基于單片機(jī)的智能搶答器設(shè)計與實現(xiàn)

基于單片機(jī)的智能搶答器設(shè)計與實現(xiàn)【摘要】該智能搶答器以51單片機(jī)為核心控制器件，通過串行通信，將主機(jī)與8路從機(jī)連接，實現(xiàn)了有效搶答信號的識別顯示、犯規(guī)選手識別顯示、不同時長的搶答倒計時、不同時長的答題倒計時、提示報警等功能。文章同時給出了系統(tǒng)的硬件原理圖和部分程序框圖。樣機(jī)運行效果良好，可廣泛應(yīng)用于智力競賽等公開競爭場合。【關(guān)鍵詞】單片機(jī);搶答器;串行通信1.引言搶答器廣泛應(yīng)用在學(xué)校和企事業(yè)單位舉行的各種競賽、搶答活動中，它能通過指示燈顯示、語音提醒、數(shù)字顯示、警示顯示等手段迅速、準(zhǔn)確、公正、直觀地判斷出最先獲得發(fā)言權(quán)的選手。本文介紹一種以51單片機(jī)為核心，通過串行通信方式實現(xiàn)的八路搶答器系統(tǒng)，具有結(jié)構(gòu)簡單、功能強(qiáng)大、可靠性好、實用性強(qiáng)的特點。2.搶答器的功能本搶答器系統(tǒng)可實現(xiàn)以下功能：（1）搶答功能：搶答器設(shè)有主持人控制的搶答允許鍵，當(dāng)主持人按鍵前，系統(tǒng)不斷掃描選手按鍵情況，若有人按鍵視為搶答犯規(guī)并蜂鳴器報警且顯示其號碼;只有主持人按下?lián)尨痖_始鍵后（有蜂鳴器提示音），才允許各組選手開始搶答，同時顯示最先按下鍵的組號，并屏蔽其它各路選手按鍵信號。若出現(xiàn)多個選手同時按鍵的情況，則通過隨機(jī)程序任意選一組。（2）搶答限時：系統(tǒng)可事先預(yù)置l～99秒之間的搶答限時時間，默認(rèn)10秒，主持人按下?lián)尨鹪试S鍵后，若10秒后無人搶答，倒計時為0時蜂鳴器報警，說明該搶答題目作廢。此時屏蔽所有搶答按鍵，只有當(dāng)主持人再次按下?lián)尨疰I后，開始下一輪搶答。（3）答題限時：系統(tǒng)可事先預(yù)置l～99秒之間的答題時間，默認(rèn)時間為30秒，當(dāng)主持人按下開始答題按鈕時，開始倒計時，當(dāng)?shù)褂嫊r為0時發(fā)出報警，說明時間到，顯示返回當(dāng)前選手號。（4）計分功能：答題結(jié)束時，當(dāng)按下加、減計分鍵后，可將預(yù)設(shè)的分值通過串行通信的方式傳給選手端并進(jìn)行計分顯示，分值可在l～999之間設(shè)置，默認(rèn)為10分。（5）糾錯功能：當(dāng)發(fā)現(xiàn)選手計分有誤或某選手需要獎勵懲罰時，可單獨對其分值進(jìn)行加減操作。（6）設(shè)定功能：按下設(shè)定鍵后，可按順序設(shè)置搶答限時時間、答題限時時間和計分分值，也可選擇默認(rèn)值。3.搶答器的硬件設(shè)計本設(shè)計在硬件結(jié)構(gòu)上，一共可分為3個獨立電路：主持人顯示部分、主持人主機(jī)部分、選手從機(jī)部分。其中主持人主機(jī)部分和選手從機(jī)部分都是以51單片機(jī)為核心控制器設(shè)計的，并通過串口采取多機(jī)通信方式進(jìn)行雙向交互，從而達(dá)到分別計分的功能。另外考慮到數(shù)碼管體積比較大，高亮度顯示需要的電流也比較大，所以主機(jī)和從機(jī)的顯示部分都是由可控制的光電耦合開關(guān)TLP521與高電壓大電流八達(dá)林頓晶體管陳列ULN2803的組合進(jìn)行控制顯示。各部分介紹如下：3.1主持人主機(jī)部分主持人主機(jī)部分原理圖如圖1。圖中P0口為8路選手的搶答按鍵輸入端;P1.0為蜂鳴器驅(qū)動輸出端，P1.1～P1.4和P3.3（INT1）為主持人按鍵，功能分別是S0為帶自鎖的按鍵，定義為加減狀態(tài)按鍵，S1定義為主持人允許按鍵，S2定義為分?jǐn)?shù)修改按鍵，S3定義為確認(rèn)按鍵，S4定義為修正按鍵。（用于在非正常情況下，結(jié)合按鍵S0和S2給選手進(jìn)行分?jǐn)?shù)調(diào)整）。其中按鍵S0和S2為復(fù)合功能按鍵，通過軟件設(shè)計，在不同的時段有不同的定義功能，在初始階段用來設(shè)置預(yù)置時間或預(yù)置分值，在搶答結(jié)束時用來計分。P1.5～P1.7未使用，預(yù)留;P2.0～P2.6口用于數(shù)碼管段碼顯示輸出;TXD、RXD為串行口通信引腳;J1～J8表示8個RJ-45接口，應(yīng)用時將電源信號、選手搶答信號及串行口線通過帶水晶頭的網(wǎng)線與選手從機(jī)連接;J9為排線插口，用于與顯示部分通過排線連接。圖1主持人主機(jī)部分原理圖3.2主持人顯示部分此部分為主持人主機(jī)顯示電路，為了便于設(shè)計，我們將顯示部分從主機(jī)中分離出來，通過排線與主機(jī)相連，構(gòu)成整個主持人部分。原理圖如圖2所示。圖2主持人顯示部分原理圖圖3選手部分原理圖3.3選手部分選手部分主要有單片機(jī)控制器、顯示電路與按鍵共同構(gòu)成，原理圖如圖3。圖中S0為選手搶答按鍵，是搶答的觸發(fā)信號發(fā)生源，選手部分不能直接對本機(jī)進(jìn)行信號控制，只有通過向主機(jī)發(fā)送信號后，由主機(jī)進(jìn)行處理控制;J0為RJ-45接口，應(yīng)用時通過網(wǎng)線與主持人主機(jī)的對應(yīng)端口連接，接受主機(jī)部分提供的電源及通過串口傳送的信息;顯示電路主要顯示選手的分值。4.搶答器的軟件設(shè)計4.1主持人模塊主持人部分軟件設(shè)計流程，主要包含以下的幾個功能子程序：（1）顯示子程序在本設(shè)計中，顯示部分是采取動態(tài)掃描方式。由單片機(jī)P2口作為段碼的輸出端口（P2.0～P2.6），P1.5～P1.7作為選位端。經(jīng)過軟件譯碼后，通過I/O顯示到數(shù)碼管上?？梢栽谠O(shè)置、搶答、答題、計時、查詢等不同時段顯示不同含義的信息。（2）鍵盤掃描子程序該部分主要掃描選手按鍵及主機(jī)的功能鍵，并修改相應(yīng)的鍵值內(nèi)容，其中功能鍵是分時復(fù)用的，不同時段不同功能。（3）鍵值處理子程序此子程序根據(jù)不同時段鍵盤掃描所取得的鍵值作出相應(yīng)處理。主要有設(shè)置、搶答、加減分、送分、查詢等功能標(biāo)志。（4）警報功能子程序警報功能主要體現(xiàn)于主持人發(fā)出的開始搶答信號、限定時間到給選手的提醒信號、選手在搶答的過程中，有違