數(shù)字搶答器的設(shè)計與實現(xiàn)

米閣 何建軍 謝日華 侯穎 何汶俊

【摘要】 隨著人們對生活質(zhì)量的追求，作為娛樂項目的搶答器越來越受到人們的青睞。本設(shè)計是八路搶答器，利用AT89C51單片機、LED數(shù)碼管等實現(xiàn)的搶答系統(tǒng)。主要分為兩個部分，分別為主控系統(tǒng)和參賽者系統(tǒng)。主控系統(tǒng)有開始和結(jié)束控制按鈕、時限設(shè)定等，參賽者系統(tǒng)有搶答按鈕、計時顯示等。最后通過仿真運行得到結(jié)果。

【關(guān)鍵詞】 AT89C5 硬件 軟件 仿真

一、概述

1.1 單片機搶答器的背景和現(xiàn)狀

隨著電氣時代、電子時代的結(jié)束，現(xiàn)已進入的計算機時代。除了PC機外還有一類為單片機，它的體積很小，在整個裝置中起到了核心的作用。本系統(tǒng)采用AT89C51單片機作為整個控制核心。這個控制系統(tǒng)包含了四個模塊，分別是：顯示模塊、存儲模塊、語音模塊以及搶答器開關(guān)模塊。

二、設(shè)計概述

2.1 總體設(shè)計

搶答器的工作原理主要是采用單片機這個最小系統(tǒng)，通過鍵盤進行搶答，并動態(tài)顯示組號。主持人按下開始搶答按紐時，蜂鳴發(fā)出響聲提示，且數(shù)碼管進行30秒倒計時，若有人在30秒搶答，蜂鳴器響聲提示并顯示他的組號。之后主持人按下復位開關(guān)為下一題的搶答做準備。

2.2系統(tǒng)的基本功能為：

1、設(shè)計基本單元的搶答路數(shù)，及可擴展單元路數(shù)。2、記錄搶答時間，有爭議時可查閱時間紀錄。3、設(shè)置開始搶答鍵，顯示及音響提示開始音，具有提前搶答處理功能。4、建立并論證游戲規(guī)則的公平性，如開始提示音起始或結(jié)束。5、搶答時間辨別0.1S。

三、系統(tǒng)硬件電路設(shè)計

1、AT89C51單片機硬件電路。本設(shè)計使用到的元器件包括：AT89C51芯片、LED顯示器、七段LED數(shù)碼管的譯碼。其中系統(tǒng)的核心是AT89C51，它主要負責控制各個部分，讓各個部分協(xié)調(diào)工作。并在其外圍接入復位模塊，數(shù)碼管，按鈕以及振蕩器等。2、時鐘頻率電路。單片機必須在時鐘的驅(qū)動下才能工作。此電路外接一個振蕩源就就能產(chǎn)生一定的時鐘信號并送到單片機內(nèi)部的各個單元，來調(diào)控單片機運行的工作速度。因為本設(shè)計要達到分辨時間為0.1s，因此設(shè)置定時器的基準時間為1ms，設(shè)置100ms按鍵采集一次，即達到設(shè)計要求的0.1s。3、開始按鍵。搶答器必須在按下開始按鍵之后才被視為有效搶答，開始鍵由主持人控制，最后仿真時按下此鍵表示搶答開始。4、八路選手搶答鍵。本數(shù)字搶答器的設(shè)計為8路按鍵輸入，將采用獨立按鍵的方式。在此次設(shè)計中在p1.0-p1.7接口處接入八路鍵盤，單片機通過讀取p1.0-p1.7的值來判斷當前的輸入的是8個按鍵中的哪一個。5、顯示電路。4本設(shè)計數(shù)碼管采用的是共陰極的，由高電平點亮。其中數(shù)碼管的顯示一般情況下包含兩種：靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示。動態(tài)顯示不會有閃爍感，能夠節(jié)省大量的I/O端口，而且產(chǎn)生較低的功耗。因此本設(shè)計采用動態(tài)顯示。6、蜂鳴器音頻輸出電路。單片機的I/O口驅(qū)動能力有限，而蜂鳴器發(fā)聲需要較高的電流，在這里利用三極管放大電流來使蜂鳴器獲得足夠的驅(qū)動電流。蜂鳴器音頻輸出電路的功能是用來發(fā)出警報聲，起到提醒的作用。

四、系統(tǒng)軟件設(shè)計

在進行微機控制系統(tǒng)設(shè)計時，除了系統(tǒng)硬件設(shè)計外，大量的工作就是如何根據(jù)每個生產(chǎn)對象的實際需要設(shè)計相應(yīng)的應(yīng)用程序。本系統(tǒng)軟件采用模塊化結(jié)構(gòu)，采用C語言，由主程序﹑鍵盤子程序、顯示驅(qū)動子程序等構(gòu)成。

五、制作與調(diào)試

1、仿真軟件介紹。但在本次設(shè)計中我們編寫簡單的C語言，設(shè)置使其生成HEX文件，再與Proteus結(jié)合， 將hex文件導入單片機內(nèi)，進行仿真。通過Keil與 Proteus的整合調(diào)試來實現(xiàn)系統(tǒng)的總調(diào)，Keil為軟件調(diào)試界面，而 Proteus是作為硬件仿真以及調(diào)試的界面。

2、仿真結(jié)果與分析。當仿真開始運行時，搶答鍵和蜂鳴器都處于開啟狀態(tài)，當主持人重新按下開始鍵時，這表示搶答正式開始，并且數(shù)碼管會顯示30秒倒計，同時通過蜂鳴器發(fā)出的聲音來提醒選手搶答已經(jīng)開始了。

如圖所示，是搶答成功的情況，顯示屏上顯示的數(shù)字有18和5，這表明在開始后18秒時由5號選手搶得，且有蜂鳴器發(fā)出提示聲。

結(jié)論：本文以AT89C51單片機為核心設(shè)計了八路搶 答器系統(tǒng)，通過軟件仿真和硬件測試實現(xiàn)了智能特性，具有反應(yīng)快、操作簡便、以及成本低廉等特點。

參 考 文 獻

[1] 李光飛.單片機課程設(shè)計實例指導[M].北京：北京航天航空大學出版社，2004

[2] 李朝青.單片機原理及接口技術(shù)（第3版）[M].北京：北京航空航天大學出版社，2002

[3] 黃正謹.綜合電子設(shè)計與實踐[M].東南大學出版社，2002-3