第1節   引 言 ……………………………………………………………………1

第2節   系統硬件設計 ………………………………………………………3

2.1  芯片的選擇 ………………………………………………………………3

2.2  工作原理 …………………………………………………………………3

2.3  系統的硬件構成及功能 …………………………………………………3

2.3.1搶答器的電路圖…………………………………………………………3

2.3.2單元電路設計 ……………………………………………………………5

2.3.3定時電路設計 ……………………………………………………………7

2.3.4報警電路設計 ……………………………………………………………7

第3節   系統軟件設計 …………………………………………………………9

3.1  系統主程序設計  ………………………………………………………9

3.2  搶答器的源程序  ………………………………………………………9

第4節  技術指標及故障處理  …………………………………………………20

4.1  主要技術參數  ………………………………………………………20

4.2  使用說明  ……………………………………………………………20

4.3  常見故障  ……………………………………………………………21

結束語………………………………………………………………………22

參考文獻 …………………………………………………………………………23

第1節  引  言

當今的社會競爭日益激烈，選拔人才，評選優勝，知識競賽之類的活動愈加頻繁，那么也就必然離不開搶答器。而現在的搶答器有著數字化，智能化的方向發展，這就必然提高了搶答器的成本。鑒于現在小規模的知識競賽越來越多，操作簡單，經濟實用的小型搶答器必將大有市場。本搶答器通過十分巧妙的設計僅用兩塊數字芯片便實現了數顯搶答的功能，與其他搶答器電路相比較有分辨時間極短、結構清晰，成本低、制作方便等優點，并且還有防作弊功能。因此，我們制作了這款簡易八路搶答器屏棄了成本高，體積大，而且操作復雜。我們采用了數字顯示器直接指示，自動鎖存顯示結果，并自動復位的設計思想，因而本搶答器具有顯示直觀，不需要人干預的特點。而且在顯示時搶答器會發出叮咚聲使效果更為生動。工廠、學校和電視臺等單位常舉辦各種智力競賽, 搶答記分器是必要設備。

本文介紹的八路數顯搶答器具有電路簡單、成本較低、操作方便、靈敏可靠等優點，經使用效果良好, 具有較高的推廣價值。無線遙控搶答器，它由8個發射器和1個接收器組成，可用于8組或8組以下的智力競賽中。比賽前，將參賽組從0至7編號，每組發給對應的一個發射器。將接收器放于各組中央或前方。主持人按一下啟動鍵后，搶答開始。此后，哪一組最先按下發射器上的搶答鍵，接收器就立即顯示該組的組號并鎖定，同時發出3次清脆的“叮咚”聲。以后，按下任何一路搶答鍵均不起反映。只有主持人再次按動啟動鍵后，才能進行下一次搶答該電路由直流穩壓電源、搶答器、超時報警與電子計分四部分組成。

1.2本設計任務及要求

任務：設計一個供8名選手參加八路掃描式搶答器。

1.3系統主要功能

每名選手有一個搶答按鈕，按鈕的編號與選手的編號相對應，搶答器具有第一個搶答信號的鑒別和數據鎖存、顯示的功能。搶答開始后，若有選手按搶答按鈕，剛該選手指示燈亮，并在數碼管上顯示相應編號，揚聲器發出音響提示。同時，電路應具備自鎖功能，禁止其他選手再搶答，優先搶答選手的編號一直保持到主持人將系統清0 為止。搶答器具有計分、顯示功能。預置分數可由主持人設定，并顯示在每名選手的計分牌上，選手答對加10分，答錯扣10分。搶答器具有定時搶答的功能。一次搶答的時間由主持人設定，在主持人發出搶答指令后，定時器立即進行減計時，并在顯示器上顯示，同時揚聲器發出短暫聲響，聲響時間持續0.5s左右。選手在設定的時間內進行搶答，搶答有效，定時器停止工作，顯示器顯示選手編號和搶答時刻的時間，并保持到主持人將系統清0為止。

本設計使用到的元器件包括：8051芯片、數碼LED顯示器、七段LED數碼管的譯碼。

基于這個設計的上述要求，根據功能要求，須設計有搶答電路、譯碼顯示電路、主持人控制電路、定時電路、報警電路，各個電路都有其自己的功能。通過復位按鍵FW，電路進入就緒狀態，等待搶答。首先由主持人根據題目的難易程度，可以用“JIA SHI”和“JIAN SHA”兩個按鍵，設定時間在（0S-99S）之間，然后再由主持人發布搶答命令（按下KS按鍵）同時發光二極管隨即變亮，當看到二極管亮，進入倒計時狀態和搶答狀態。在電路中“S1-S8”為8路搶答器的8個按鍵，如果有人按下按鍵，程序就會判斷是誰先按下的，然后從P2口輸出搶答者號碼的七段碼值，經GAL16V8驅動，送到碼管顯示，并封鎖鍵盤，保持剛才按鍵按下時刻的時間，禁止其他人按鍵的輸入，從而實現了搶答的功能。如果在設定的時間中沒有一個人按下按鍵，一到時間，則產生報警信號已經超時，不可以搶答。當要進行下一次的搶答時，由主持人先按一下復位按鍵FW，電路復位，進入下一次搶答的就緒狀態。

圖11.1搶答器框圖

2.3.2 單元電路設計

(1)搶答器電路

圖11.2搶答器電路

表10.1　74LS148的功能真值表

(2)時序控制電路設計

時序控制電路是搶答器設計的關鍵，它要完成以下功能：
a.主持人將控制開關撥到"開始"位置時，揚聲器發聲，搶答電路和定時電路進人正常搶答工作狀態�！　　　　　　　�  　　　　　　　　　　　　
b.當參賽選手按動搶答鍵時，揚聲器發聲，搶答電路和定時電路停止工作。

(3)復位電路的設計

當MCS-5l系列單片機的復位引腳RST(全稱RESET)出現2個機器周期以上的高電平時，單片機就執行復位*作。如果RST持續為高電平，單片機就處于循環復位狀態。根據應用的要求，復位*作通常有兩種基本形式：上電復位和上電或開關復位。8051的復位方式可以是自動復位，也可以是手動復位，見下圖。此外，RESET/Vpd還是一復用腳，VCC掉電期間，此腳可接上備用電源，以保證單片機內部RAM的數據不丟失。

2.3.3 定時電路設計

為了達到搶答的合理性、完整性、可控性，需根據題目的難易程度的不同設定相應的搶答時間。所以本設計設置了搶答定時電路。它包括兩個按鍵，一個是加（JIA SHI）、另一個是減（JIAN SHI），該兩個按鍵由主持人用于在發布開始命令之前設定時間（可以設定在00S-99S），每按一下“JIA SHI”按鍵就會在原來的數字的基礎上加上一，如果是按的“JIAN SHI”按鍵就會在原來的數值上減去一。

圖11.3可預置時間的定時電路

報警電路用于報警，當遇到報警信號時，發出警報。一般喇叭是一種電感性
圖11.4報警電路圖。8051驅動喇叭的信號為各種頻率的脈沖。因此，最簡單的喇叭驅動方式就是利用達林頓晶體管，或者以兩個常用的小晶體管連接成達林頓架勢。在右圖中電阻R為限流電阻，在此利用晶體管的高電流增益，以達到電路快速飽和的目的。不過，如果要由P0輸出到此電路，還需要連接一個10K的上拉電阻。
選手在設定的時間內搶答時，實現：優先判斷、編號鎖存、編號顯示、揚聲器提示。當一輪搶答之后，定時器停止、禁止二次搶答、定時器顯示剩余時間。如果再次搶答必須由主持人再次*作"清除"和"開始"狀態開關。圖面是數字搶答器的報警電路圖。
其中555構成多諧振蕩器，振蕩頻率fo＝1．43／［（RI＋2R2）C］，其輸出信號經三極管推動揚聲器。PR為控制信號，當PR為高電平時，多諧振蕩器工作，反之，電路停振。

圖11.4報警電路

第3節   系統軟件設計

3.1系統主程序設計

為了能夠達到搶答的公平、公正、合理，應該在主持人發布搶答命令之前必須先設定搶答的時間，所以應該得根據題目的難易程度事先設定時間，因而在編開始搶答前的程序得先編寫設定時間的程序，在硬件電路中可以看到有兩個按鍵（JIAN SHI 和 JIAN SHI）所以按下硬件的這兩個按鍵相應的在軟件進行對數據的加減。當時間設好了之后，主持人發布搶答命令按下KS按鍵同時二極管變亮，程序開始打開定時中斷開始倒計時，然后調用鍵盤掃描子程序，編寫鍵盤掃描程序。當在掃描到有人按下了鍵，馬上關閉T0、調用顯示程序、封鎖鍵盤。

3.2搶答器的源程序

一、八路掃描式搶答器參考程序清單

P1.0-P1.7為八路搶答輸入 數碼管段選P0口，位選P2口，蜂鳴器輸出為P3.6口。P3.0為開始搶答，P3.7為停止。

K EQU 20H;搶答開始標志位;將P1口與P2口互換，P3.0-P1.0,P3.1-P1.7
       RING EQU 22H;響鈴標志位
       ORG 0000H
       AJMP MAIN
       ORG 0003H
       AJMP INT0SUB
       ORG 000BH
       AJMP T0INT
       ORG 0013H
       AJMP INT1SUB
       ORG 001BH
       AJMP T1INT
       ORG 0040H
MAIN:  MOV R1,#0FH;初設搶答時間為15s
          MOV R2,#0AH;初設答題時間為10s
          MOV TMOD,#11H;設置未定時器/模式1
          MOV TH0,#0F0H
        MOV TL0,#0FFH;越高發聲頻率越高,越尖
        MOV TH1,#3CH
        MOV TL1,#0B0H;50ms為一次溢出中斷
        SETB EA
        SETB ET0
        SETB ET1
     SETB EX0
     SETB EX1;允許四個中斷,T0/T1/INT0/INT1
        CLR OK
     CLR RING
         SETB TR1
         SETB TR0;一開始就運行定時器,以開始顯示FFF.如果想重新計數,重置           TH1/TL1就可以了

JNB P1.1,FALSE1
         JNB P1.2,FALSE2
         JNB P1.3,FALSE3
         JNB P1.4,FALSE4
         JNB P1.5,FALSE5
         JNB P1.6,FALSE6

JNB P1.7,FALSE7
         AJMP START

；***非法搶答處理程序***

FALSE0:   ACALL BARK;按鍵發聲
          MOV R3,#00H
          AJMP ERROR
FALSE1:   ACALL BARK;按鍵發聲
          MOV R3,#01H
          AJMP ERROR
FALSE2:   ACALL BARK
          MOV R3,#02H
          AJMP ERROR
FALSE3:   ACALL BARK
          MOV R3,#03H
          AJMP ERROR
FALSE4:   ACALL BARK
          MOV R3,#04H
          AJMP ERROR
FALSE5:   ACALL BARK
          MOV R3,#05H
          AJMP ERROR
FALSE6:   ACALL BARK
          MOV R3,#06H
          AJMP ERROR

；***INT0(搶答時間R1調整程序) ***
INT0SUB:  MOV A,R1
          MOV B,#0AH
          DIV AB
          MOV R5,A
          MOV R4,B
          MOV R3,#0AH
          ACALL DISPLAY;先在兩個時間LED上顯示R1
          JNB P3.4,INC0;P3.4為+1s鍵,如按下跳到INCO
          JNB P3.5,DEC0;P3.5為-1s鍵,如按下跳到DECO
          JNB P3.7,BACK0;P3.7為確定鍵,如按下跳到BACKO
          AJMP INT0SUB
  INC0:   MOV A,R1
          CJNE A,#63H,ADD0;如果不是99,R2加1,如果加到99了,R1就置0，重新      

加起。
          MOV R1,#00H
          ACALL DELAY1
          AJMP INT0SUB
  ADD0:   INC R1
          ACALL DELAY1
          AJMP INT0SUB
  DEC0:   MOV A,R1
          JZ SETR1;如果R1為0, R1就置99，
          DEC R1
          ACALL DELAY1
          AJMP INT0SUB
SETR1:    MOV R1,#63H
          ACALL DELAY1
          AJMP INT0SUB
BACK0:    RETI

；***INT1(回答時間R2調整程序)***
         INT1SUB:MOV A,R2
         MOV B,#0AH
         DIV AB
         MOV R5,A
         MOV R4,B
         MOV R3,#0AH
         ACALL DISPLAY
         JNB P3.4,INC1
         JNB P3.5,DEC1
         JNB P1.7,BACK1
         AJMP INT1SUB
INC1:   MOV A,R2
         CJNE A,#63H,ADD1
         MOV R2,#00H
         ACALL DELAY1
         AJMP INT1SUB
  ADD1:  INC R2
         ACALL DELAY1
         AJMP INT1SUB
  DEC1:  MOV A,R2
         JZ SETR2
         DEC R2
         ACALL DELAY1
         AJMP INT1SUB
SETR2:  MOV R2,#63H
         ACALL DELAY1
         AJMP INT1SUB
BACK1:  RETI

；***倒計時程序(搶答倒計時和回答倒計時都跳到改程序)***
COUNT:  MOV R0,#00H;重置定時器中斷次數
         MOV TH1,#3CH
        MOV TL1,#0B0H;重置定時器
RECOUNT:MOV A,R6;R6保存了倒計時的時間,之前先將搶答時間或回答時間給R6
        MOV B,#0AH
        DIV AB;除十分出個位/十位
        MOV 30H,A;十位存于(30H)
        MOV 31H,B;個位存于(31H)
        MOV R5,30H;取十位
        MOV R4,31H;取個位
        MOV A,R6
        SUBB A,#07H
        JNC LARGER;大于5s跳到LARGER,小于等于5s會提醒
        MOV A,R0
        CJNE A,#0AH,FULL;1s中0.5s向下運行
        CLR RING
        AJMP CHECK
FULL:   CJNE A,#14H,CHECK;下面系1s的情況,響并顯示號數并清R0,重新計
        SETB RING
        MOV A,R6
        JZ QUIT;計時完畢
        MOV R0,#00H
        DEC R6;一秒標志減1
        AJMP CHECK
LARGER: MOV A,R0
        CJNE A,#14H,CHECK;如果1s向下運行,否者跳到查"停/顯示"
        DEC R6;計時一秒R6自動減1
        MOV R0,#00H
CHECK:  JNB P1.7,QUIT;如按下停止鍵退出
        ACALL DISPLAY
        JB OK,ACCOUT;如果是搶答倒計時,如是則查詢搶答,否者跳過查詢繼續倒數(這里起到鎖搶答作用)
        AJMP RECOUNT
ACCOUT: JNB P1.0,TRUE0

JNB P1.1,TRUE1
       JNB P1.2,TRUE2
       JNB P1.3,TRUE3
       JNB P1.4,TRUE4
       JNB P1.5,TRUE5
       JNB P1.6,TRUE6

JNB P1.7,TRUE7
       AJMP RECOUNT
QUIT:  CLR OK;如果按下了"停止鍵"執行的程序
       CLR RING
       AJMP START
；***正常搶答處理程序***

TRUE0: ACALL BARK; 按鍵發聲
       MOV A,R2;搶答時間R2送R6
       MOV R6,A
       MOV R3,#00H
       CLR OK;因為答題的計時不再查詢搶答,所以就鎖了搶答
       AJMP COUNT
TRUE1: ACALL BARK;按鍵發聲
       MOV A,R2
       MOV R6,A;搶答時間R2送R6
       MOV R3,#01H
       CLR OK;因為答題的計時不再查詢搶答,所以就鎖了搶答
       AJMP COUNT
TRUE2: ACALL BARK;
       MOV A,R2
       MOV R6,A
       MOV R3,#02H
       CLR OK
       AJMP COUNT
TRUE3: ACALL BARK;
       MOV A,R2
       MOV R6,A
       MOV R3,#03H
       CLR OK
       AJMP COUNT
TRUE4: ACALL BARK;
       MOV A,R2
      MOV R6,A
      MOV R3,#04H
      CLR OK
      AJMP COUNT
TRUE5:ACALL BARK;
      MOV A,R2
      MOV R6,A
      MOV R3,#05H
      CLR OK
      AJMP COUNT
TRUE6:ACALL BARK;
      MOV A,R2
      MOV R6,A
      MOV R3,#06H
      CLR OK
      AJMP COUNT

TRUE7:ACALL BARK;
      MOV A,R2
      MOV R6,A
      MOV R3,#07H
      CLR OK
      AJMP COUNT

ERROR: MOV R0,#00H
       MOV TH1,#3CH
       MOV TL1,#0B0H
       MOV 34H,R3;犯規號數暫存與(34H)
HERE:  MOV A,R0
       CJNE A,#0AH,FLASH;0.5s向下運行->滅并停響
       CLR RING
       MOV R3,#0AH
       MOV R4,#0AH
       MOV R5,#0AH;三燈全滅
       AJMP CHECK1
FLASH: CJNE A,#14H,CHECK1;下面系1s的情況,響并顯示號數并清R0,重新計
       SETB RING
        MOV R0,#00H
        MOV R3,34H;取回號數
        MOV R5,#0BH
        MOV R4,#0BH;顯示FF和號數
        AJMP CHECK1
CHECK1: JNB P3.7,QUIT1
        ACALL DISPLAY
        AJMP HERE
QUIT1:  CLR RING
        CLR OK
        AJMP START

DISPLAY:MOV DPTR,#DAT1;查表顯示程序,利用P0口做段選碼口輸出/P2低三位做位選碼輸出,
        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:DB 00H,06h,5bh,4fh,66h,6dh,7dh,07h,7fh,6fh,00H,71H
；"滅","1","2","3","4","5","6","7","8","9","滅","F"
DAT2:DB 3fh,06h,5bh,4fh,66h,6dh,7dh,07h,7fh,6fh,00H,71H
；第一個為零,其他與上相同,因為十位如果為零顯示熄滅

；***加減時間延時(起到不會按下就加N個數)***

DELAY1: MOV 35H,#08H
LOOP0:  ACALL DISPLAY
        DJNZ 35H,LOOP0
        RET

DELAY:  MOV 32H,#12H
LOOP:   MOV 33H,#0AFH
LOOP1:  DJNZ 33H,LOOP1
        DJNZ 32H,LOOP
    RET

；***發聲程序***

BARK:   SETB RING
        ACALL DELAY1
        ACALL DELAY1
        CLR RING;按鍵發聲
        RET

T0INT:  MOV TH0,#0ECH
        MOV TL0,#0FFH
        JNB RING,OUT;
     　 CPL P3.6;RING標志位為1時候P3.6口不短取反使喇叭發出一定頻率的聲音
OUT:    RETI

T1INT:  MOV TH1,#3CH
        MOV TL1,#0B0H
        INC R0
        RETI
        END

4.1主要技術參數

電源電壓：交流220V±10%

工作功耗：交流5W
倒計時范圍：1-99秒可設

4.2搶答器使用說明

開展競賽活動時，請先布置好場地，將搶答按鈕裝于參賽桌上，每組按鈕的二條線根據實際場地大小，連上合適長度，分別接到Ф3.5MM的組別插頭上，然后再將插頭插入機后插座中8個組中。

(1) 開機
按電源開關，顯示屏左邊的"搶答"指示燈亮，數碼管顯示。

(2) 設定"搶答"倒計時時間

在顯示屏左邊的"搶答"指示燈亮，數碼顯示時，按"+、-"鍵可以設定搶答倒計時時間，在1-99秒之間設定，按住"+"或"-"鍵不放，可以快速累加或累減。設定好以后按一下"搶答計時"鍵。
(3) 設定"答題"倒計時時間
按一下"答題計時"鍵。顯示屏顯示"0"閃爍，進入等待狀態。
(4) 測試各組搶答按鍵
　　試按一下各組的搶答按鈕，應立即顯示該組的組別數字，同時機內喇叭發出"叮咚"的提示音，按"取消"鍵，返回"0"閃爍狀態。
(5) 啟動搶答倒計時，開始搶答
　　"0"閃爍狀態下，當主持人宣布搶答開始時，馬上按一下"搶答計時"鍵，屏幕顯示所設定的搶答倒計時時間并開始倒計時，提示倒計時時間馬上臨近結束。倒計時到0以后，儀器發出"叮咚"的結束提示音，同時顯示屏返回"0"閃爍待命狀態。
在"搶答"倒計時中，如果有參賽組搶答，儀器屏幕立即顯示該組的組別號，同時發出"叮咚"的搶答成功提示音。需要返回"0"待命狀態，按"取消"鍵即可。
(6) 啟動答題倒計時
　　"0"閃爍狀態下，或有參賽組搶答成功后,需要開始答題的計時時,按"答題計時"鍵，屏幕顯示所設定的答題倒計時時間并開始倒計時，提示倒計時時間馬上臨近結束。倒計時到0以后，儀器發出"丁冬"的結束提示音，同時顯示屏返回"0"閃爍待命狀態。
(7) 提前取消倒計時
　　無論是"搶答"還是"答題"的倒計時時間，需要提前退出，只要按一下"取消"鍵，即可返回到"0"閃爍待命狀態。
(8) 重設倒計時時間
　　需要重新設置倒計時時間,可按"倒計時重設"鍵，屏幕顯示。左邊"搶答計時"指示燈點亮，即可重新設定倒計時時間,設定方法與前面相同。
(9) 主機控制加/減分
　　答題完畢后，可給搶答組酌情評分,加分直接按對應搶答組再按預設的分數進行加減即可(預設有1分和10分),每按一次"得分"或"扣分"鍵,給加或減5分, 如主持人評定搶答有誤,應于扣分,則可按上述方法 按"扣分"鍵,本屏將顯示扣分分數, 如"- 10"；如果操作有誤,多按了"得分"鍵或"扣分"鍵,也可用按相反的計分鍵來修改分數。
(10) 違規搶答
　　當主持人讀題過程中，而未宣布搶答開始時按下搶答按鈕。主顯示屏將顯示該違規組號，及發出提示音。及該組的紅燈亮起。

4.3常見故障

開機無顯示解決辦法：

A、查電源插座是否插好；
B、儀器后板的保險絲是否燒斷；
C、 "POWER"開關是否有接觸不良。

結束語

　　首先，我坦白地和老師說這篇不是完全我自己寫的。我是通過網上和書上查詢結合起來寫的。說實話，一開始真的很苦惱，我不知道從何寫起，而且老師又說這個和成績聯系一起。第一次嘗試寫這方面的應用設計論文，無從下手的我，甚至想過放棄，也怪老師為什么要為難我們。但是最后想到«比爾﹒蓋茨給青年人的19個忠告»那本書里寫著：志向、信念與目標是人生卓越的基石，要追求成敗就不要害怕失敗。仔細想想自己怎么能被一篇論文而退縮呢？不去嘗試我就永遠不會寫，永遠不會進步，永遠只能被困難嚇倒。在寫這篇文章中，我明白老師的苦心，是想鍛煉我們，面對以后的畢業設計能得到更大的提高與進步。老師，對于當初的想法我表示抱歉，也同時衷心感謝老師對我們關心和鼓勵。雖然文章中有很多不足，但是在學習的過程中苦中帶甜，而且鞏固了很多軟件學習。這次學習給我留下了深刻的印象，使我受益匪淺。而且對于論文的總體構思也有了很多經驗，相信自己經過這一次的訓練與學習，對于今后會更加努力，做得最好。

這個八路掃描式搶答器，如果采用進口單片機主控，響應迅速，判別精確。帶大屏幕顯示屏，高亮管數字顯示搶答的組別號、倒計時時間。可以分辨正常搶答與偷答的情況，并會發出兩種不同的聲音提示�？煞謩e設定搶答、答題兩種不同的倒計時時間。倒計時啟動后屏幕有數字顯示，倒計時結束后有"叮咚"聲音提示。每組可帶大屏幕分數顯示,組分結果一目了然。流線型外殼，精美時尚。直接進行加減分,全場觀眾共參與。燈光提示,結果更明確。廣泛適用于學校、教育部門、企事業工會組織、工廠公司、俱樂部等單位組織舉辦各種知識、技能競賽及文娛活動時作搶答之用。

參考文獻：

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