1、目錄摘要.1緒論.21 搶答器系概述31.1搶答器的功能模塊31.2搶答器的工作原理41.3搶答器的特點及組成62硬件設計.62.1硬件詳細清單62.2 搶答器總電路圖72.3 at89c51的內部結構和功能72.4 晶體振蕩器和電容的設計92.5 七段數碼管顯示電路的設計92.6 揚聲器的設計102.7 按鈕的設計102.8 芯片74hc30、74ls04的設計113軟件設計113.1 軟件系統結構圖和程序流程圖113.2 程序分析12結束語.23致謝.24參考文獻.25附錄.26摘要在以往企業或學校舉行知識競賽中，都是主持人讀題，觀眾選手得安靜仔細聽題目，有條件的花上萬元買個電子搶答器，算

2、是給知識競賽賽場添彩了。現實中大多數是依靠主持人發揮水平，但選手和觀眾要渴望類似跟電視臺搞的知識競賽中的效果一樣是難以實現的。而我們設計的搶答器節省的不小的開支，還能直觀公正的看清哪位選手先搶答到題并有主持人來往下讀題目。它的功能實現是由主持人按鍵來控制總開關，在搶答中，只要主持人按下開始后搶答才有效，如果在開始搶答前搶答為無效；搶答限定時間和回答問題的時間可在1-99s設定；可以顯示是哪位選手有效搶答和無效搶答，正確按鍵后有聲音提示；搶答時間和回答問題時間倒記時顯示，滿時后系統計時自動復位及主持人強制復位；按鍵鎖定，在有效狀態下，按鍵無效非法。本次設計是用at89c51單片機為核心控制元件,

3、設計一個八路多功能搶答器。以at89c51單片機作為主控核心，與芯片74ls04、74hc30；揚聲器等等構成硬件操作，再利用匯編語言來編程，來控制搶答器的功能實現。這次設計的系統實用性強、判斷精確、操作簡單、擴展功能強。關鍵詞： 搶答器 at89c51 匯編語言 計時緒論在知識競賽中，特別是做搶答題時，在搶答過程中，為了更確切的知道哪一組或哪一位選手先搶答到題，必須要有一個系統來完成這個任務。若在搶答中，只靠人的視覺（或者是聽覺）是很難判斷出哪一組（或哪一個選手）先搶答到題的。利用單片機編程來設計搶答器，可以使以上問題得以解決，即使兩組的搶答時間相差幾微秒，也能輕松的分辨出哪一組（或哪個選手

4、）先搶答到題的。本文主要介紹了搶答器均用單片機和數字集成電路，并增加了許多新功能，如選手號碼顯示、搶按前或搶按后的計時、語言提示等功能。通過研究并在設計驗證后發現，采用單片機技術設計的搶答器與目前常用的搶答器相比，首先，電路連接簡單，因為大多數功能單元都通過程序設計在單片機內部，第二，工作性能可靠，抗干擾能力優于目前搶答器。所以本研究是一個實用的工程設計，具有創新性。通過這次設計，掌握51單片機的原理，了解簡單多功能搶答器組成原理，初步掌握多功能搶答器的調整及測試方法，提高動手能力和排除故障的能力。同時通過本課題設計與裝配、調試，提高自己的動手能力，鞏固已學的理論知識，建立單片機理論和實踐的結

5、合，了解多功能搶答器各單元電路之間的關系及相互影響，從而能正確設計、計算定時計數的各個單元電路。1 搶答器系概述1.1搶答器的功能模塊本搶答器是用單片機采用模塊化設計的八路搶答器，包括8路搶答按紐、計時顯示、提示功能等、開始與結束控制按鈕、時限設定、各種相關顯示調控功能等。參賽者，除享有搶答按紐的權利功能外，還有聲音提示功能和時間提示功能，也可設定由主控控制在參賽者終端表現的趣味性功能等；主控系統的控制按鈕做開始與結束控制，根據活動參賽者的層次，對提前搶答者的行為設定為非法搶答，在主控處帶有公示性顯示的非法搶答者的臺位號，對搶答限時及回答問題限時設為倒計時，并有時間顯示和聲音提示。搶答器系統的

6、主要功能模塊方框圖如圖1-1所示8路搶答按鍵輸入at89c514位七段數碼管顯示聲音電路開始、結束按鍵輸入加一、減一按鍵輸入時鐘圖1-1 搶答器系統主要功能模塊本系統采用模塊化設計的八路搶答器，在搶答器中主持人有開始和結束鍵，還可以修改搶答時間和選手回答問題的時間設置，原始狀態下搶答時間為10s，回答問題時間為30s。通過加鍵和減鍵修改上述時間，改完后按結束鍵確定。新時間開始有效，主持人按鍵開始后，選手開始搶答為有效，數碼顯示屏顯示搶答時間倒計時和選手號，在最后五秒揚聲器發出聲音提示。如果主持人沒有按下開始鍵而選手就搶答視為犯規，數碼顯示屏顯示犯規者的代號，揚聲器持續發出聲音。主持人可按結束鍵

7、結束，新一輪搶答開始。at89c51是整個搶答器的核心，內部電路設計用匯編語言編寫。它完成了時間參數的設定，搶按號碼的譯碼，保存；顯示；輸出，搶按及答題倒計時功能等。1.2搶答器的工作原理搶答器的基本工作原理：在搶答競賽時，有多個信號同時或不同時送入主電路中，搶答器內部的寄存器工作，并識別、記錄第一個號碼，同時內部的定時器開始工作，記錄有關時間并產生超時信號。在整個搶答器工作過程中，顯示電路、聲音電路等還要根據現場的實際情況向外電路輸出相應信號。搶答器的工作過程：1、如果想調節搶答時間或答題時間，按“加一”鍵或“減一”鍵進入調節狀態，此時會顯示現在設定的搶答時間或回答時間值，如想加一秒按一下加

8、1s鍵，如果想減一秒按一下“減1s”鍵，時間led上會顯示改變后的時間，調整范圍為099s， 0s時再減1s會跳到99s，99s時再加1s會變到0s。2、主持人按搶答開始鍵，會有提示音，并立刻進入搶答倒計時（預設10s搶答時間），如有選手搶答，會有提示音，并會顯示其號數并立刻進入回答倒計時（預設30s搶答時間），不進行搶答查詢，所以只有第一個按搶答的選手會有效。倒數時間到5s時會每減一秒響一下提示音。3、如倒計時期間，主持人想停止倒計時可以隨時按“停止”按鍵，系統會自動進入準備狀態，等待主持人按“搶答開始”進入下次搶答計時。4、如果主持人未按“搶答開始”鍵，而有人按了搶答按鍵，犯規搶答，led

9、上不斷閃爍ff和犯規號數并響個不停，直到按下“停止” 鍵為止。總而言之，本外圍接口實現的搶答系統設計了搶答器，該搶答器增加了新功能、提高了系統的可靠性、簡化了電路結構、課題利用at89c51單片機及節約了成本，是一個實用的工程設計。搶答器的工作流程分為：系統復位、正常流程、違例流程等幾部分，如圖1-2所示。加載程序運 行行開始開始數碼管顯示fff開始搶按時間倒計時開始前有選手搶按顯示違例選手號碼（x, ff）并伴有語音報警倒計時結束，超時有選手搶按顯示fff顯示選手號碼，倒計時時間,語音報警，答題,答題時間倒計時正確流程錯誤流程若超過答題時間，則數碼管顯示fff答題完畢根據選手表現則由主持人加

10、減分圖1-2 搶答器的工作流程1.3搶答器的特點及組成在知識比賽中，特別是做搶答題目的時候，在搶答過程中，為了知道哪一組或哪一位選手先答題，必須要設計一個系統來完成這個任務。如果在搶答中，靠視覺和聽覺是很難判斷出哪組先答題，利用單片機系統來設計搶答器，使以上問題得以解決，即使兩組的搶答時間相差幾微秒，也可分辨出哪組優先答題。本文主要介紹了單片機搶答器設計及工作原理，以及它的實際用途。系統工作原理本系統采用at89c51單片機作為核心。控制系統的四個模塊分別為：存儲模塊、顯示模塊、聲音模塊、搶答開關模塊。該搶答器系統通過八個個按鍵輸入搶答信號；利用存儲程序來完成軟件的設計；利用一個4位七段共陰數

11、碼管來完成顯示功能。工作時，用按鍵通過開關電路輸入各路的搶答信號，經單片機的處理，輸出控制信號，控制4位七段共陰數碼管和揚聲器工作。在數碼管上顯示哪一組先答題，從而實現整個搶答過程。2硬件設計2.1硬件詳細清單表2-1 搶答器硬件詳細清單器件名稱規格型號數量微處理器（單片機）at86c511芯片74ls04174hc301電阻3wtt10k8電容20pf3晶振12mhz1按鈕button147段數碼管7seg-mpx4-ca1揚聲器speaker1電源12.2 搶答器總電路圖圖2-1搶答器總電路圖圖中u1為單片機at89c51，u2為74ls04， u3為74hc30。k1k8分別為8路搶答按

12、鍵，分別接到單片機的p1.0p1.7中。開始按鍵與結束按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p0口。4位七段數碼管的位選接p2口低3位，揚聲器輸出為p3.7口。2.3 at89c51的內部結構和功能at89c51單片機內部主要有以下部件：8031cpu、振蕩電路、總線控制部件、中斷控制部件、片內flash存儲器、片內ram、并行

13、i/o接口、定時器和串行i/o接口。at89c51單片機內部由cpu、4kb的fperom ，128b的ram，兩個16位的定時/計數器t0和t1，4個8位的i/o端p0、p1、p2、p3等組成。在內部含有4kb或8kb可重復編程的flash存儲器，可進行1000次擦寫操作。全靜態工作為0-24mhz，有3級程序鎖存器，內部含有128-256字節的ram，有32條可編程i/o口線，2-3個16位定時/計數器，6-8個中斷源，通用的串行接口，低電壓空閑及電源下降方式。單片微機內部最核心的部分是cpu。cpu主要功能是產生各種控制信號，控制存儲器、輸入/輸出端口的數據傳輸、數據的算術運算、邏輯運算

14、以及位操作處理等，cpu按其功能可分為運算器和控制器兩部分。控制器由程序計數器pc、指令儲存器、指令譯碼器、實時控制與條件轉移邏輯電路等組成。它的功能是對來自存儲器中的指令進行譯碼，通過實時控制電路，在規定的時刻發出各種操作所需的內部和外部的控制信號，使各部分協調工作，完成指令所規定的操作。運算器由算術邏輯器部件alu、累加器acc、暫存器、程序狀態字寄存器psw，bcd碼運算調整電路等組成。為了提高數據處理和位操作功能，片內增加了一個通用寄存器b和一些專用寄存器，還增加了位處理邏輯電路的功能。其內部結構如圖2-2所示。外部定時元件復位中斷電源系統時鐘romcpu定時/計數器串行i/o口并行i

15、/o口ram圖2-2 at89c51單片機的內部結構圖at89c51的主要性能包括：at89c51與mcs51控制器系列產品兼容，片內有4k可在線重復編程閃速電擦除存儲器（flash memory），存儲器可循環寫入/擦除1000次；存儲器數據保存時間可達10年；工作電壓范圍寬：vcc可由2.7v到6v；全靜態工作可由0hz到16mhz；程序存儲器具有3級鎖存保護；128*8位內部ram；32條可編程i/o線；兩個16位定時器/計數器；中斷結構具有5個中斷源和2個中斷優先級；可編程全雙工串行通信；空閑狀態維持低功耗和掉電狀態保存存儲內容。2.4 晶體振蕩器和電容的設計在單片機內部有一個時鐘振蕩

16、電路，必須在時鐘的驅動下單片機才能工作，只需要外接一個振蕩源就能產生一定的時鐘信號送到單片機內部的各個單元，決定單片機的工作速度。時鐘電路如圖2-3所示。圖2-3 外部振蕩源電路電路中兩個電容 c2，c3的作用有兩個：一是幫助振蕩器起振；二是對振蕩器的頻率進行微調。2.5 七段數碼管顯示電路的設計圖2-4 共陰極數碼管如上圖2-4可知，數碼管采用的是4位七段共陰數碼管，其中ah段分別接到單片機的p0口，由單片機輸出的p0口數據來決定段碼值，位選碼com1、com3、com4分別接到單片機的p2.0、p2.1、p2.2，由單片機來決定當前該顯示的是哪一位。在圖中還有八個10k的電阻，連接在p0口

17、上，用作p0口的上拉電阻，保證p0口沒有數據輸出時候處于高電平狀態。2.6 揚聲器的設計利用程序來控制單片機某個口線的“高”電平或低電平，則在該口線上就能產生一定頻率的矩形波，接上喇叭就能發出一定頻率的聲音，若再利用延時程序控制“高”“低”電平的持續時間，就能改變輸出頻率，從而改變音調，使喇叭發出不同的聲音。圖2-5 揚聲器電路圖2-5中單片機的14腳輸出具有復合功能，此處用到了單片機17腳的io端口功能，單片機通過內部定時器的操作實現交替變換的波形輸出驅動揚聲器發聲。2.7 按鈕的設計本搶答器中有8個搶答按鍵輸入，一個開始按鍵、一個結束按鍵，此外還有搶答時間調整鍵、回答時間調整鍵，加一按鍵、

18、減一按鍵各一個。如圖2-6所示。圖2-6 搶答按鍵及調整按鍵在上圖中8個搶答按鍵分別接入單片機的p1.0p1.7端口，單片機通過讀取p1.0p1.7的值來判斷當前輸入的是8個搶答按鍵中的哪一個。搶答時間調整和回答時間調整接到單片機的p3.3和p3.4接口，加一及減一按鍵接到單片機的p3.5和p3.6接口。開始及結束按鍵接到單片機的10、11腳，這里用到了單片機10、11腳復合功能中的io端口功能，單片機通過讀取10、11腳的p3.0、p3.1的io端口值來判斷當前是否處于搶答開始狀態或搶答結束狀態。2.8 芯片74hc30、74ls04的設計k1k8八個按鍵的輸入電平靠74hc30輸入與非門和

19、74ls04反向器組成的電路改變輸入電平。圖2-7中電路就是由一個74hc30輸入與非門和74ls04反向器組成的去抖電路。如下圖2-7所示。圖2-7 去抖電路3軟件設計3.1 軟件系統結構圖和程序流程圖在系統架構圖中包括：系統初始化模塊、按鍵模塊、非法搶答模塊、正確搶答模塊、調整搶答模塊、調整回答模塊和數碼顯示模塊。如圖3-1所示。系統初始化模塊按鍵模塊非法搶答模塊正確搶答模塊調整搶答時間調整回答時間模塊數碼顯示模塊圖3-1軟件系統結構圖在主要的程序中包括：主程序，查詢程序，非法搶答程序，搶答時間調整程序，回答時間調整程序，倒計時程序，正常搶答處理程序，犯規處理程序，顯示及發聲程序。主流程圖

20、如3-2所示。顯示fff開始鍵加一鍵減一鍵回答時間調整搶答時間去抖動非法搶答處理顯示犯規正常搶答顯示搶答號并倒計時y yy 初始化圖3-2 程序設計流程圖3.2 程序分析主程序： ok equ 20h ;搶答開始標志位 ring equ 22h ;響鈴標志位 data0 equ 36h ;搶答按鍵口數據存放地址 org 0000h ajmp main org 0003h ajmp intt0 org 000bh ajmp t0int org 001bh ajmp t1int org 0040hmain: mov r1,#10 ;初設搶答時間為10s mov r2,#30 ;初設答題時間為30s

21、 mov 38h,#70 ;啟用錦囊時間從70s倒計時 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 ;允許二個中斷,t0/t1 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 查詢程序：start: mov data0,#0ffh ;初始化 mov r5,#0bh mov

22、r4,#0bh mov r3,#0bh acall display ;未開始搶答時候顯示fff jnb p3.3,selsub0 jnb p3.4,tz3 ;倒計時調整 jb p3.0,next acall delay jb p3.0,next ;去抖動,如果“開始鍵”按下就向下執行,否者跳到非法搶答查詢 setb ex0 ;開放int0 acall bark ;按鍵發聲 mov a,r1 mov r6,a ;送r1-r6,因為r1中保存了搶答時間 setb ok ;搶答標志位,在使用錦囊時用作判斷是搶答倒計時還是回答倒計時 mov r3,#0ah ;搶答只顯示計時,滅號數 ajmp coun

23、t ;進入倒計時程序,“查詢有效搶答的程序”在count里面next: jnb p1.0,false1 jnb p1.1,false2 jnb p1.2,false3 jnb p1.3,false4 jnb p1.4,false5 jnb p1.5,false6 jnb p1.6,tz1 jnb p1.7,tz2 ajmp start tz1: ajmp false7tz2: ajmp false8tz3: ajmp selsub1非法搶答處理程序：false1: mov r3,#01h ajmp errorfalse2: mov r3,#02h ajmp errorfalse3: mov r

24、3,#03h ajmp errorfalse4: mov r3,#04h ajmp errorfalse5: mov r3,#05h ajmp errorfalse6: mov r3,#06h ajmp errorfalse7: mov r3,#07h ajmp errorfalse8: mov r3,#08h ajmp errorselsub0(搶答時間r1調整程序)：selsub0: 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 p3.5,inc0 ;p3

25、.5為+1s鍵,如按下跳到inco jnb p3.6,dec0 ;p3.6為-1s鍵,如按下跳到deco jnb p3.1,back0 ;p3.1為確定鍵,如按下跳到backo ajmp selsub0inc0: mov a,r1 cjne a,#63h,add0 ;如果不是99,r2加1,如果加到99,r1就置0，重新加起。 mov r1,#00h acall delay1 ajmp selsub0add0: inc r1 acall delay1 ajmp selsub0dec0: mov a,r1 jz setr1 ;如果r1為0, r1就置99， dec r1 acall delay1

26、 ajmp selsub0setr1: mov r1,#63h acall delay1 ajmp selsub0back0: ajmp startselsub1(回答時間r2調整程序)：selsub1: mov a,r2 mov b,#0ah div ab mov r5,a mov r4,b mov r3,#0ah acall display jnb p3.5,inc1 jnb p3.6,dec1 jnb p3.1,back1 ajmp selsub1inc1: mov a,r2 cjne a,#63h,add1 mov r2,#00h acall delay1ajmp selsub1add

27、1: inc r2 acall delay1 ajmp selsub1dec1: mov a,r2 jz setr2 dec r2 acall delay1 ajmp selsub1setr2: mov r2,#63h acall delay1 ajmp selsub1back1: ajmp start啟用錦囊程序：repeat:mov a,38h ;使用錦囊時重新計時 mov r6,a clr ring ;當倒計時進入最后5秒的時候，啟用錦囊能消除蜂鳴倒計時程序(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

28、 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 checkfull: cjne a,#14h,c

29、heck ;下面是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 checklarger: mov a,r0 cjne a,#14h,check ;如果1s向下運行，否者跳到“停/顯示” dec r6 ;計時一秒r6自動減1 mov r0,#00hcheck: jnb p3.1,quit ;如按下停止鍵退出 jnb ok,checkk ;只在回答倒計時才有效 ajmp nexttcheckk:jnb p3.0,repeat ;判斷是否使用錦囊nextt: acall di

30、splay 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 recountaccout:mov a,data0 jnb acc.0,true1 jnb acc.1,true2 jnb acc.2,true3 jnb acc.3,true4 jnb acc.4,true5 jnb acc.5,true6 jnb acc.6,tz7 jnb acc.7,tz8 ajmp recount tz7: ajmp true7 tz8: ajmp true8 quit: clr ok ;如果按下了“停止鍵”執行的程序 clr ring ajm

31、p start 正常搶答處理程序：true1: acall bark 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 counttrue2:acall bark mov a,r2 mov r6,a mov r3,#02h clr ok ajmp counttrue3:acall bark mov a,r2 mov r6,a mov r3,#03h clr ok ajmp counttrue4:acall bark mov a,r2 mov r6,a mov r3,#04h clr ok aj

32、mp counttrue5: acall bark mov a,r2 mov r6,a mov r3,#05h clr ok ajmp counttrue6: acall bark mov a,r2 mov r6,a mov r3,#06h clr ok ajmp counttrue7: acall bark mov a,r2 mov r6,a mov r3,#07h clr ok ajmp counttrue8: acall bark mov a,r2 mov r6,a mov r3,#08h clr okajmp count犯規搶答程序：error: mov r0,#00h mov th1

33、,#3ch mov tl1,#0b0h mov 34h,r3 ;犯規號數暫存與(34h) here: mov a,r0 cjne a,#06h,flash ;0.3s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,#0ch,check1 ;下面是0.8s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 check1check1:

34、jnb p3.1,quit1 acall display ajmp herequit1: clr ring clr ok ajmp start顯示程序：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,r3 movc a,a+dptr mov p2,#0feh mov p0,a acall delay mov dptr,#dat2 mov a,r5 movc a,a+dptr mov p2,#0fdh mov p0,a acall delay mov a,r4 movc a,a+dptr mov p2,#0fbh mov p0,a acall delay retdat1:db 00h,06h,5bh,4fh,66h,6dh,7dh,07h,7fh,6fh,00h,71h ;滅,1,2,3,4,5,6,7,8,9,滅,fdat2: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,#08hloop0: acall displ