單片機控制的八路搶答器的設計與制作

呂紅娟

摘 要： 搶答器是學校常用的智力競賽優先判決電路。采用STC89C52單片機為核心設計出具有限時搶答、限時答題、報警顯示等功能的八路搶答器。硬件電路中采用繼電器把按鍵信號和單片機信號隔離，提高電路抗干擾能力。結合數據鎖存及數碼驅動芯片，提高電路帶負載能力。利用電路板設計軟件Protel，結合元器件實際尺寸設計出易于制作的單面印制板圖。最后經過實際制作、使用驗證，印制板設計合理、元件插裝方便、操作簡單、價格低廉，且能及時準確地判斷搶答者，效果良好。

關鍵詞： 搶答器； 硬件系統； 軟件系統； 印制板

中圖分類號： TN910?34； TP368.1 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2014）18?0124?03

Design and manufacture of eight?way responder controlled by single chip microcomputer

L? Hong?juan1， 2

（1. College of Communication and Information Engineering， Xian University of Science and Technology， Xian 710054， China；

2. Department of Electronic Information ，Xian Railway Vocational & Technological Institute， Xian 710014， China）

Abstract：Responder is a priority decision circuit commonly used in quiz game of schools. An eight?way responder with time limit answer， answer in time and alarm display functions was designed on the basis of STC89C52 microcontroller. A relay is

adopted in the hardware circuit to isolate the key signal and SCM signal， and improve noise immunity of the circuit. The data latches and digital driver chip are combined to improve load capacity of the circuit. According to the actual size of components， the single?sided PCB was designed with software PROTEL. The actual production and verification result show the PCBs design is reasonable， the element insert is convenient， its operation is simple， its cost is low， and the responder can timely and accurately determine who is the first vier.

Keywords： responder； hardware system； software system； PCB

0 引 言

搶答器是學校、企事業單位為各種智力競賽而設計的一種搶答優先判決電路。搶答器可采用多種電路結構來實現，如電子器件、單片機、PLC等，但比較來說，用單片機設計實現的搶答器電路結構簡單、成本低、可靠性與準確性高，是搶答器設計的首選方案。通過市場調查，八路搶答器的需求量最大。本文以STC89C52單片機為核心器件，設計了八路搶答器的電路及單面印制板電路圖，可以制作出具有報警和限時搶答功能、三位數碼管顯示的結構簡單、可靠性高、實用性強的搶答器。

1 硬件系統設計

八路搶答器系統組成框圖如圖1所示，主要由按鍵輸入模塊、單片機控制模塊、鎖存及驅動模塊、數碼顯示模塊及報警模塊組成。

圖1 系統組成框圖

（1） 按鍵模塊：該模塊主要由兩部分組成，一部分是主持人及選手按鍵，其中，按鍵采用拍壓式按鍵，能夠烘托出比賽的激烈程度。另一部分是繼電器，采用繼電器是能夠把按鍵信號和單片機信號隔離，可以有效地防止按鍵輸入端的干擾以電藕合的方式進入應用系統，保證按鍵輸入的準確。

（2） 單片機控制模塊：電路采用STC89C52單片機作為核心控制元件。STC89C52是一種低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有 8 KB在系統可編程FLASH存儲器[1]。它使用經典的MCS?51內核，但做了很多的改進使得芯片具有傳統51單片機不具備的功能。

（3） 鎖存模塊：鎖存器芯片選用74HC573[2]。在單片機控制電路產生的數據鎖存控制信號的控制下，單片機將顯示段碼數據鎖存到數據鎖存器中，將鎖存器數據輸出允許控制端直接接地，則鎖存的數據直接輸出，經驅動芯片接數碼顯示管。

（4） 驅動及數碼顯示模塊：驅動芯片采用ULN2003。ULN2003具有電流增益高、工作電壓高、溫度范圍寬、帶負載能力強等特點，能驅動多種類型的負載。

（5） 報警模塊：單片機控制電路產生的報警信號經數據鎖存器芯片74HC573驅動蜂鳴器報警。

系統總體電路如圖2所示。

2 軟件系統設計

程序首先是完成內部各存儲單元的初始化，對擴展接口電路的初始化，內部定時器的初始化[3]，中斷的初始化及調用顯示程序對初始狀態的顯示以及對外部信號的等待處理，等待隨時對外部信號進行響應，然后檢測主持人是否按下開始搶答按鍵。在主持人還未按下開始搶答按鍵而有選手搶答時，視為犯規，此時發出報警信號并顯示按鍵選手號碼。當主持人按下搶答按鍵后，啟動搶答倒計時，并同時調用顯示程序顯示倒計時。在允許搶答的時間內，程序不斷檢測8個按鍵的輸人情況，當有選手搶答，立即把通過按鍵輸入的信息儲存起來，判斷搶答按鍵的鍵值并顯示，同時報警，表示搶答成功，定時器停止工作，并不再檢測輸入信號。當主持人按下開始答題按鍵時，啟動答題定時器，開始計時，同時顯示答題倒計時時間，答題時間結束，發出報警信號，停止定時器，等待主持人按下復位按鍵，開始下一個題目的搶答。程序流程圖如圖3所示[4?5]。

3 印制板設計

印制板的設計采用最常用的Protel軟件[6]。為了便于搶答器的實際制作，印制板的設計采用單面板設計，尺寸為12 cm×12 cm。在印制板的設計過程中，各元器件的封裝尺寸都根據實際元件尺寸準確修改，以便于后期元器件的插裝。為了使布線效果達到最好，采用了便于連接的排線。單面印制板圖如圖4所示。

4 外殼面板設計

搶答器的面板主要以布局合理、美觀、簡潔、便于操作為原則，建議8個搶答選手的按鍵插頭及單片機復位按鈕置于外殼的后面板，如圖5所示。3位數碼顯示管和設置按鈕置于外殼的前面板，如圖6所示。其中6個按鈕分別為搶答時間設置鍵、回答時間設置鍵、時間增加鍵、時間減少鍵、確定鍵、開始鍵。

圖3 程序流程圖

5 結 語

本文主要是針對應用量比較大的八路搶答器，設計了其原理電路、印制板及外殼，經過實際的制作驗證，達到了預期目標，能及時準確地判斷第一搶答者，并通過聲光效果顯示，同時具有限時搶答、限時答題等功能，具有最實用的基本智能功能，最簡單的制作方式及最低的價格。技術上主要的創新點為電路帶負載能力強，能驅動大的顯示器；設計了易于制作的單面印制板圖。

圖4 單面印制板圖

圖5 后面板布局圖

圖6 前面板布局圖

參 考 文 獻

[1] 戴佳.51單片機C語言應用程序設計實例精講[M].北京：電子工業出版社，2008.

[2] 孫余凱.電子實用電路集錦[M].北京：電子工業出版社，2008.

[3] 臧殿紅.基于AT89S51的八路搶答器的設計[J].科技信息，2011（25）：518?519.

[4] 周立功.項目驅動：單片機應用設計基礎[M].北京：北京航空航天大學出版社，2011.

[5] 孫軍輝.基于單片機應用的多路無線搶答器的設計[J].中國現代教育裝備，2012（11）：7?8.

[6] 朱曉紅.電子設計自動化（EDA）[M].西安：西安電子科技大學出版社，2011.

系統總體電路如圖2所示。

2 軟件系統設計

程序首先是完成內部各存儲單元的初始化，對擴展接口電路的初始化，內部定時器的初始化[3]，中斷的初始化及調用顯示程序對初始狀態的顯示以及對外部信號的等待處理，等待隨時對外部信號進行響應，然后檢測主持人是否按下開始搶答按鍵。在主持人還未按下開始搶答按鍵而有選手搶答時，視為犯規，此時發出報警信號并顯示按鍵選手號碼。當主持人按下搶答按鍵后，啟動搶答倒計時，并同時調用顯示程序顯示倒計時。在允許搶答的時間內，程序不斷檢測8個按鍵的輸人情況，當有選手搶答，立即把通過按鍵輸入的信息儲存起來，判斷搶答按鍵的鍵值并顯示，同時報警，表示搶答成功，定時器停止工作，并不再檢測輸入信號。當主持人按下開始答題按鍵時，啟動答題定時器，開始計時，同時顯示答題倒計時時間，答題時間結束，發出報警信號，停止定時器，等待主持人按下復位按鍵，開始下一個題目的搶答。程序流程圖如圖3所示[4?5]。

3 印制板設計

印制板的設計采用最常用的Protel軟件[6]。為了便于搶答器的實際制作，印制板的設計采用單面板設計，尺寸為12 cm×12 cm。在印制板的設計過程中，各元器件的封裝尺寸都根據實際元件尺寸準確修改，以便于后期元器件的插裝。為了使布線效果達到最好，采用了便于連接的排線。單面印制板圖如圖4所示。

4 外殼面板設計

搶答器的面板主要以布局合理、美觀、簡潔、便于操作為原則，建議8個搶答選手的按鍵插頭及單片機復位按鈕置于外殼的后面板，如圖5所示。3位數碼顯示管和設置按鈕置于外殼的前面板，如圖6所示。其中6個按鈕分別為搶答時間設置鍵、回答時間設置鍵、時間增加鍵、時間減少鍵、確定鍵、開始鍵。

圖3 程序流程圖

5 結 語

本文主要是針對應用量比較大的八路搶答器，設計了其原理電路、印制板及外殼，經過實際的制作驗證，達到了預期目標，能及時準確地判斷第一搶答者，并通過聲光效果顯示，同時具有限時搶答、限時答題等功能，具有最實用的基本智能功能，最簡單的制作方式及最低的價格。技術上主要的創新點為電路帶負載能力強，能驅動大的顯示器；設計了易于制作的單面印制板圖。

圖4 單面印制板圖

圖5 后面板布局圖

圖6 前面板布局圖

參 考 文 獻

[1] 戴佳.51單片機C語言應用程序設計實例精講[M].北京：電子工業出版社，2008.

[2] 孫余凱.電子實用電路集錦[M].北京：電子工業出版社，2008.

[3] 臧殿紅.基于AT89S51的八路搶答器的設計[J].科技信息，2011（25）：518?519.

[4] 周立功.項目驅動：單片機應用設計基礎[M].北京：北京航空航天大學出版社，2011.

[5] 孫軍輝.基于單片機應用的多路無線搶答器的設計[J].中國現代教育裝備，2012（11）：7?8.

[6] 朱曉紅.電子設計自動化（EDA）[M].西安：西安電子科技大學出版社，2011.

系統總體電路如圖2所示。

2 軟件系統設計

程序首先是完成內部各存儲單元的初始化，對擴展接口電路的初始化，內部定時器的初始化[3]，中斷的初始化及調用顯示程序對初始狀態的顯示以及對外部信號的等待處理，等待隨時對外部信號進行響應，然后檢測主持人是否按下開始搶答按鍵。在主持人還未按下開始搶答按鍵而有選手搶答時，視為犯規，此時發出報警信號并顯示按鍵選手號碼。當主持人按下搶答按鍵后，啟動搶答倒計時，并同時調用顯示程序顯示倒計時。在允許搶答的時間內，程序不斷檢測8個按鍵的輸人情況，當有選手搶答，立即把通過按鍵輸入的信息儲存起來，判斷搶答按鍵的鍵值并顯示，同時報警，表示搶答成功，定時器停止工作，并不再檢測輸入信號。當主持人按下開始答題按鍵時，啟動答題定時器，開始計時，同時顯示答題倒計時時間，答題時間結束，發出報警信號，停止定時器，等待主持人按下復位按鍵，開始下一個題目的搶答。程序流程圖如圖3所示[4?5]。

3 印制板設計

印制板的設計采用最常用的Protel軟件[6]。為了便于搶答器的實際制作，印制板的設計采用單面板設計，尺寸為12 cm×12 cm。在印制板的設計過程中，各元器件的封裝尺寸都根據實際元件尺寸準確修改，以便于后期元器件的插裝。為了使布線效果達到最好，采用了便于連接的排線。單面印制板圖如圖4所示。

4 外殼面板設計

搶答器的面板主要以布局合理、美觀、簡潔、便于操作為原則，建議8個搶答選手的按鍵插頭及單片機復位按鈕置于外殼的后面板，如圖5所示。3位數碼顯示管和設置按鈕置于外殼的前面板，如圖6所示。其中6個按鈕分別為搶答時間設置鍵、回答時間設置鍵、時間增加鍵、時間減少鍵、確定鍵、開始鍵。

圖3 程序流程圖

5 結 語

本文主要是針對應用量比較大的八路搶答器，設計了其原理電路、印制板及外殼，經過實際的制作驗證，達到了預期目標，能及時準確地判斷第一搶答者，并通過聲光效果顯示，同時具有限時搶答、限時答題等功能，具有最實用的基本智能功能，最簡單的制作方式及最低的價格。技術上主要的創新點為電路帶負載能力強，能驅動大的顯示器；設計了易于制作的單面印制板圖。

圖4 單面印制板圖

圖5 后面板布局圖

圖6 前面板布局圖

參 考 文 獻

[1] 戴佳.51單片機C語言應用程序設計實例精講[M].北京：電子工業出版社，2008.

[2] 孫余凱.電子實用電路集錦[M].北京：電子工業出版社，2008.

[3] 臧殿紅.基于AT89S51的八路搶答器的設計[J].科技信息，2011（25）：518?519.

[4] 周立功.項目驅動：單片機應用設計基礎[M].北京：北京航空航天大學出版社，2011.

[5] 孫軍輝.基于單片機應用的多路無線搶答器的設計[J].中國現代教育裝備，2012（11）：7?8.

[6] 朱曉紅.電子設計自動化（EDA）[M].西安：西安電子科技大學出版社，2011.