单片机控制的八路抢答器的设计与制作

吕红娟

摘 要： 抢答器是学校常用的智力竞赛优先判决电路。采用STC89C52单片机为核心设计出具有限时抢答、限时答题、报警显示等功能的八路抢答器。硬件电路中采用继电器把按键信号和单片机信号隔离，提高电路抗干扰能力。结合数据锁存及数码驱动芯片，提高电路带负载能力。利用电路板设计软件Protel，结合元器件实际尺寸设计出易于制作的单面印制板图。最后经过实际制作、使用验证，印制板设计合理、元件插装方便、操作简单、价格低廉，且能及时准确地判断抢答者，效果良好。

关键词： 抢答器； 硬件系统； 软件系统； 印制板

中图分类号： TN910?34； TP368.1 文献标识码： A 文章编号： 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

抢答器是学校、企事业单位为各种智力竞赛而设计的一种抢答优先判决电路。抢答器可采用多种电路结构来实现，如电子器件、单片机、PLC等，但比较来说，用单片机设计实现的抢答器电路结构简单、成本低、可靠性与准确性高，是抢答器设计的首选方案。通过市场调查，八路抢答器的需求量最大。本文以STC89C52单片机为核心器件，设计了八路抢答器的电路及单面印制板电路图，可以制作出具有报警和限时抢答功能、三位数码管显示的结构简单、可靠性高、实用性强的抢答器。

1 硬件系统设计

八路抢答器系统组成框图如图1所示，主要由按键输入模块、单片机控制模块、锁存及驱动模块、数码显示模块及报警模块组成。

图1 系统组成框图

（1） 按键模块：该模块主要由两部分组成，一部分是主持人及选手按键，其中，按键采用拍压式按键，能够烘托出比赛的激烈程度。另一部分是继电器，采用继电器是能够把按键信号和单片机信号隔离，可以有效地防止按键输入端的干扰以电藕合的方式进入应用系统，保证按键输入的准确。

（2） 单片机控制模块：电路采用STC89C52单片机作为核心控制元件。STC89C52是一种低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有 8 KB在系统可编程FLASH存储器[1]。它使用经典的MCS?51内核，但做了很多的改进使得芯片具有传统51单片机不具备的功能。

（3） 锁存模块：锁存器芯片选用74HC573[2]。在单片机控制电路产生的数据锁存控制信号的控制下，单片机将显示段码数据锁存到数据锁存器中，将锁存器数据输出允许控制端直接接地，则锁存的数据直接输出，经驱动芯片接数码显示管。

（4） 驱动及数码显示模块：驱动芯片采用ULN2003。ULN2003具有电流增益高、工作电压高、温度范围宽、带负载能力强等特点，能驱动多种类型的负载。

（5） 报警模块：单片机控制电路产生的报警信号经数据锁存器芯片74HC573驱动蜂鸣器报警。

系统总体电路如图2所示。

2 软件系统设计

程序首先是完成内部各存储单元的初始化，对扩展接口电路的初始化，内部定时器的初始化[3]，中断的初始化及调用显示程序对初始状态的显示以及对外部信号的等待处理，等待随时对外部信号进行响应，然后检测主持人是否按下开始抢答按键。在主持人还未按下开始抢答按键而有选手抢答时，视为犯规，此时发出报警信号并显示按键选手号码。当主持人按下抢答按键后，启动抢答倒计时，并同时调用显示程序显示倒计时。在允许抢答的时间内，程序不断检测8个按键的输人情况，当有选手抢答，立即把通过按键输入的信息储存起来，判断抢答按键的键值并显示，同时报警，表示抢答成功，定时器停止工作，并不再检测输入信号。当主持人按下开始答题按键时，启动答题定时器，开始计时，同时显示答题倒计时时间，答题时间结束，发出报警信号，停止定时器，等待主持人按下复位按键，开始下一个题目的抢答。程序流程图如图3所示[4?5]。

3 印制板设计

印制板的设计采用最常用的Protel软件[6]。为了便于抢答器的实际制作，印制板的设计采用单面板设计，尺寸为12 cm×12 cm。在印制板的设计过程中，各元器件的封装尺寸都根据实际元件尺寸准确修改，以便于后期元器件的插装。为了使布线效果达到最好，采用了便于连接的排线。单面印制板图如图4所示。

4 外壳面板设计

抢答器的面板主要以布局合理、美观、简洁、便于操作为原则，建议8个抢答选手的按键插头及单片机复位按钮置于外壳的后面板，如图5所示。3位数码显示管和设置按钮置于外壳的前面板，如图6所示。其中6个按钮分别为抢答时间设置键、回答时间设置键、时间增加键、时间减少键、确定键、开始键。

图3 程序流程图

5 结 语

本文主要是针对应用量比较大的八路抢答器，设计了其原理电路、印制板及外壳，经过实际的制作验证，达到了预期目标，能及时准确地判断第一抢答者，并通过声光效果显示，同时具有限时抢答、限时答题等功能，具有最实用的基本智能功能，最简单的制作方式及最低的价格。技术上主要的创新点为电路带负载能力强，能驱动大的显示器；设计了易于制作的单面印制板图。

图4 单面印制板图

图5 后面板布局图

图6 前面板布局图

参 考 文 献

[1] 戴佳.51单片机C语言应用程序设计实例精讲[M].北京：电子工业出版社，2008.

[2] 孙余凯.电子实用电路集锦[M].北京：电子工业出版社，2008.

[3] 臧殿红.基于AT89S51的八路抢答器的设计[J].科技信息，2011（25）：518?519.

[4] 周立功.项目驱动：单片机应用设计基础[M].北京：北京航空航天大学出版社，2011.

[5] 孙军辉.基于单片机应用的多路无线抢答器的设计[J].中国现代教育装备，2012（11）：7?8.

[6] 朱晓红.电子设计自动化（EDA）[M].西安：西安电子科技大学出版社，2011.

系统总体电路如图2所示。

2 软件系统设计

程序首先是完成内部各存储单元的初始化，对扩展接口电路的初始化，内部定时器的初始化[3]，中断的初始化及调用显示程序对初始状态的显示以及对外部信号的等待处理，等待随时对外部信号进行响应，然后检测主持人是否按下开始抢答按键。在主持人还未按下开始抢答按键而有选手抢答时，视为犯规，此时发出报警信号并显示按键选手号码。当主持人按下抢答按键后，启动抢答倒计时，并同时调用显示程序显示倒计时。在允许抢答的时间内，程序不断检测8个按键的输人情况，当有选手抢答，立即把通过按键输入的信息储存起来，判断抢答按键的键值并显示，同时报警，表示抢答成功，定时器停止工作，并不再检测输入信号。当主持人按下开始答题按键时，启动答题定时器，开始计时，同时显示答题倒计时时间，答题时间结束，发出报警信号，停止定时器，等待主持人按下复位按键，开始下一个题目的抢答。程序流程图如图3所示[4?5]。

3 印制板设计

印制板的设计采用最常用的Protel软件[6]。为了便于抢答器的实际制作，印制板的设计采用单面板设计，尺寸为12 cm×12 cm。在印制板的设计过程中，各元器件的封装尺寸都根据实际元件尺寸准确修改，以便于后期元器件的插装。为了使布线效果达到最好，采用了便于连接的排线。单面印制板图如图4所示。

4 外壳面板设计

抢答器的面板主要以布局合理、美观、简洁、便于操作为原则，建议8个抢答选手的按键插头及单片机复位按钮置于外壳的后面板，如图5所示。3位数码显示管和设置按钮置于外壳的前面板，如图6所示。其中6个按钮分别为抢答时间设置键、回答时间设置键、时间增加键、时间减少键、确定键、开始键。

图3 程序流程图

5 结 语

本文主要是针对应用量比较大的八路抢答器，设计了其原理电路、印制板及外壳，经过实际的制作验证，达到了预期目标，能及时准确地判断第一抢答者，并通过声光效果显示，同时具有限时抢答、限时答题等功能，具有最实用的基本智能功能，最简单的制作方式及最低的价格。技术上主要的创新点为电路带负载能力强，能驱动大的显示器；设计了易于制作的单面印制板图。

图4 单面印制板图

图5 后面板布局图

图6 前面板布局图

参 考 文 献

[1] 戴佳.51单片机C语言应用程序设计实例精讲[M].北京：电子工业出版社，2008.

[2] 孙余凯.电子实用电路集锦[M].北京：电子工业出版社，2008.

[3] 臧殿红.基于AT89S51的八路抢答器的设计[J].科技信息，2011（25）：518?519.

[4] 周立功.项目驱动：单片机应用设计基础[M].北京：北京航空航天大学出版社，2011.

[5] 孙军辉.基于单片机应用的多路无线抢答器的设计[J].中国现代教育装备，2012（11）：7?8.

[6] 朱晓红.电子设计自动化（EDA）[M].西安：西安电子科技大学出版社，2011.

系统总体电路如图2所示。

2 软件系统设计

程序首先是完成内部各存储单元的初始化，对扩展接口电路的初始化，内部定时器的初始化[3]，中断的初始化及调用显示程序对初始状态的显示以及对外部信号的等待处理，等待随时对外部信号进行响应，然后检测主持人是否按下开始抢答按键。在主持人还未按下开始抢答按键而有选手抢答时，视为犯规，此时发出报警信号并显示按键选手号码。当主持人按下抢答按键后，启动抢答倒计时，并同时调用显示程序显示倒计时。在允许抢答的时间内，程序不断检测8个按键的输人情况，当有选手抢答，立即把通过按键输入的信息储存起来，判断抢答按键的键值并显示，同时报警，表示抢答成功，定时器停止工作，并不再检测输入信号。当主持人按下开始答题按键时，启动答题定时器，开始计时，同时显示答题倒计时时间，答题时间结束，发出报警信号，停止定时器，等待主持人按下复位按键，开始下一个题目的抢答。程序流程图如图3所示[4?5]。

3 印制板设计

印制板的设计采用最常用的Protel软件[6]。为了便于抢答器的实际制作，印制板的设计采用单面板设计，尺寸为12 cm×12 cm。在印制板的设计过程中，各元器件的封装尺寸都根据实际元件尺寸准确修改，以便于后期元器件的插装。为了使布线效果达到最好，采用了便于连接的排线。单面印制板图如图4所示。

4 外壳面板设计

抢答器的面板主要以布局合理、美观、简洁、便于操作为原则，建议8个抢答选手的按键插头及单片机复位按钮置于外壳的后面板，如图5所示。3位数码显示管和设置按钮置于外壳的前面板，如图6所示。其中6个按钮分别为抢答时间设置键、回答时间设置键、时间增加键、时间减少键、确定键、开始键。

图3 程序流程图

5 结 语

本文主要是针对应用量比较大的八路抢答器，设计了其原理电路、印制板及外壳，经过实际的制作验证，达到了预期目标，能及时准确地判断第一抢答者，并通过声光效果显示，同时具有限时抢答、限时答题等功能，具有最实用的基本智能功能，最简单的制作方式及最低的价格。技术上主要的创新点为电路带负载能力强，能驱动大的显示器；设计了易于制作的单面印制板图。

图4 单面印制板图

图5 后面板布局图

图6 前面板布局图

参 考 文 献

[1] 戴佳.51单片机C语言应用程序设计实例精讲[M].北京：电子工业出版社，2008.

[2] 孙余凯.电子实用电路集锦[M].北京：电子工业出版社，2008.

[3] 臧殿红.基于AT89S51的八路抢答器的设计[J].科技信息，2011（25）：518?519.

[4] 周立功.项目驱动：单片机应用设计基础[M].北京：北京航空航天大学出版社，2011.

[5] 孙军辉.基于单片机应用的多路无线抢答器的设计[J].中国现代教育装备，2012（11）：7?8.

[6] 朱晓红.电子设计自动化（EDA）[M].西安：西安电子科技大学出版社，2011.