0SUB
INC0:
MOVA,R1
CJNEA,#63H,ADD0;如果不是99,R2加1,如果加到99了,R1就置0，重新加起。
MOVR1,#00H
ACALLDELAY1
AJMPINT0SUB
ADD0:
INCR1
ACALLDELAY1
AJMPINT0SUB
DEC0:
MOVA,R1
JZSETR1;如果R1为0,R1就置99，
DECR1
ACALLDELAY1
AJMPINT0SUB
SETR1:
MOVR1,#63H
ACALLDELAY1
AJMPINT0SUB
BACK0:
RETI
回答时间调整程序：
;=====INT1（回答时间R2调整程序）=====
INT1SUB:
MOVA,R2
MOVB,#0AH
DIVAB
MOVR5,A
MOVR4,B
MOVR3,#0AH
ACALLDISPLAY
JNBP3.2,INC1
JNBP3.3,DEC1
JNBP1.7,BACK1
AJMPINT1SUB
INC1:
MOVA,R2
CJNEA,#63H,ADD1
MOVR2,#00H
ACALLDELAY1
AJMPINT1SUB
ADD1:
INCR2
ACALLDELAY1
AJMPINT1SUB
DEC1:
MOVA,R2
JZSETR2
DECR2
ACALLDELAY1
AJMPINT1SUB
SETR2:
MOVR2,#63H
ACALLDELAY1
AJMPINT1SUB
BACK1:
RETI
倒计时程序：
COUNT:
MOVR0,#0000
MOVTH1,#3CH
MOVTL1,#0B0H
RECOUNT:
MOVA,R6;R6保存了倒计时的时间,之前先将抢答时间或回答时间给R6
MOVB,#0AH
DIVAB;除十分出个位/十位
MOV30H,A;十位存于（30H）
MOV31H,B;个位存于（31H）
MOVR5,30H;取十位
MOVR4,31H;取个位
MOVA,R6
SUBBA,#07H
JNCLARGER;大于5s跳到LARGER,小于等于5s会提醒
MOVA,R0
CJNEA,#0AH,FULL;1s中0.5s向下运行
CLRRING
AJMPCHECK
FULL:
CJNEA,#14H,CHECK;下面系1s的情况,响并显示号数并清R0,重新计时
SETBRING
MOVA,R6
JZQUIT;计时完毕
MOVR0,#00H
DECR6;一秒标志减1
AJMPCHECK
LARGER:
MOVA,R0
CJNEA,#14H,CHECK;如果1s向下运行,否者跳到查"停/显示"
DECR6;计时一秒R6自动减1
MOVR0,#00H
CHECK:
JNBP1.7,QUIT;如按下停止键退出
ACALLDISPLAY
JBOK,ACCOUT;如果是抢答倒计时,如是则查询抢答,否者跳过查询继续倒数
AJMPRECOUNT
ACCOUT:
JNBP1.1,TRUE1[5]
JNBP1.2,TRUE2
JNBP1.3,TRUE3
JNBP1.4,TRUE4
JNBP1.5,TRUE5
JNBP1.6,TRUE6
AJMPRECOUNT
QUIT:
CLROK;如果按下了"停止键"执行的程序
CLRRING
AJMPSTART
正常抢答处理程序：
TRUE1:
ACALLBARK;按键发声
MOVA,R2
MOVR6,A;抢答时间R2送R6
MOVR3,#01H
CLROK;因为答题的计时不再查询抢答,所以就锁了抢答
AJMPCOUNT
TRUE2:
ACALLBARK;
MOVA,R2
MOVR6,A
MOVR3,#02H
CLROK
AJMPCOUNT
TRUE3:
ACALLBARK;
MOVA,R2
MOVR6,A
MOVR3,#03H
CLROK
AJMPCOUNT
TRUE4:
ACALLBARK;
MOVA,R2
MOVR6,A
MOVR3,#04H
CLROK
AJMPCOUNT
TRUE5:
ACALLBARK;
MOVA,R2
MOVR6,A
MOVR3,#05H
CLROK
AJMPCOUNT
TRUE6:
ACALLBARK;
MOVA,R2
MOVR6,A
MOVR3,#06H
CLROK
AJMPCOUNT
犯规抢答程序：
ERROR:
MOVR0,#00H
MOVTH1,#3CH
MOVTL1,#0B0H
MOV34H,R3;犯规号数暂存与（34H）
HERE:
MOVA,R0
CJNEA,#0AH,FLASH;0.5s向下运行->灭并停响
CLRRING
MOVR3,#0AH
MOVR4,#0AH
MOVR5,#0AH;三灯全灭
AJMPCHECK1
FLASH:
CJNEA,#14H,CHECK1;下面系1s的情况,响并显示号数并清R0,重新计
SETBRING
MOVR0,#00H
MOVR3,34H;取回号数
MOVR5,#0BH
MOVR4,#0BH;显示FF和号数
AJMPCHECK1
CHECK1:
JNBP1.7,QUIT1
ACALLDISPLAY
AJMPHERE
QUIT1:
CLRRING
CLROK
AJMPSTART
显示程序：
DISPLAY:
MOVDPTR,#DAT1;查表显示程序,利用P0口做段选码口输出/P2低三位做位选码输出,
MOVA,R5
MOVCA,@A+DPTR
MOVP2,#01H
MOVP0,A
ACALLDELAY
MOVDPTR,#DAT2
MOVA,R4
MOVCA,@A+DPTR
MOVP2,#02H
MOVP0,A
ACALLDELAY
MOVA,R3
MOVCA,@A+DPTR
MOVP2,#04H
MOVP0,A
ACALLDELAY
RET
DAT1:
DB00H,06h,5bh,4fh,66h,6dh,7dh,07h,7fh,6fh,00H,71H
;"灭","1","2","3","4","5","6","7","8","9","灭","F"
DAT2:
DB3fh,06h,5bh,4fh,66h,6dh,7dh,07h,7fh,6fh,00H,71H
;第一个为零,其他与上相同,因为十位如果为零显示熄灭
发声程序
BARK:
SETBRING
ACALLDELAY1
ACALLDELAY1
CLRRING;按键发声
RET
5总结
本文研究与设计的六路多功能抢答器采用了通用的电子元器件，利用AT89C51单片机及外围接口实现抢答系统，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。
计分接收的单片机部分利用汇编语言编写。
设计时，首先通过在线编程，然后具体安装，仿真，完全实现了设计功能。
本设计中，利用常规的单片机扫描识别的方法。
通过硬件电路的具体应用和系统的仿真研究得出，本设计不仅安装简单、成本低，更重要的是工作性能稳定，是一个实用、创新型的工程设计。
由于采用汇编语言设计电路，所以本设计在编程成功后，硬件电路基本上不需要调试就可正常使用。
即使在设计完毕交给用户使用后，对系统的功能改进或升级也只是通过改写程序来完成，极大地方便了用户或设计者对电路更新。
整个设计通过了软件和硬件上的调试、仿真。
我想这对于自己以后的学习和工作都会有很大的帮助的。
在这次设计中遇到了很多实际性的问题，在实际设计中才发现，书本上理论性的东西与在实际运用中的还是有一定的出入的，所以有些问题不但要深入地理解，而且要不断地更正以前的错误思维。
对于单片机设计，其硬件电路是比较简单的，主要是解决程序设计中的问题。
而程序设计是一个很灵活的东西，它反映了你解决问题的逻辑思维和创新能力。
它才是一个设计的灵魂所在。
因此在整个设计过程中大部分时间是用在程序上面的。
很多子程序是可以借鉴书本上的，但怎样衔接各个子程序才是关键的问题所在，这需要对单片机的结构很熟悉。
因此可以说单片机的设计是软件和硬件的结合，二者是密不可分的。
但是，通过这次设计我也发现自己的很多不足之处。
在设计过程中我发现自己考虑问题很不全面，自己的专业知识掌握的很不牢固，所掌握的计算机应用软件还不够多，我希望自己的这些不足之处能在今后的工作和学习中得到改善。
而且，通过这次设计，我懂得了学习的重要性，学会了坚持和努力，这将为以后的学习做出了最好的榜样！
同时，该设计也有不足之处，缺少了答题计分等功能。
我将会在以后的学习中继续学习。
致谢
本课程设计是在我的导师周庆红老师的亲切关怀和细心指导下完成的，在设计过程中，自始至终凝聚着导师的心血。
恩师那治学严谨的态度，渊博的学识感染着我。
她那诲人不倦、宽厚朴实的作风给我们留下了不可磨灭的影响，是我学习的榜样，使我终生受益无穷。
在此论文完成之际，特向恩师表达诚挚的谢意同时以最崇高的敬意。
除此之外，在课题进行当中，还得到了其他老师的细心指导和诸多帮助。
他们的无私帮助和耐心指导也是我得以完成本课题的关键。
再此我向他们表示由衷的感谢和深切的问候。
此间我还得到了同学等诸多指导，再此表示感谢。
我还要感谢我的一些同学，他们在我最需要帮助的时候无私的伸出了援助之手，在此，对于他们无私的帮助我表示深深的感谢。
可以说如果没有他们的帮助我就不可能顺利的按时完成毕业设计。
真诚的感谢所有的帮助过我的老师们，同学们、家人和朋友们。
感谢对本设计进行评审的老师们，感谢他们给我提出的宝贵意见和建议。
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