基于单片机的抢答器的设计

⑴ 如何设计基于单片机的多功能8路抢答器

八路抢答器的设计

摘要

本文介绍了一种采用数字电路制作的多功能数显抢答器，它主要采用了74系列的常用集成电路，它除了具有基本的抢答功能之外，还具有定时报警的功能，和数显的功能，当抢答开始后，系统会自动倒计时，并且时间是可以预设的，期间有人抢答的话系统会停止计时，如果期间没人抢答，系统会有短暂的报警，提示抢答结束。

关键字

单片机、PLC、抢答、报警、数显

一、 设计目的

在电视和学校中我们会经常看到一些智力抢答的节目，如果要是让抢答者用举手等方法，主持人很容易误判，会造成抢答的不公平，比赛中为了准确、公正、直观地判断出第一抢答者，所设计的抢答器通常由数码显示、灯光、音响等多种手段指示出第一抢答者。为了使这种不公平不发生，只有靠电子产品的高准确性来保障抢答的公平性。

二、 方案

制作抢答器可以用好多的方法，可以用单片机来完成，它的功能强大制作简单，并且外围的元件也很少；也可以用PLC来实现，他的制作也是比较简单；还可以用我们学过的EDA技术来制作；最后也可以用数字电路来实现，它的原理比较简单，集成块的价格也比较便宜且很容易购买，与我们学完的〈〈数字电路〉〉联系紧密，能将我们所学知识用于实际，对巩固所学知识有重要意义，用了一些成型电路，如NE555标准秒脉冲电路等，使总体方案易于实现。

方案一〈采用数字电路〉

1、原理方框图

定时抢答器的总体框图如图1所示，它由主体电路和扩展电路两部分组成。主体电路完成基本的抢答功能，即开始抢答后，当选手按动抢答键时，能显示选手的编号，同时能封锁输入电路，禁止其他选手抢答。扩展电路完成定时抢答的功能。

图1

图1所示的定时抢答器的工作过程是：接通电源时，节目主持人将开关置于“清除”位置，抢答器处于禁止工作状态，编号显示器灭灯，定时显示器显示设定的时间，当节目主持人宣布“抢答开始”，同时将控制开关拨到“开始”位置，扬声器给出声响提示，抢答器处于工作状态，定时器倒计时。当定时时间到，却没有选手抢答时，系统报警，并封锁输入电路，禁止选手超时后抢答。当选手在定时时间内按动抢答键时，抢答器要完成以下四项工作：

①优先编码电路立即分辨出抢答者的编号，并由锁存器进行锁存，然后由译码显示电路显示编号；

②扬声器发出短暂声响，提醒节目主持人注意；

③控制电路要对输入编码电路进行封锁，避免其他选手再次进行抢答；

④控制电路要使定时器停止工作，时间显示器上显示剩余的抢答时间，并保持到主持人将系统清零为止。当选手将问题回答完毕，主持人操作控制开关，使系统回复到禁止工作状态，以便进行下一轮抢答。

方案二〈采用单片机〉

1、原理方框图

此电路完成的功能如图2所示，当主持人宣布抢答开始的时候，按下开始按钮，此时电路进入抢答状态，选手的输入采用了扫描式的输入，之后把相应的信息送往单片机，再由单片机输出到显示输出电路中。此时有人第一按下相应的抢答按钮，经过单片机的控制选择，在八段显示器上显示相应的号码，并锁存，同时禁止其他按钮的输入。

（图2）

方案三〈采用PLC〉

1、原理方框图

此电路的功能如图3所示，当主持人打开启动开关后，在设定时间TO 内，如果某组抢先按下抢答按钮，则驱动音效电路①发出声响，指示灯LI亮，并且在8段数码管显示器上显示出抢答成功的组号，此时电路实现互锁，其他组再按下抢答按钮为无效;

如果在时间TO内，无人应答，则驱动音效电路②发出声响，指示灯L2亮，表示抢答者均放弃该题;

在抢答成功后，主持人打开限时开关SW2，启动计时器，在设定的时间TI 内回答有效，当到达设定时间TI时，驱动音效电路③，指示灯L3亮，表示答题时间到。

（图3）

三、 方案选择

方案比较
数字电路
单片机
PLC

制作难度
低
一般
一般

实现难度
一般
低
低

价格
低
一般
高

电路原理
简单
一般
一般

设计难度
简单
高
一般

通过上面的方案比较，数字电路的制作方案比较容易实现，并且在原理方面也是比较简单，所以我选择采用第一种方案来完成抢答器电路。

四、 设计系统功能

1.基本功能：

（1） 同时供8名选手比赛，分别用8个按钮S0 ~ S7表示。

（2）设置一个系统清除和抢答控制开关S，该开关由主持人控制。

（3）抢答器具有锁存与显示功能。即选手按动按钮，锁存相应的编号，扬声器发出声响提示，并在七段数码管上显示选手号码。选手抢答实行优先锁存，优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止。

2.扩展功能：

（1）抢答器具有定时抢答功能，且一次抢答的时间由主持人设定（如30秒）。当主持人启动"开始"键后，定时器进行减计时。

（2）参赛选手在设定的时间内进行抢答，抢答有效，定时器停止工作，显示器上显示选手的编号和抢答的时间，并保持到主持人将系统清除为止。在这段（3）如果定时时间已到，无人抢答，本次抢答无效，系统报警并禁止抢答，定时显示器上显示00。

五、 各部分单元电路的设计

（1）抢答器的主体电路设计

抢答电路的功能有两个：一是能分辨出选手按键的先后，并锁存优先抢答者的编号，供译码显示电路用；二是要使其他选手的按键操作无效。选用优先编码器74148和DFF锁存器可以完成上述功能，其电路组成如图4所示。其工作原理是：当主持人控制开关处于“清除”位置时，RS触发器的端为低电平，输出端（4Q~1Q）全部为低电平。于是74LS48的 =0，显示器灭灯；74148的选通输入端 =0，74LS148处于工作状态，此时锁存电路不工作。当主持人开关拨到“开始”位置时，优先编码电路和锁存电路同时处于工作状态，即抢答器处于等待工作状态，等待输入端 7... 0输入信号，当有选手将键按下时(如按下S5)，74LSl48的输出=010， =0，经RS锁存器后，CTR=l， =1，74LS279处于工作状态，4Q3Q2Q=101，经74LS48译码后，显示器显示出“5”。此外，CTR=1，使74l48的端为高电平，74LSl48处于禁止工作状态，封锁了其它按键的输入。当按下的键松开后，74LSl48的为高电平，但由于CTR维持高电平不变，所以74LSl48仍处于禁止工作状态，其它按键的输入信号不会被接收。这就保证了抢答者的优先性以及抢答电路的准确性。当优先抢答者回答完问题后，由主持人操作控制开关S，使抢答电路复位，以便进行下一轮抢答。

（图4）

74LS148为8线－3线优先编码器，表1为其功能表。

表1 74LS148的功能真值表

（2）定时电路设计

原理及设计：该部分主要由555定时器秒脉冲产生电路、十进制同步加减计数器74LS192减法计数电路、74LS48译码电路和2个7段数码管即相关电路组成。具体电路如图5所示。两块74LS192实现减法计数，通过译码电路74LS48显示到数码管上，其时钟信号由时钟产生电路提供。74192的预置数控制端实现预置数，由节目主持人根据抢答题的难易程度，设定一次抢答的时间，通过预置时间电路对计数器进行预置，如果要设置为30S，就可以在计数器的预置数控制端输入00110000。时钟脉冲由秒脉冲电路提供。按键弹起后，计数器开始减法计数工作，并将时间显示在共阴极七段数码显示管上，当有人抢答时，停止计数并显示此时的倒计时时间；如果没有人抢答，且倒计时时间到时，输出低电平到时序控制电路，控制报警电路报警，同时以后选手抢答无效。具体电路如图5所示。

（图5）

秒脉冲产生电路：秒脉冲由NE555提供，它的的3端输出的脉冲的频率为

，结合我们的实际经验及考虑到元器件的成本，我们选择的电阻值为R1=15K，R2=68K，C=10uF，代入到上式中即得，即秒脉冲。

（3）报警电路的设计

采用555定时器和三极管构成的报警电路如图6所示。其中555构成多谐振荡器，振荡频率

其输出信号经三极管推动扬声器。PR为控制信号，当PR为高电平时，多谐振荡器工作，当PR为低电平的时候，电路停振。

（图6）

（4）时序控制电路设计

与门G1 的作用是控制时钟信号CP的放行与禁止，门G2的作用是控制74LS148的输入使能端（即图二中的5端）。图7的工作原理是：主持人控制开关从"清除"位置拨到"开始"位置时，来自于图2中的74LS279的输出 1Q,即CTR=0，经G3反相，输出为1，则NE555产生的时钟信号CP能够加到74LS192的CPD时钟输入端，定时电路进行递减计时。同时，在定时时间未到时，则"定时到信号"为 1，门G2的输出 =0，使 74LS148处于正常工作状态。当选手在定时时间内按动抢答按键时，CTR＝1，经G3反相，输出为0，封锁 CP信号，定时器处于保持工作状态；同时，门G2的输出 =1，74LS148处于禁止工作状态。当定时时间到时，则"定时到信号"为0，/ST=1，74LS148处于禁止工作状态，禁止选手进行抢答。同时，门G1处于关门状态，封锁时钟CP信号，使定时电路保持00状态不变，此次抢答结束。

（图7）

集成单稳态触发器74LS121用于控制报警电路及发声的时间（其功能表见表2）,具体原理如下：主要由555时钟电路（用于控制报警声音频率）、蜂鸣器即相关的延时电路和控制电路组成。单稳态触发器74121通过信号/Ys、BO2、S控制报警与否和报警时间，555时钟电路产生脉冲时钟。在规定的时间有人抢答时，/Ys由1跳变到0，74121有状态2，即Q输出暂态高电平，蜂鸣器连续发声报警，持续时间为 =2.15秒；如果在规定时间内无人抢答，BO2由1跳变到0，74121有状态1，Q输出暂态高电平，蜂鸣器连续发声报警持续时间为
结合图6所示报警电路，分析 计算如下： 。取C＝100uF, R=25K,。有＝2.15秒。（原理图见图8）

（图8）

表2 74121功能表

(6) 电源电路

电源电路采用三端集成线性稳压集成块，L7805CV，因为它的外围电路比较简单，并且工作比较稳定，很适合74系列的集成块。它的稳压精度为2%，工作电流1.5A，封装为TO-220(A)，工作温度也很不错，并且具有过温保护和短路保护，最大输入电压为35V，能对电路的长时间工作有很大的保障。（具体电路见图9）

（图9）

六、 总结

毕业设计不仅是对前面所学知识的一种检验，而且也是对自己能力的一种提高。下面我对整个毕业设计的过程做一下简单的总结。

第一，接到任务以后进行选题。选题是毕业设计的开端，选择恰当的、感兴趣的题目，这对于整个毕业设计是否能够顺利进行关系极大。好比走路，这开始的第一步是具有决定意义的，第一步迈向何方，需要慎重考虑。否则，就可能走许多弯路、费许多周折，甚至南辕北辙，难以到达目的地。因此，选；题时一定要考虑好了。

第二，题目确定后就是找资料了。查资料是做毕业设计的前期准备工作，好的开端就相当于成功了一半，到图书馆、书店、资料室去虽说是比较原始的方式，但也有可取之处的。总之，不管通过哪种方式查的资料都是有利用价值的，要一一记录下来以备后用。

第三，通过上面的过程，已经积累了不少资料，对所选的题目也大概有了一些了解，这一步就是在这样一个基础上，综合已有的资料来更透彻的分析题目。

第四，有了研究方向，就应该动手实现了。其实以前的三步都是为这一步作的铺垫。

通过这次设计，我对数字电路设计中的逻辑关系等有了一定的认识，对以前学的数字电路又有了一定的新认识，温习了以前学的知识，就像人们常说的温故而知新嘛，但在设计的过程中，遇到了很多的问题，有一些知识都已经不太清楚了，但是通过一些资料又重新的温习了一下数字电路部分的内容。在这次毕业设计中也使我们的同学关系更进一步了，同学之间互相帮助，有什么不懂的大家在一起商量，听听不同的看法对我们更好的理解知识，所以在这里非常感谢帮助我的同学。

在此要感谢我的指导老师，感谢老师给我这样的机会锻炼。在整个毕业设计过程中我懂得了许多东西，也培养了我独立工作的能力，树立了对自己工作能力的信心，相信会对今后的学习工作生活有非常重要的影响。而且大大提高了动手的能力，使我充分体会到了在创造过程中的探索的艰难和成功的喜悦。虽然这个项目还不是很完善，但是在设计过程中所学到的东西是这次毕业设计的最大收获和财富，使我终身受益。

⑵ 求一个由AT89C52单片机控制的八路抢答器的C语言程序设计

#include<reg51.h>
#define uchar unsigned char
uchar table[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f};
sbit rstkey=P2^2;
sbit speaker=P2^0;
void delay()//延时约400毫秒
{
uchar i,j;
for(i=0;i<200;i++)
for(j=0;j<250;j++);
}
main()
{
uchar i,key;
P2=0xff;
while(1)
{
i=0;
P1=table[i];
while(1)
{
key=P3;
if(key!=0)break;
}
switch(key)
{
case 0x01:i=1;break;
case 0x02:i=2;break;
case 0x04:i=3;break;
case 0x08:i=4;break;
case 0x10:i=5;break;
case 0x20:i=6;break;
case 0x40:i=7;break;
case 0x80:i=8;break;
default:break;
}
P1=table[i];//显示按下抢答器的号
P0=key;//显示按下键号的LED
while(1)
{
if(rstkey==0)break;//主持人按下复位键则重新开始
speaker=~speaker;//否则蜂鸣器报警
delay();
}
}
}

⑶ 求以单片机AT89C51设计的八路抢答器的汇编语言，能有8个LED灯显示就行了！！谢谢

ORG0000H

AJMPMAIN

ORG0003H

AJMPINT0SUB

ORG000BH

AJMPT0INT

ORG001BH

AJMPT1INT

OKEQU20H;抢答开始标志位

RINGEQU22H;响铃标志位

ORG0040H

MAIN:MOVR1,#0FH;初设抢答时间为15s

MOVR2,#0AH;初设答题时间为10s

MOVTMOD,#11H;设置未定时器/模式1

MOVTH0,#0F0H

MOVTL0,#0FFH;越高发声频率越高,越尖

MOVTH1,#3CH

MOVTL1,#0B0H;50ms为一次溢出中断

SETBEA

SETBET0

SETBET1

SETBEX0

SETBEX1;允许四个中断,T0/T1/INT0/INT1

CLROK

CLRRING

SETBTR1

SETBTR0;一开始就运行定时器,以开始显示FFF.如果想重新计数,重置TH1/TL1就可以了

//查询程序:

START:MOVR5,#0BH

MOVR4,#0BH

MOVR3,#0BH

ACALLDISPLAY;未开始抢答时候显示FFF

JBP3.0,NEXT

ACALLDELAY

JBP3.0,NEXT;去抖动,如果"开始键"按下就向下执行,否者跳到非法抢答查询

ACALLBARK;按键发声

MOVA,R1

MOVR6,A;送R1->R6,因为R1中保存了抢答时间

SETBOK;抢答标志位,用于COUNT只程序中判断是否查询抢答

MOVR3,#0AH;抢答只显示计时,灭号数

AJMPCOUNT;进入倒计时程序,"查询有效抢答的程序"在COUNT里面

NEXT:JNBP1.0,FALSE1

JNBP1.1,FALSE2

JNBP1.2,FALSE3

JNBP1.3,FALSE4

JNBP1.4,FALSE5

JNBP1.5,FALSE6

JNBP1.6,FALSE7

JNBP1.7,FALSE8

AJMPSTART

//非法抢答处理程序:

FALSE1:ACALLBARK;按键发声

MOVR3,#01H

AJMPERROR

FALSE2:ACALLBARK

MOVR3,#02H

AJMPERROR

FALSE3:ACALLBARK

MOVR3,#03H

AJMPERROR

FALSE4:ACALLBARK

MOVR3,#04H

AJMPERROR

FALSE5:ACALLBARK

MOVR3,#05H

AJMPERROR

FALSE6:ACALLBARK

MOVR3,#06H

AJMPERROR

FALSE7:ACALLBARK

MOVR3,#07H

AJMPERROR

FALSE8:ACALLBARK

MOVR3,#08H

AJMPERROR

//倒计时程序(包括有效抢答程序):

COUNT:MOVR0,#00H;重置定时器中断次数

MOVTH1,#3CH

MOVTL1,#0B0H;重置定时器

RECOUNT:MOVA,R6;R6保存了倒计时的时间

MOVB,#0AH

DIVAB;除十分出个位/十位

MOV30H,A;十位存于(30H)

MOV31H,B;个位存于(31H)

MOVR5,30H;取十位

MOVR4,31H;取个位

MOVA,R6

CLRC

SUBBA,#07H

JNCLARGER;大于5s跳到LARGER,小于等于5s会提醒

MOVA,R0

CJNEA,#0AH,FULL;1s中0.5s向下运行

CLRRING

AJMPCHECK

FULL:CJNEA,#14H,CHECK;1s时,响并显示号数并清R0,重新计时

SETBRING

MOVA,R6

JZQUIT;计时完毕

MOVR0,#00H

DECR6;一秒标志减1

AJMPCHECK

LARGER:MOVA,R0

CJNEA,#14H,CHECK;如果1s向下运行,否者跳到查"停/显示"

DECR6;计时一秒R6自动减1

MOVR0,#00H

CHECK:JNBP3.1,QUIT;如按下停止键退出

ACALLDISPLAY

JNBP1.0,TRUE1

JNBP1.1,TRUE2

JNBP1.2,TRUE3

JNBP1.3,TRUE4

JNBP1.4,TRUE5

JNBP1.5,TRUE6

JNBP1.6,TRUE7

JNBP1.7,TRUE8

AJMPRECOUNT

QUIT:CLROK;如果按下了"停止键"重新回到开始

CLRRING

ACALLBARK

AJMPSTART

//正常抢答处理程序：

TRUE1:ACALLBARK;按键发声

MOVA,R2

MOVR6,A;抢答时间R2送R6

MOVR3,#01H

CLROK;

AJMPLOOP2

TRUE2:ACALLBARK;

MOVA,R2

MOVR6,A

MOVR3,#02H

CLROK

AJMPLOOP2

TRUE3:ACALLBARK;

MOVA,R2

MOVR6,A

MOVR3,#03H

CLROK

AJMPLOOP2

TRUE4:ACALLBARK;

MOVA,R2

MOVR6,A

MOVR3,#04H

CLROK

AJMPLOOP2

TRUE5:ACALLBARK;

MOVA,R2

MOVR6,A

MOVR3,#05H

CLROK

AJMPLOOP2

TRUE6:ACALLBARK;

MOVA,R2

MOVR6,A

MOVR3,#06H

CLROK

AJMPLOOP2

TRUE7:ACALLBARK;

MOVA,R2

MOVR6,A

MOVR3,#07H

CLROK

AJMPLOOP2

TRUE8:ACALLBARK;

MOVA,R2

MOVR6,A

MOVR3,#08H

CLROK

AJMPLOOP2

LOOP2:AJMPDISPLAY;抢答后停止计时，等待返回

SETBRING

JNBP3.1,QUIT

AJMPLOOP2

//犯规抢答程序:

ERROR:SETBRING;犯规响铃

MOVR5,#0BH

MOVR4,#0BH;显示FF和犯规号数

LOOP3:ACALLDISPLAY

JNBP3.1,QUIT1;等待"停止"键按下

AJMPLOOP3

QUIT1:CLRRING

CLROK

AJMPSTART

//显示程序:

DISPLAY:MOVDPTR,#DAT1;查表显示程序,利用P0口做段选码口输出/P2低三位做位选码输出

MOVA,R5

MOVCA,@A+DPTR

MOVP2,#01H

MOVP0,A

ACALLDELAY

MOVDPTR,#DAT2

MOVA,R4

MOVCA,@A+DPTR

MOVP2,#02H

MOVP0,A

ACALLDELAY

MOVA,R3

MOVCA,@A+DPTR

MOVP2,#04H

MOVP0,A

ACALLDELAY

RET

DAT1:DB00H,06h,5bh,4fh,66h,6dh,7dh,07h,7fh,6fh,00H,71H

;"灭","1","2","3","4","5","6","7","8","9","灭","F"

DAT2:DB3FH,06h,5bh,4fh,66h,6dh,7dh,07h,7fh,6fh,00H,71H

DELAY1:MOV35H,#08H

LOOP0:ACALLDISPLAY

DJNZ35H,LOOP0

RET

//延时(显示和去抖动用到):

DELAY:MOV32H,#12H

LOOP:MOV33H,#0AFH

LOOP1:DJNZ33H,LOOP1

DJNZ32H,LOOP

RET

//发声程序:

BARK:SETBRING

ACALLDELAY1

ACALLDELAY1

ACALLDELAY1

ACALLDELAY1

CLRRING;按键发声

RET

//INT0(抢答时间R1调整程序):

INT0SUB:MOVA,R1

MOVB,#0AH

DIVAB

MOVR5,A

MOVR4,B

MOVR3,#0AH

ACALLDISPLAY;先在两个时间LED上显示R1

JNBP3.2,INC0;P3.2为+1s键,如按下跳到INCO

JNBP3.3,DEC0;P3.3为-1s键,如按下跳到DECO

JNBP3.4,BACK0;P3.4为确定键,如按下跳到BACKO

AJMPINT0SUB

INC0:MOVA,R1

CJNEA,#63H,ADD0;如果不是99,R2加1,如果加到99了,R1就置0，重新加起

MOVR1,#00H

ACALLDELAY1

AJMPINT0SUB

ADD0:INCR1

ACALLDELAY1

AJMPINT0SUB

DEC0:MOVA,R1

JZSETR1;如果R1为0,R1就置99，

DECR1

ACALLDELAY1

AJMPINT0SUB

SETR1:MOVR1,#63H

ACALLDELAY1

AJMPINT0SUB

BACK0:RETI

//TO溢出中断(响铃程序):

T0INT:MOVTH0,#0ECH

MOVTL0,#0FFH

JNBRING,OUT

CPLP3.6;RING标志位为1时候P3.6口不短取反使喇叭发出一定频率的声音

OUT:RETI

//T1溢出中断(计时程序):

T1INT:MOVTH1,#3CH

MOVTL1,#0B0H

INCR0

RETI

⑷ 怎么设计基于51单片机的八位抢答器课程设计用c语言

你的描述不详：下面我给出方法，自已参考：
1：主持人端有一个单片机设备 且设备有一个或多个按键，单个按键，那么就做成按键复用，如果是多个按键，那就可以按要求设置按键功能和数量。参赛队每队一个设备，如果不方便能过连线来通讯，就采用无线通讯，抢答端只需一个按键按键，同时在按键里或边上用指示灯来指示状诚。
2：逻辑，当主持人按下抢答键时，主持人端设备向8个参赛队发送抢答开始信号数据，参赛队8个设备向主持端应答，判断收到应答后，开始计时10秒，某一队按下按键时，这队会向主持端发送本队的编号即可，说到这里，后面的基本上都是一样的原理，就是收发数据，应答，判断数据类型和功能。即可达到你的要求。

⑸ 设计一个以单片机为核心的8位竞赛抢答器,要求如下:

8路抢答器，这种题目，在网络上真是泛滥成灾了，随便一搜就能搜到一大堆，有仿真图和程序全部资料的。或者网络文库里也同样可以搜索到，还是毕业论文，更是详细。

下图是一个8路抢答器的仿真图。