單片機搶答器畢業設計
搶答器是各種智力競賽中必不可少的一種硬件設備。下面是小編整理的單片機搶答器畢業設計，供大家參考！
單片機搶答器畢業設計
實現搶答器的方式有多種多樣，傳統的搶答器普遍采用模擬電路、數字電路或者模數混合電路來設計。這類搶答器所需元器件比較多，隨著功能增多，電路也越復雜，并且成本偏高，故障率高，操作不方便，不便于參數調節及功能的升級換代。本文采用AT89C51為核心，結合鍵盤、數碼管、蜂鳴器等外圍設備，設計了具有搶答、計時、時間調整、蜂鳴器報警等功能的4路搶答器。
總體設計
設計需求
按照設計需求，本系統具有以下幾個主要功能：
(1)搶答器可同時供4名選手或四支參賽隊伍使用;
(2)搶答或回答時間主持人可自行設置;
(3)能夠顯示搶答或答題時間的倒計時;
(4)在有人犯規時可以顯示選手號、閃爍顯示以及蜂鳴器報警;
(5)答題時間還剩5s時，蜂鳴器報警提示。
搶答器的工作原理
利用單片機控制各個功能模塊實現搶答功能，單片機收集選手的搶答信號，運用寄存器來識別并記錄第一個選手號，傳輸信息給數碼管顯示，同時內部定時器工作，記錄有關時間并產生超時信號，在搶答成功、倒計時結束都伴隨有蜂鳴器警報提醒，從而實現單片機搶答的功能。
根據設計需求，結合單片機的工作原理，設計搶答器的工作流程圖如圖1所示。
圖1 搶答器的工作流圖
硬件設計
在硬件設計方面利用單片機AT89C51控制搶答模塊、顯示模塊、計時及調整模塊、蜂鳴提示模塊和復位模塊，從而實現單片機的搶答。系統硬件設計原理圖如圖2所示。
圖2中U1為單片機AT89C51，K1～K4分別為4路搶答按鈕，分別接到p1.0到p1.3中;開始鍵和結束鍵分別接到單片機的10、11腳，由于單片機的10、11腳既有串行接口RXD、TXD功能又有P3.0、P3.1的IO端口功能，此處按鍵用到單片機10、11腳的IO端口功能。搶答時間調整按鍵和回答時間調整按鍵分別接到單片機的13，14管腳，“加一”按鍵和“減一”按鍵分別接到單片機的15、16管腳。4位七段數碼管段選接P0口，位選接P2口的低3位，蜂鳴器輸出信號端接P3.7口。
圖2 硬件設計原理圖
顯示模塊
顯示模塊采用常見的4位七段共陽數碼管，利用其動態顯示的方法來實現。數碼管的7個輸入端A～G段分別接到AT89C51的P0.0～P0.6，位選碼COM1、COM3、COM4分別接到單片機P2.0、P2.1、P2.2，由單片機來決定當前該顯示的是哪一位。由于AT89C51單片機的P0口沒有內置上拉電阻，本系統采用外接10kΩ上拉電阻(采用A103排阻)，保證P0口沒有數據輸出的時候是處于高電平狀態。
按鍵輸入模塊
搶答器的輸入信號采用11個按鍵控制，其中4個為搶答按鍵、4個為倒計時調整按鍵、1個開始按鍵、1個結束按鍵和1個復位按鍵。各按鍵均有一根信號線與單片機電路相連，所有按鍵有一公共端，各按鍵相互獨立互不影響。當有鍵按下時，相應的單片機引腳作出反應，產生有效的輸入信號。
蜂鳴提示模塊
本設計中利用AT89C51的16引腳經驅動器驅動蜂鳴器發聲。壓電式蜂鳴器約需10mA的驅動電流，可以采用三極管的電流放大作用驅動蜂鳴器實現發聲提示。
復位模塊
復位模塊由復位鍵、電阻R1以及電解電容C3構成。由于單片機是高電平復位，所以當復位鍵按下時單片機9腳RESET管腳處于高電平，此時單片機處于復位狀態，當上電后，由于電容的緩慢充電，單片機的9腳電壓逐步由高向低轉化，經過一段時間后，單片機的9腳處于穩定的低電平狀態，此時單片機上電復位完畢，系統程序從0000H開始執行。
本設計中使用了硬件復位和軟件復位兩個功能。硬件復位后各個狀態、寄存器以及存儲器的'值都恢復到了初始值。調整搶答和回答倒計時時間，需要記憶功能，故采用軟復位，當程序執行完畢后，跳轉指令將程序跳轉到程序執行的起始地址。
軟件設計
搶答器要求有計時記憶功能，一次時間設置完，復位后不需重新進行時間設定，選手通過鍵盤按鍵進行搶答，再通過單片機將其轉換成能在七段數碼管上顯示的字型碼。搶答完畢，數碼管上顯示搶答選手號碼表示搶答成功并開始倒計時。
圖3 軟件設計流程圖
根據此設計思路，系統軟件設計流程圖如圖3所示。系統采用Keil軟件參照軟件流程圖編寫匯編語言。以顯示模塊為例，相應程序段如下：
DISPLAY:MOV DPTR,#DAT1;查表顯示程序，P0.0～P0.6段選，P2.0～P2.2位選;
MOV A,R5
MOVC A,@A+DPTR
MOV P2,#01H
MOV P0,A
ACALL DELAY
MOV DPTR,#DAT2
MOV A,R4
MOVC A,@A+DPTR
MOV P2,#02H
MOV P0,A
ACALL DELAY
MOV A,R3
MOVC A,@A+DPTR
MOV P2,#04H
MOV P0,A
ACALL DELAY
RET
DAT1
B 00H, 06H,5bH,4fH,66H,6dH,7dH,07H,7fH,6fH,00H,71H;
DAT2
B 3fH,06H,5bH,4fH,66H,6dH,7dH,07H,7fH,6fH,00H,71H 71H;
基于Proteus的系統仿真
Proteus軟件不僅能仿真單片機的工作情況，還能仿真單片機外圍電路或沒有單片機參與的其他電路的工作情況。本設計經仿真后，實現了預期的搶答器的功能。
搶答成功模塊
圖4顯示4號選手搶答成功，并且答題時間還剩余52秒，當答題時間還剩5秒內時，會有蜂鳴警報。
圖5顯示的是1號選手在主持人未按下開始鍵下的非法搶答，此時數碼管上不停的閃爍并伴有蜂鳴警報。
時間調整模塊
圖6顯示通過“加一”或“減一”鍵來調整搶答時間和答題時間的時間，此時在數碼管上顯示的為時間設置成58秒。
復位模塊
圖7顯示剛開始工作以及復位后，數碼管上顯示初始狀態“FFF”。本設計采用了硬件復位和軟件復位兩種方式：在只采用系統默認的搶答時間和答題時間時，2種復位都能達到所需求的目的;當已經重新設置過倒計時時間時，需要應用軟件復位，其只是執行命令后跳轉，對片內通用寄存器的內容沒有影響。而硬件復位會使專用寄存器的狀態初始化。
硬件實現
在Proteus仿真實現預定目標的基礎上，將單片機AT89C51、復位電路、蜂鳴器電路、顯示電路、按鍵電路和電源電路進行焊接，制作完成的4路搶答器如圖8所示。
圖8 搶答器實物圖
結語
本設計以實際電路作為最終成果形式，實現了預期的搶答、倒計時、報警等各項功能，可適用于一般的競賽場合，具有一定的實用價值。此外，本設計具有較強的擴展性，如自動控制記分器進行記分，并通過串行口與PC機通信，用PC機統計選手得分情況，實現智能化、公平、公正的搶答，減小人為因素的影響。也可將搶答按鍵采用無線設備實現，如紅外線，使搶答選手可以遠距離地進行搶答，簡化按鍵模塊的線路布置。
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