基于單片機的四路搶答器的設計

陳娟 顧吳華

摘要：隨著人們生活的多樣性，搶答器作為一個重要的設備廣泛應用于各類競賽中。文章設計的四路搶答器以STC89C51單片機作為主控芯片，實現的功能主要是：主持人按下 “搶答開始”按鍵后，倒計時3秒鐘，選手搶答并且顯示搶答成功的小組號。該系統軟硬件相結合，并且通過校“強國知識競賽”活動驗證了搶答器產品的良好性能。

關鍵詞：單片機;搶答器;數碼管

中圖分類號：TP368.1? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2021）26-0168-03

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

1 引言

搶答器作為一款能準確、直觀、公正地判斷出第一搶答者的電子應用設備，常用于各種各樣的競賽中，搶答器的種類和功能也層出不窮。然而，傳統的搶答器大多采用一些基本的數字電路來實現，不僅體積大，而且布線復雜煩瑣、成本較高。隨著科技的發展，集成度高、控制能力強的單片機已經深入到了各個應用領域[1-3]。

2 整體設計介紹

本系承擔了校“強國知識競賽”的組織任務，要求設計一款功能準確的四路搶答器應用于競賽活動中。將該任務功能設計為：主持人按下“搶答開始”按鍵，然后3秒倒計時，如果單片機檢測到有選手按下搶答器按鍵，則顯示該選手的編號，如果再次搶答，必須由主持人再次按下“搶答開始”按鍵。

3 硬件設計

3.1 總體設計

在本設計中采用STC公司生產的STC89C51 單片機作為主控芯片，結合簡單的外圍電路來實現設計任務。該系統可以進行運算控制、搶答信號識別與處理以及顯示功能的實現。具體表現為：用四個獨立按鍵作為選手搶答鍵，一個獨立按鍵作為主持人鍵，數碼管用作顯示組號和倒計時時間，利用4個LED燈作為選手搶答成功的指示燈。如果主持人按鍵沒有按下，而選手按鍵提前按下搶答，則單片機不予處理選手按鍵，即搶答無效。硬件電路的總體設計框圖如圖1所示。

3.2 單片機及獨立按鍵電路

STC89C51單片機是STC公司推出的51內核單片機，包含有4個8位的并行I/O接口，分別為P0、P1、P2和P3口;其中P1、P2、P3口都是帶內部上拉電阻的雙向I/O口，因此在使用時不需要再外接上拉電阻，可簡化電路;而且P1口是唯一的單功能口，僅能作通用的數據輸入/輸出口[4-5]。所以將P1.0—P1.3作為四路搶答信號輸入端，K0—K3為四個選手搶答按鍵;P1.4是主持人宣布開始信號輸入端，K4為主持人的“搶答開始”按鍵，單片機在中斷中循環檢測P1口的信號，當有按鍵按下時，I/O口相應的位為低電平。具體電路如圖2所示。

3.3 顯示電路

本系統采用1個4位0.56寸小型共陽極數碼管，數碼管均采用三極管驅動，5V電源，當顯示倒計時和選手組號時，數碼管工作。P0.0—P0.7為信號的輸出端，接數碼管的a—dp管腳。具體電路圖如圖3所示。

4 軟件設計

4.1 流程圖

本系統的單片機編程在keil uVision4環境下完成，用單片機程序控制系統，實現的功能比較靈活，能較方便地對系統進行功能的擴張和改進。搶答器開始工作時，先進行初始化，完成對相關參數進行配置，以及對定時器進行設置等工作。

然后判斷主持人按鍵是否按下，如果未按下，則返回等待;否則進入倒計時狀態，倒計時結束，再判斷是否有選手搶答按鍵按下，如果未按下，則原處等待;否則顯示該搶答成功的選手組號;如進行新的一輪搶答，由需主持人按鍵重新按下。

主程序的流程圖如圖4所示。

4.2 主程序

void main （）//主程序

{

Timer0Init（）;//初始化定時器0

TR0=0;//定時器0停止計時

while （1） //主循環

{

if（Cont==0）//初始化搶答器

{

Display（3，0）;//調用顯示子程序

Display（4，0）;//調用顯示子程序

Cont=1;//進入搶答開始工作狀態

}

if（Cont==1）//搶答開始

{

Display（3，0）;//調用顯示子程序

Display（4，0）;//調用顯示子程序

if（K4==0）//判斷主持人按鍵是否按下

{

Delay（50）;//調用延時子程序

if（K4==0）//再次判斷主持人按鍵是否再次按下

{

Miao=3;//初始化倒計時時間為3秒

TR0=1;//定時器0開始計時

Cont=2;//進入倒計時3秒工作狀態

}while（K4！=1）;//判斷主持人按鍵是否釋放

}

}

if（Cont==2）//倒計時3秒

{

Display（4，Miao）;//調用顯示子程序

if（Miao==0）//判斷倒計時3秒結束

{

TR0=0;//定時器0停止計時

Cont=3;////進入選手搶答工作狀態

}

}

if（Cont==3）//選手搶答

{

Display（3，Key_Num/10）;//調用顯示子程序