基于單片機的八路搶答器的設計

摘要：隨著人們對娛樂生活的質量的追求，作為娛樂項目中的工具——搶答器也一樣在變化。搶答器它可以由PLC、單片機、數字電路、模擬電路還可以由EDA技術做成，本次設計是采用單片機做主控制器，使用C語言實現邏輯控制二極管、無源蜂鳴器、共陽極七段數碼管等系統的設計。

關鍵詞：搶答器；單片機；C語言

中圖分類號：TP368.12 文獻標識碼：A 文章編號：1674-7712 （2012） 18-0028-01

一、目前單片機滲透到我們生活的各個領域，幾乎很難找到哪個領域沒有單片機的蹤跡。作者根據單片機的功能特性，設計了一款八路搶答器

（一）系統功能

（1）搶答器同時為8組選手分別提供按鈕進行搶答，按鈕分別為1號、2號、3號、4號、5號、6號、7號、8號；（2）使用單片機基本電路中的復位按鈕，作為系統電路的復位，由主持人控制；（3）設置一個開始按鈕，當主持人按下開始按鈕之后，在大約5秒的設定時間內，如果某組搶先按下搶答器按鈕，則蜂鳴器發出約600MS的聲響，7段數碼管顯示出搶答成功的組號，其他組再按下搶答按鈕為無效；（4）如果在大約5秒的設定時間內，無人應答，則蜂鳴器發出約500MS響聲，7段數碼管倒計時顯示0。

（二）框架結構

本系統采用的方法是以單片機做主控制器來設計。由蜂鳴器電路、倒計時數碼管顯示電路、搶答號碼數碼管顯示電路組成。系統結構框架如圖1所示。

（三）抗干擾設計

本次硬件電路重點是可靠性的設計。單片機系統本身就是微電系統，容易受到外界的干擾，而單片機應用系統的工作環境往往是不是固定的，在一些復雜的工作環境中，單片機往往受到干擾的影響而導致其不能工作或控制功能喪失，因而其工作的可靠性至關重要，所以單片機系統的可靠性最直觀體現在單片機系統的抗干擾性。本次設計為單芯片工作（89C52單片機）所以不存在系統內的耦合干擾，所以使用2種抗干擾方式：

1.電源線中的高頻干擾：供電電力線相當于一個接受天線，能把雷電、電弧、廣播電臺等輻射的高頻干擾信號通過電源變壓器初級耦合到次級，形成對單片機系統的干擾。為防止從電源系統引入干擾，電路中加入濾波電路，即在電源的正負極之間接上一個濾波電容。如圖2所示。2.來自單片機外部環境的干擾：實踐證明，單片機系統設備的抗干擾與系統的接地方式有很大關系，接地往往是抑制噪音的重要手段。所有單片機直接懸空端口接地。未直接懸空接口（比如輸入端口：主持人端口P3.6、8位搶答選手端口 P1），這些接口在電路圖中線路是完整的，但是在硬件上接開關，在開關未閉合時本質上就是懸空的。解決方法：因為在程序設計中按鍵輸入端口僅為低電平有效，故我們可以再開關前面串聯一個2K的電阻然后接VCC，這樣就可以再開關未閉合的時候給單片機對應端口一個穩定的高電平信號。

（四）硬件接線圖

數碼管采用共陽極8段數碼管，運用220Ω電阻對其限流保護；蜂鳴器采用無源蜂鳴器，使用一個C8050三極管作為脈沖開關；開始按鈕與所有的搶答按鈕靠單片機一端各串聯一個作為降壓作用的2KΩ電阻接高電平，目的為開始按鈕與所有的搶答按鈕靠單片機一端的懸空腳提供一個穩定的高電平輸入。硬件接線圖如圖3所示。

（五）軟件總體結構

本節首先介紹了該裝置軟件設計的總體方案。在軟件設計過程中，借助了 Keil C51 集成開發環境，做了相應的軟件調試，使硬件得以正常的工作。程序是用C51編寫，在 Keil uVision 4下開發完成的。軟件總體結構如圖4所示。

（六）實物調試

完成各模塊的裝接之后，使用杜邦線將要各個模塊連接到對應的最小系統接口上，組成一個有效的軟硬件調試模塊。要實現調試系統不同的調試目的，對應的接口應需做相應的調整，接口的調整主要在數碼管接口，但是在硬件結構上倒計時數碼管與顯示搶答號的數碼管是一樣的，所以只要證實其中一個的有效性同樣就能證明另一個的有效性，搶答按鈕同理。

二、總結

無論是在學校、工廠、軍隊還是電視節目中，都有可能舉報各種各樣的智力競賽，都會用到搶答器。目前市場上已有很多類型的競賽搶答器，單其中絕大多數是早期設計的，采用模擬電路、數字電路或者模數混合電路的產品。搶答器設計已相當成熟，但是隨著功能的增多，電路也越復雜，并且成本偏高，故障率高，顯示簡單，無法準確判斷搶按按鈕的行為，也不便于參數調節及功能的升級換代。近年來隨著科技的飛速發展，單片機、CPLD、PLC的應用正在不斷地走向深處，同時帶動傳統的控制檢測技術的不斷更新。本設計就是利用單片機作為核心部件進行邏輯控制及信號的產生，單片機的性能優勢必定會是競賽真正達到公平、公正、公開。

[作者簡介]顧亞文，南京金肯職業技術學院，講師；袁道香，無錫南洋職業技術學院，講師；廖武華：中國人民解放軍總參謀部第六十研究所，工程師。