1、基于USB通信的多功能搶答系統設計論文導讀：傳統的搶答器一般利用數字邏輯電路做成，功能單一，已不適應社會發展需要。關鍵詞：搶答器,中央控制單元USB通信傳統的搶答器一般利用數字邏輯電路做成，功能單一，已不適應社會發展需要。隨著科學技術的進步，單片機與串口通信的結合已廣泛應用到各個電子系統。本文是基于單片機為核心的搶答系統設計，通過串口通信動態傳輸數據，使搶答系統具有電路簡單、操作方便、功能強大等特點。特別是搶答系統與PC通信相聯系，使整個搶答系統功能更完善。1、系統總體方案設計傳統搶答器功能過于單一，因此，可將其功能進行擴展，設計出以單片機為核心的搶答器系統，總體框圖如圖1所示。搶答系統由控制

2、開關、搶答開關、加/減分電路、計時電路、顯示電路、報警電路、PC通信等幾部分構成，如圖1所示。圖1、總體方案電路圖完成功能如下：a、搶答開始時，在規定的時間內，最先按動搶答按鈕的選手應具優先權，搶答系統應能準確迅速地判斷出第一搶答者并將其信號鎖存，同時將輸入端關閉而使其它搶答信號無效。選手編號/得分情況能夠在顯示屏上顯示。此功能由中央控制單元,譯碼、顯示電路完成。b、問題回答完畢，主持人應根據回答的準確性給予不同分值的加/減。此功能由加/減分電路完成。c、在規定的時間內若有人搶答，搶答有效，終止定時，若無人搶答，此次無效。此功能由計時，中央控制單元完成。d、每次問題回答結束，主持人應通過復位按

3、鈕進行復位，各種程序又回到初始狀態。為進行下一輪的搶答工作做準備。搶答開始之前，賦予選手一定的初始分，若選手違例搶答，報警電路工作，提醒有人違例搶答，同時編號牌顯示違例選手號碼，該違例選手會被自動扣分。搶答開始時，記分牌顯示選手初始值，此時，主持人根據需要，選定不同分值的題目讓選手回答。當主持人宣布搶答開始，同時按下開始鍵的時候，選手搶答，編號牌顯示選手編號。這時只能有第一位選手優先搶答成功，其他搶答無效。與此同時，倒計時就開始計時，在剩下最后幾秒的時候，報警電路工作，提醒選手。搶答時間結束，本題搶答無效。選手回答問題完畢，主持人應根據回答問題的情況，對選手成績做出相應的處理。每一題搶答結束后

4、，主持人進行電路復位功能，為下一題做準備。而每一題的搶答過程中，編號顯示牌和各選手的得分情況會自動的送到PC機上進行動態顯示。科技論文。1.1 硬件電路設計1.1.1、中央控制單元中央控制單元是控制系統的中樞，是系統的信息處理部分，鍵盤開關，控制開關等發出信號，中央控制單元收到信號后做出分析、響應，完成電路功能的執行。科技論文。系統選用ISP-Flash系列單片機AT89S8252，它是一個低電壓，高性能CMOS 8位單片機，片內含8k bytes的Flash只讀程序存儲器和256 bytes的隨機存取數據存儲器，兼容標準MCS-51指令系統，功能強大，它可向輸出單元輸出控制信號。1.1.2、

5、鍵盤輸入及加/減分電路選手通過按鍵進行搶答，單片機識別到有按鍵按下時，轉到相應的程序，控制譯碼顯示器顯示選手的編號或分數。而開始鍵，加/減分鍵也是通過鍵盤轉到相應的程序實現功能。鍵盤作為輸入設備，結構簡單，通過程序可實現很多功能。搶答器按如圖2所示的矩陣結構連接，可有效減少單片機的I/O口。用單片機位處理指令來判斷是否有鍵按下，若有鍵按下，則有電平輸入。轉到相應程序，顯示有效選手的號碼，而其他選手再按“搶答鍵”也無效。若無人搶答，報警電路工作，表示本次搶答無效。若選手違例提前搶答，報警電路提醒選手注意，顯示牌顯示違例選手號碼，單片機通過程序指令讓該違例選手減去一定分值。加/減分電路與搶答鍵工作

6、原理一樣，當按下加/減分按鍵，單片機控制程序指令，給選手加/減相應的分值，每一題只能給與搶答選手一次的加減分機會，若有特殊情況，主持人可在控制臺進行操作。若搶答鍵太少，可通過增加I/O口數量或者在中央處理單元外再外擴一片可編程I/O接口芯片。圖2、鍵盤結構圖1.1.3、選手編號/分數顯示電路譯碼顯示：利用單片機串行口加外圍芯片74LS164，構成多個并行輸出口，用于串并轉換，驅動CD4511鎖存-譯碼器進行LED數碼管顯示。科技論文。數據從單片機輸出經74LS04反相器進入74LS164的輸入端，而時鐘脈沖經74LS04反相器連接到74LS164的CLK脈沖信號端，在LED顯示相應的十進制數字

7、，從而完成選手編號的顯示。選手得分顯示電路與編號顯示電路原理一樣，可將多片74LS164芯片相連，增加其顯示位數。1.1.4計時、報警等電路倒計時器電路中，選用四位十進制減法定時/計數專用集成電路EC9410和7448TTLBCD-7段譯碼器組成可預置數的十進制減法器。在時鐘脈沖的作用下，倒計時開始。若某組搶答有效，計時停止并顯示倒計時時刻。若一直無人搶答.則倒計時到“00”自然停止。報警輸出單元如圖3所示，數據輸入端與單片機相連，電路由三極管外加揚聲器等外圍電路構成，當中央控制單元通過分析確定存在違例搶答或是倒計時停止，便通過指令給報警電路數據輸入端一個高電平，三極管就導通，產生信號驅動揚聲

8、器發出警報，從而形成一個報警電路，可通過調節報警聲長短來判斷是倒計時停止報警還是違例搶答報警。圖3、報警電路1.2單片機與PC機的通信搶答過程中，顯示數據需要傳入PC機內。單片機與PC機間的通信選用USB串口通信，將單片機采集的信息傳送到PC機中，由PC機進行處理。該系統使用Phillps公司的PDIUSBD12芯片作為USB接口芯片。PDIUSBD12通常用于微控制器系統并與微控制器通過高速通用接口進行通信，也支持本地DMA傳輸。該器件采用模塊化的方法實現一個USB接口，允許在眾多可用的微控制器中選擇最合適的作為系統微控制器，性能較好。USB接口芯片PDIUSD12的八位I/O口線DATA0

9、至DATA7具有可控的三態門電路，故而PDIUSBD12芯片可以直接與AT89S8252的數據總線相連，掛在系統總線上。當系統將采樣得到的信息通過USB總線上傳給PC時，AT89S8252選通PDIUSBD12芯片，將單片機內的采樣信息通過系統總線傳給USB接口芯片，繼而傳給上位機，完成數據的傳輸。USB串口通信可采用控制傳輸模式，塊傳輸模式，同步傳輸模式，中斷傳輸模式等4種傳輸模式，根據本設計電路特點，采用中斷傳輸模式。其傳輸模式圖如圖4、圖5所示。圖4、中斷輸入事務圖5、中斷輸出事務中斷服務子程序處理由PDIUSBD12產生，在中斷服務子程序中把數據從PDIUSBD12芯片的緩沖區中轉移到單片機環形緩沖區中，并清除該芯片內部緩沖區的使能，以便PDIUSBD12芯片接受新的數據包。而后建立正確的時間標志，通知主程序進行正確的處理。2、結束語文章創新點在于（1）以ISP-Flash系列單片機AT89S8252為核心的搶答器功能強大，（2）采用USB串口通信，使功能進一步得以完善。整個方案較好地完成了搶答器系統的設計，此外，還需考慮需報警，增加語音報警等情況，功能強大的AT89S8252中央控制單元配合USB串口通信，使整個搶答器反映快，功能