机械与自动控制学院《单片机原理及应用》课程设计题目：基于单片机控制的数字抢答器系统专业：班级：姓名：学号：指导老师：成绩：目录第1节引言 (3)1.1 数字抢答器系统 (3)1.2 本设计任务和主要容 (4)第2节系统主要硬件电路设计 (4)2.1 单片机控制系统原理 (4)2.2 单片机主机系统电路 (5)2.2.1时钟电路 (5)2.2.2复位电路 (6)2.3LED显示系统电路 (6)2.4超限报警电路 (7)第3节系统软件设计 (8)3.1 系统主程序设计 (10)3.2抢答信号处理 (12)3.2. 1违规抢答信号的记录 (12)3.2.2第一有效抢答信号的识别及处理 (12)3. 2. 3多个第一有效抢答信号的处理 (13)3. 3 LED动态显示程序 (13)第4节结束语 (16)参考文献 (17)基于单片机控制的数字抢答器系统第1节引言抢答器又称第一信号鉴别器应用于各种知识竟赛文娱活动等场合普通抢答器存在以下缺陷:1)在一次抢答过程中,当出现超前违规抢答时,只能处理违规抢答信号而对没有违规的有效抢答信号不能进行处理因而,使该次抢答过程变为无效.2)当有多个违规抢答时,普通抢答器只能“抓住”其中一个出现“漏洞”. 3) 当同时出现多个有效抢答信号时普通抢答器或采用优先编码电路选择其中一2个或利用抢答电路电子元件的“竞争”选择其中一个对于后者,由于抢答电路制作完毕后电子元件被固定,各路抢答信号的“竞争”能力也被固定,因而本质上也具有优先权普通抢答器因而存在不公平性.本文介绍一种以单片机为控制核心的智能型抢答器,它对采样获得的各路抢答信号进行分柝,识别超前违规信号、有效抢答信号并对它们进行处理，使每一次抢答过程都有效利用存储器记忆多个违规信号,克服“漏洞”现象。

当同时出现多个抢答信号时,利用程序软件随机选择其中一个,十分公平具有倒计时验键违规显示等功能.1.1 数字抢答器概述2008年8月8日—8月24日第29届奥运会将在中国首都举行，这是中华民族近百年来最伟大的体育盛事，举办好这次盛会，宣传奥运知识成了一个极为关键的环节。

为了宣传奥运会知识，许多地方面向大众举办一次又一次的奥运知识竞赛，试题以介绍奥运历史、普及奥运知识为主旨，达到提高人人对奥运知识水平的目的，让更多的人认识奥运、关注奥运、热爱奥运，为奥运成功举办贡献力量。

奥运会的举办既是对我国综合国力的考验，更是对我们全民办好奥运赛事信心的考验。

作为当代大学生，举办奥运知识竞赛并全力以赴办好这次奥运会，既是我们为宣传奥运知识所能做的最好途径之一，也是对我们组织能力、策划能力和团队精神的考验，我们会以实际行动证明我们有能力也有信心宣传好奥运知识，办好这次奥运知识竞赛。

通常学校也会组织多种多样的竞赛活动。

在举办奥运知识竞赛活动前，会由宣传部门：负责出精美海报贴；由部门成员向各系各班宣传；由广播台做不间断的广播宣传。

在开始知道竞赛活动的时候,首先由主持人致辞,介绍评委、评审员，提点活动目的：（1）了解奥运会的发展历程，崇尚奥运精神；（2）丰富学生的课余生活，展现学生风采；（3）为大学生提供一个学习和交流的平台；（4）在全校掀起迎奥运、知奥运的高潮，为2008奥运会营造良好的氛围。

在电视节目中经常会看到智力竞赛节口。

当主持人提出问题并说开始之后，答题者按下各自的抢答开关，第一个按下开关的答题者对应的信号灯会亮起来，其他答题者的信号灯不会亮，从而判断出谁来回答问题.在这个过程中，用于判定答题者的装置称为智力竞赛抢答器或抢答电路。

该电路在数字电路中也被称作时间鉴别电路。

一、设计要求按照抢答的规则，对这种电路的功能要求分析如下。

首先，电路能对第一个按下抢答开关的答题者迅速做出反应，对应的灯要亮，并且灯亮起之后，该答题者不必长按开关，电路可以自行工作，保持灯亮。

其次，当有一盏抢答灯亮起之后，其他答题者后继的开关按下信号不会使其它的信号灯亮。

最后，当本次答题结束后，主持人的开关可以关闭亮起来的灯，使电路恢复初始状态，等待下一次的抢答。

AT89C51单片机是51系列单片机的一个成员，是8051单片机的简化版。

部自带2K字节可编程FLASH存储器的低电压、高性能S八位微处理器，与Intel MCS-51系列单片机的指令和输出管脚相兼容。

由于将多功能八位CPU和闪速存储器结合在单个芯片中，因此，AT89C2051构成的单片机系统是具有结构最简单、造价最低廉、效率最高的微控制系统，省去了外部的RAM、ROM和接口器件，减少了硬件开销，节省了成本，提高了系统的性价比。

1.2本设计任务和主要容电路上电以后，既无任何显示，也听不到抢答的音乐声。

当主持人按下总控制按钮ST后，随即便可看到显示‘，0’，这个数字，此后就正式进人了选手按键抢答的状态，若无选手抢答，就保持显示‘，0’，，一直等待下去;如果有选手最早按下了51—58中的一个按钮，那么显示数字就不再显示“0’’，会变成第一个被按下的抢答键号(即数字1到数字8中的某一个数)，同时能听到“叮一一咚”、“叮—咚”的两声音乐提示，此后的其他人无论如何按抢答键都无效，显示的数字不会发生任何改变，音乐声也不可能再响第二次;在选手回答问题的过程中，他的抢答键号会一直保留显示，直到本轮抢答结束，主持人按下总控制按钮ST为止，显示才恢复到“0’’，新一轮抢答再度开始，如此反复下去。

根据以上的分析，电路要有以下功能:1、记忆功能。

电路能够保存第一个按下开关者的信号，让其对应的信号灯自动保持长亮，从而答题者不用长按开关。

并且该信号还要对屏蔽电路起作用。

2、,屏蔽功能。

当第一个灯亮起之后，电路能够使用记忆的信号，屏蔽掉其他后继答题者的开关信号，使其他的灯不会再亮。

3、恢复功能。

主持人开关可以使电路恢复到初始状态。

第2节系统主要硬件电路设计2.1 单片机控制的数字抢答器系统原理图2-1单片机控制的数字抢答器系统原理框图2．2 单片机主机系统电路硬件电路原理图见下图采用AT89C51单片机作为控制核心。

AN0~AN7为8个抢答键P0.0~ P0.7为 8 路抢答信号输入端 当有抢答键按下时 对应的输入端为低电平“0”反之为高电平“1” 。

AN8 为抢答启动键 在抢答开始时，按动一下AN8 键 向单片机申请一次 INT0 中断 单片机在中断服务程序中对抢答信号进行采样和识别处理采用二位 LED 共阴数码管以动态扫描方式对抢答键号 违规抢答键号 倒计时时间等信息进行显示 倒计时时间由选择开关 K 进行选择 本设计共2有4个时间档供选择(15 秒 30秒 60秒 90 秒)AN10为违规显示键 按动 AN10 键 可对一次抢答过程中出现的所有超前违规抢答的键号进行显示 K1为验键功能选择开关 当需要验键时 将 K 闭合可检验各抢答键能否正常工作 验键完毕将K 打开1LED1 为违规指示灯 当一次抢答过程存在违规抢答信号时 LED1发光指示。

图2-2基于单片机的抢答器电路原理图2.2.1时钟电路主持人按键参赛者按键复 位地址锁存器AT89C51 音响系统 发光二极管 数码管显示器 驱动电路 译码器单片机的时钟信号用来提供单片机片各种微操作的时间基准，时钟信号通常用两种电路形式得到:部振荡和外部振荡。

MCS-51单片机部有一个用于构成振荡器的高增益反向放大器，引脚XTALl和XTAL2分别是此放大电器的输入端和输出端，由于采用部方式时，电路简单，所得的时钟信号比较稳定，实际使用中常采用这种方式，如图2-2所示在其外接晶体振荡器(简称晶振)或瓷谐振器就构成了部振荡方式，片高增益反向放大器与作为反馈元件的片外石英晶体或瓷谐振器一起可构成一个自激振荡器并产生振荡时钟脉冲。

图2-2中外接晶体以及电容C2和C1构成并联谐振电路，它们起稳定振荡频率、快速起振的作用，其值均为30P左右，晶振频率选6MHz oRESET2.2.2复位电路为了初始化单片机部的某些特殊功能寄存器，必须采用复位的方式，复位后可使CPU及系统各部件处于确定的初始状态，并从初始状态开始正常工作。

单片机的复位是靠外电路来实现的，在正常运行情况下，只要RST引脚上出现两个机器周期时间以上的高电平，即可引起系统复位，但如果RST引脚上持续为高电平，单片机就处于循环复位状态。

复位后系统将输入/输出(1/0)端口寄存器置为FFH，堆栈指针SP置为07H, SBUF置为不定值，其余的寄存器全部清0，部RAM的状态不受复位的影响，在系统上电时RAM的容是不定的。

复位操作有两种情况，即上电复位和手动(开关)复位。

本系统采用上电复位方式。

图2-2中R9和Cl组成上电复位电路，其值R取为1KQ, C取为1pF.2.3LED显示系统电路微机化测控系统中常用的测量数据的显示器有发光二极管显示器(简称LED或数码管)和液晶显示器(简称LCD)。

这两种显示器都具有线路简单、耗电少、成本低、寿命长等优点，本系统输出结果选用4个LED显示。

数码管有共阴共阳之分，本系统采用8段共阴型LED，其原理图如图2-6所示，每位数码管部有8个发光二极管，公共端由8个发光二极管的阴极并接而成，正常显示时公共端接低电平(GND)，各发光二极管是否点亮取决于a-dp各引脚上是否是高电平。

LED数码管的外形结构如图2-6，外部有10个引脚，其中3, 8脚为公共端也称位选端，其余8个引脚称为段选端，当要使某一位数码管显示某一数字((0-9中的一个)必须在这个数码管的段选端加上与数字显示数字对应的8位段选码(也称字形码)，在位选端加上低电平即可。

由于系统要显示的容比较简单，显示量不多，所以选用数码管既方便又经济。

LED 有共阴极和共阳极两种。

如图2-6所示。

二极管的阴极连接在一起，通常此公共阴极接地，而共阳极则将发光二极管的阳极连接在一起，接入+5V的电压。

一位显示器由8个发光二极管组成，其中7个发光二极管构成字型“8”的各个笔划（段）a～g，另一个小数点为dp发光二极管。

当在某段发光二极管施加一定的正向电压时，该段笔划即亮；不加电压则暗。

为了保护各段LED不被损坏，需外加限流电阻。

符号和引脚共阴极共阳极图2-6 LED数码管结构原理图数码管显示器有两种工作方式，即静态显示方式和动态扫描显示方式。

为节省端口及降低功耗，本系统采用动态扫描显示方式。

动态扫描显示方式需要解决多位LED 数码管的“段控”和“位控”问题，本电路的通过P1口实现：而每一位的公共端，即LED数码管的“位控”，则由P3口控制。

这种连接方式由于多位字段线连在一起，因此，要想显示不同的容，必然要采取轮流显示的方式，即在某一瞬间，只让其中的某一位的字位线处于选通状态，其它各位的字位线处于断开状态，同时字段线上输出这一位相应要显示字符的字段码。