基于单片机的四路抢答器的设计
2021-10-18陈娟顾吴华
陈娟 顾吴华
摘要：随着人们生活的多样性，抢答器作为一个重要的设备广泛应用于各类竞赛中。文章设计的四路抢答器以STC89C51单片机作为主控芯片，实现的功能主要是：主持人按下 “抢答开始”按键后，倒计时3秒钟，选手抢答并且显示抢答成功的小组号。该系统软硬件相结合，并且通过校“强国知识竞赛”活动验证了抢答器产品的良好性能。
关键词：单片机;抢答器;数码管
中图分类号：TP368.1 文献标识码：A
文章编号：1009-3044（2021）26-0168-03
开放科学（资源服务）标识码（OSID）：
1 引言
抢答器作为一款能准确、直观、公正地判断出第一抢答者的电子应用设备，常用于各种各样的竞赛中，抢答器的种类和功能也层出不穷。然而，传统的抢答器大多采用一些基本的数字电路来实现，不仅体积大，而且布线复杂烦琐、成本较高。随着科技的发展，集成度高、控制能力强的单片机已经深入到了各个应用领域[1-3]。
2 整体设计介绍
本系承担了校“强国知识竞赛”的组织任务，要求设计一款功能准确的四路抢答器应用于竞赛活动中。将该任务功能设计为：主持人按下“抢答开始”按键，然后3秒倒计时，如果单片机检测到有选手按下抢答器按键，则显示该选手的编号，如果再次抢答，必须由主持人再次按下“抢答开始”按键。
3 硬件设计
3.1 总体设计
在本设计中采用STC公司生产的STC89C51 单片机作为主控芯片，结合简单的外围电路来实现设计任务。该系统可以进行运算控制、抢答信号识别与处理以及显示功能的实现。具体表现为：用四个独立按键作为选手抢答键，一个独立按键作为主持人键，数码管用作显示组号和倒计时时间，利用4个LED灯作为选手抢答成功的指示灯。如果主持人按键没有按下，而选手按键提前按下抢答，则单片机不予处理选手按键，即抢答无效。硬件电路的总体设计框图如图1所示。
3.2 单片机及独立按键电路
STC89C51单片机是STC公司推出的51内核单片机，包含有4个8位的并行I/O接口，分别为P0、P1、P2和P3口;其中P1、P2、P3口都是带内部上拉电阻的双向I/O口，因此在使用时不需要再外接上拉电阻，可简化电路;而且P1口是唯一的单功能口，仅能作通用的数据输入/输出口[4-5]。所以将P1.0—P1.3作为四路抢答信号输入端，K0—K3为四个选手抢答按键;P1.4是主持人宣布开始信号输入端，K4为主持人的“抢答开始”按键，单片机在中断中循环检测P1口的信号，当有按键按下时，I/O口相应的位为低电平。具体电路如图2所示。
3.3 显示电路
本系统采用1个4位0.56寸小型共阳极数码管，数码管均采用三极管驱动，5V电源，当显示倒计时和选手组号时，数码管工作。P0.0—P0.7为信号的输出端，接数码管的a—dp管脚。具体电路图如图3所示。
4 软件设计
4.1 流程图
本系统的单片机编程在keil uVision4环境下完成，用单片机程序控制系统，实现的功能比较灵活，能较方便地对系统进行功能的扩张和改进。抢答器开始工作时，先进行初始化，完成对相关参数进行配置，以及对定时器进行设置等工作。
然后判断主持人按键是否按下，如果未按下，则返回等待;否则进入倒计时状态，倒计时结束，再判断是否有选手抢答按鍵按下，如果未按下，则原处等待;否则显示该抢答成功的选手组号;如进行新的一轮抢答，由需主持人按键重新按下。
主程序的流程图如图4所示。
4.2 主程序
void main （）//主程序
{
Timer0Init（）;//初始化定时器0
TR0=0;//定时器0停止计时
while （1） //主循环
{
if（Cont==0）//初始化抢答器
{
Display（3，0）;//调用显示子程序
Display（4，0）;//调用显示子程序
Cont=1;//进入抢答开始工作状态
}
if（Cont==1）//抢答开始
{
Display（3，0）;//调用显示子程序
Display（4，0）;//调用显示子程序
if（K4==0）//判断主持人按键是否按下
{
Delay（50）;//调用延时子程序
if（K4==0）//再次判断主持人按键是否再次按下
{
Miao=3;//初始化倒计时时间为3秒
TR0=1;//定时器0开始计时
Cont=2;//进入倒计时3秒工作状态
}while（K4！=1）;//判断主持人按键是否释放
}
}
if（Cont==2）//倒计时3秒
{
Display（4，Miao）;//调用显示子程序
if（Miao==0）//判断倒计时3秒结束
{
TR0=0;//定时器0停止计时
Cont=3;////进入选手抢答工作状态
}
}
if（Cont==3）//选手抢答
{
Display（3，Key_Num/10）;//调用显示子程序
