51单片机的智能抢答器设计
目 录
1 引言 1
1．1 研究背景 1
1．2 抢答器国内外发展趋势 1
2 可行性分析 2
3 整体方案设计 3
3．1 方案设计 3
3．2 设计方案选择 4
4 硬件设计 4
4．1 核心控制芯片选取 5
4．2 语音芯片选取 6
4．3 语音芯片设计方案对比 7
5 软件设计 7
5．1 抢答器工作原理 7
5．2 按键原理 8
5．3 复位电路原理 9
5．4 时钟电路原理 10
5．5 报警电路原理 10
5．6 显示电路原理 11
5．7 最小系统 12
5. 8 总电路图设计 13
6 软件模块设计 14
6．1 中断定制模块设计 14
6．2 报警模块 14
6．3 分数控制模块 1516
7 系统仿真 16
7．1 抢答器Keil软件的仿真 16
7．2 抢答器Protues软件的仿真 17
7．3 调试与运行 17
结 论 18
致 谢 19
参 考 文 献 20
1 引言
1．1 研究背景
随着科技的不断发展，在竞争激烈的现代社会中，抢答器广泛应用在电视节目、商业机构及学校比赛中，抢答器的种类和功能也在不断的丰富，在市场上也能见到很多适用场合不同的抢答器。
在竞争激烈的现代社会中，优胜劣汰，各种知 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
识竞赛、人才选拔也是越来越频繁。在竞赛时往往是有多支队伍或者选手同时进行比赛，当主持人报完题目后，各个参赛的队伍就会进行抢答，在抢答的过程中最重要的是做到公平公正。在上个世纪80年代初，组织知识抢答都是使用敲锣的方式发布开始指令，旁边站一个裁判监视着赛场，比赛的规则是当裁判看到谁先举手就是谁抢答成功。主持人说开始抢答的时候，选手的抢答速度较快，而且同时有几支队伍进行抢答，但是人的目力有限,所以裁判使用肉眼的判断可能不是很准确，这样就使得比赛不公平，因此就出现了各种仪器设备帮助人们进行公平公正的竞赛。
正是因为人的视力范围和大脑反应时间有限以及裁判的主观判断等人为影响的因素太大，可能导致比赛的不公平，所以发明了抢答器。抢答器的发展是人类社会的进步标志之一，抢答器是一种广泛应用在生活中的电子设备，在很多的场合都使用到抢答器。抢答器能够迅速的客观的分辨出最先抢到发言权的队伍，而且能够实现设定抢答时间、记录分数等功能。早期的抢答器设计较为简单，只需要几个三极管、发光管等一些简单的器件就能组成抢答器，抢答器能通过发光管的指示辨认出哪个选手首先抢到抢答权，这种方法比较简单，缺乏娱乐性和观赏性。随着电子技术的不断发展，现在很多抢答器都使用单片机或者数字集成电路，这样不仅使用方便并且便于增加许多新功能，比如选手号码显示、选手得分显示，抢答时间显示等等。在一些特殊的场合，不仅仅要用到选手的得分等一些较为简单的功能，还会用到音乐、闪光灯等一些娱乐性较强的设计。
1．2 抢答器国内外发展趋势
随着科技的不断提高，电子产品质量集成度的不断提升，单片机和串口通信的结合更多的使用在电子产品中，这已形成一种趋势。比赛抢答由早期的敲锣，到上个世纪简单的抢答设备，到现在已发展为利用单片机或者数字电路。当前抢答器的核心部位设计大多采用单片机等微型计算机控制。单片微型计算机就是将中央处理单元、处理器、定时器/计数器和多种接口都集成到一块集成电路芯片上的微型计算机，所以具有运算速度快、计算精度高、方便灵活、适用范围广和可靠性高等特点。
抢答器的种类很多，不同的场合使用到抢答器的功能也不同。比如在电视节目中的知识竞赛不仅仅使用到抢答器的抢答这一个功能，同时还会使用倒计时、伴奏、小灯闪烁等一些辅助性的功能，增加节目的观赏性和娱乐性。在设计上也需要考虑方案的多样化，不同的场合用到的设计方案也是不相同的。例如在舞台上使用有线的抢答器并不是最好的设计方案。首先线路太多不仅安装复杂，而且影响舞台的美观度，这样则需要考虑无线抢答设备或者一些其他的抢答设备；其次，在节目中随着规则的改变可能一些功能也需要随着改变，若使用有线的方式对进行舞台改造的时候会造成不必要的麻烦。在学校、公司等一些场合的抢答器功能相对简单一些，不需要像电视节目中娱乐性那么强，可能只需要一些基本的抢答功能、倒计时功能等，设计方面也较为简单，在需求方面也不需要那么复杂，有线抢答设备则完全满足需求，而且成本较低，符合这些场合的成本预算。
时代在不断的发展，人们娱乐生活也在不断的提高，抢答器的需求量也在不断的提高，交易额也在逐年升高。市场上抢答器的种类也有很多，有的抢答器成本高、线路复杂，而且操作和安装都较为复杂，有的抢答器功能相对简单，由通用集成电路制成，而且价格高、功能简单等，但在知识竞赛中无法精确保证比赛的公平和娱乐性。随着对功能要求的提高，同时对电路的 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
设计也要简单，使抢答器在使用的时候可以更加方便和灵活，这样则需要去掉繁琐的连接线，取而代之的则是通过无线发射与接收的应用。因此无线抢答器必然要克服接收不稳定等因素，以先进的通信技术完成主从机完美的结合，无论是其良好的性能还是华丽的外观迅速的出现在用户的面前。
2 可行性分析
技术可行性是指采用的技术和实现的方案达到预期的目的，并且符合实际生产的需求。
本系统采用C语言进行系统的开发，C语言语法结构很简洁精妙，写出的程序也较为高效，并且C语言能够让你了解系统的底层，许多硬件的开发都是用C语言进行编程。其他的编程语言比如汇编语言属于低级语言，较难理解，在实际的编程中较少使用，所以本次系统设计采用C语言为编程语言。
硬件电路采用有线方式来设计抢答器，因为在学校、公司等这些场合中，抢答器的使用功能需求较为简单，而且在学校发放的经费有限，使用功能简单、经济实用的抢答器较为可行。
3 整体方案设计
3．1 方案设计
3.1.1 方案设计一
方案一的设计采用模电和数电的设计，电路的主体部分由主持人使用的电路和参赛队伍的信号输入电路这两部分组成，优先编码电路、锁存器、译码电路将参赛队伍的输入信号显示在数码管上实现人机交互，主持人使用控制电路和比赛开始的时候主持人按下开关启动报警电路。系统还有计时功能，计时功能是通过定时电路和译码电路场所的脉冲信号显示在数码管上实现计时功能。整个电路通过布线、焊接、调试等就能做成数字抢答器。如图3.1所示。
图 3.1 方案设计
3.1.2 方案设计二
方案设计二使用STC89C51单片机为核心元件，结合始终电路和复位系统还有四位一体数码管、按键和语音芯片等一些电路模块组成设计方案二。整个电路利用延时电路、复位电路、显示电路等电路组成。主持人使用开始按钮则开启一轮抢答，一轮抢答结束后主此人按下复位按键则开启新一轮的抢答。参赛队伍利用中断方式进行抢答，一旦抢答到后则利用显示电路将信号输出到数码管上。主持人还负责对本次抢答的时间和分数进行设置，设置的时候通过显示电路进行显示。同时利用C语言的一些编程技巧实现单片机的一些基本功能。如图3.2所示
1 引言 1
1．1 研究背景 1
1．2 抢答器国内外发展趋势 1
2 可行性分析 2
3 整体方案设计 3
3．1 方案设计 3
3．2 设计方案选择 4
4 硬件设计 4
4．1 核心控制芯片选取 5
4．2 语音芯片选取 6
4．3 语音芯片设计方案对比 7
5 软件设计 7
5．1 抢答器工作原理 7
5．2 按键原理 8
5．3 复位电路原理 9
5．4 时钟电路原理 10
5．5 报警电路原理 10
5．6 显示电路原理 11
5．7 最小系统 12
5. 8 总电路图设计 13
6 软件模块设计 14
6．1 中断定制模块设计 14
6．2 报警模块 14
6．3 分数控制模块 1516
7 系统仿真 16
7．1 抢答器Keil软件的仿真 16
7．2 抢答器Protues软件的仿真 17
7．3 调试与运行 17
结 论 18
致 谢 19
参 考 文 献 20
1 引言
1．1 研究背景
随着科技的不断发展，在竞争激烈的现代社会中，抢答器广泛应用在电视节目、商业机构及学校比赛中，抢答器的种类和功能也在不断的丰富，在市场上也能见到很多适用场合不同的抢答器。
在竞争激烈的现代社会中，优胜劣汰，各种知 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
识竞赛、人才选拔也是越来越频繁。在竞赛时往往是有多支队伍或者选手同时进行比赛，当主持人报完题目后，各个参赛的队伍就会进行抢答，在抢答的过程中最重要的是做到公平公正。在上个世纪80年代初，组织知识抢答都是使用敲锣的方式发布开始指令，旁边站一个裁判监视着赛场，比赛的规则是当裁判看到谁先举手就是谁抢答成功。主持人说开始抢答的时候，选手的抢答速度较快，而且同时有几支队伍进行抢答，但是人的目力有限,所以裁判使用肉眼的判断可能不是很准确，这样就使得比赛不公平，因此就出现了各种仪器设备帮助人们进行公平公正的竞赛。
正是因为人的视力范围和大脑反应时间有限以及裁判的主观判断等人为影响的因素太大，可能导致比赛的不公平，所以发明了抢答器。抢答器的发展是人类社会的进步标志之一，抢答器是一种广泛应用在生活中的电子设备，在很多的场合都使用到抢答器。抢答器能够迅速的客观的分辨出最先抢到发言权的队伍，而且能够实现设定抢答时间、记录分数等功能。早期的抢答器设计较为简单，只需要几个三极管、发光管等一些简单的器件就能组成抢答器，抢答器能通过发光管的指示辨认出哪个选手首先抢到抢答权，这种方法比较简单，缺乏娱乐性和观赏性。随着电子技术的不断发展，现在很多抢答器都使用单片机或者数字集成电路，这样不仅使用方便并且便于增加许多新功能，比如选手号码显示、选手得分显示，抢答时间显示等等。在一些特殊的场合，不仅仅要用到选手的得分等一些较为简单的功能，还会用到音乐、闪光灯等一些娱乐性较强的设计。
1．2 抢答器国内外发展趋势
随着科技的不断提高，电子产品质量集成度的不断提升，单片机和串口通信的结合更多的使用在电子产品中，这已形成一种趋势。比赛抢答由早期的敲锣，到上个世纪简单的抢答设备，到现在已发展为利用单片机或者数字电路。当前抢答器的核心部位设计大多采用单片机等微型计算机控制。单片微型计算机就是将中央处理单元、处理器、定时器/计数器和多种接口都集成到一块集成电路芯片上的微型计算机，所以具有运算速度快、计算精度高、方便灵活、适用范围广和可靠性高等特点。
抢答器的种类很多，不同的场合使用到抢答器的功能也不同。比如在电视节目中的知识竞赛不仅仅使用到抢答器的抢答这一个功能，同时还会使用倒计时、伴奏、小灯闪烁等一些辅助性的功能，增加节目的观赏性和娱乐性。在设计上也需要考虑方案的多样化，不同的场合用到的设计方案也是不相同的。例如在舞台上使用有线的抢答器并不是最好的设计方案。首先线路太多不仅安装复杂，而且影响舞台的美观度，这样则需要考虑无线抢答设备或者一些其他的抢答设备；其次，在节目中随着规则的改变可能一些功能也需要随着改变，若使用有线的方式对进行舞台改造的时候会造成不必要的麻烦。在学校、公司等一些场合的抢答器功能相对简单一些，不需要像电视节目中娱乐性那么强，可能只需要一些基本的抢答功能、倒计时功能等，设计方面也较为简单，在需求方面也不需要那么复杂，有线抢答设备则完全满足需求，而且成本较低，符合这些场合的成本预算。
时代在不断的发展，人们娱乐生活也在不断的提高，抢答器的需求量也在不断的提高，交易额也在逐年升高。市场上抢答器的种类也有很多，有的抢答器成本高、线路复杂，而且操作和安装都较为复杂，有的抢答器功能相对简单，由通用集成电路制成，而且价格高、功能简单等，但在知识竞赛中无法精确保证比赛的公平和娱乐性。随着对功能要求的提高，同时对电路的 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
设计也要简单，使抢答器在使用的时候可以更加方便和灵活，这样则需要去掉繁琐的连接线，取而代之的则是通过无线发射与接收的应用。因此无线抢答器必然要克服接收不稳定等因素，以先进的通信技术完成主从机完美的结合，无论是其良好的性能还是华丽的外观迅速的出现在用户的面前。
2 可行性分析
技术可行性是指采用的技术和实现的方案达到预期的目的，并且符合实际生产的需求。
本系统采用C语言进行系统的开发，C语言语法结构很简洁精妙，写出的程序也较为高效，并且C语言能够让你了解系统的底层，许多硬件的开发都是用C语言进行编程。其他的编程语言比如汇编语言属于低级语言，较难理解，在实际的编程中较少使用，所以本次系统设计采用C语言为编程语言。
硬件电路采用有线方式来设计抢答器，因为在学校、公司等这些场合中，抢答器的使用功能需求较为简单，而且在学校发放的经费有限，使用功能简单、经济实用的抢答器较为可行。
3 整体方案设计
3．1 方案设计
3.1.1 方案设计一
方案一的设计采用模电和数电的设计，电路的主体部分由主持人使用的电路和参赛队伍的信号输入电路这两部分组成，优先编码电路、锁存器、译码电路将参赛队伍的输入信号显示在数码管上实现人机交互，主持人使用控制电路和比赛开始的时候主持人按下开关启动报警电路。系统还有计时功能，计时功能是通过定时电路和译码电路场所的脉冲信号显示在数码管上实现计时功能。整个电路通过布线、焊接、调试等就能做成数字抢答器。如图3.1所示。
图 3.1 方案设计
3.1.2 方案设计二
方案设计二使用STC89C51单片机为核心元件，结合始终电路和复位系统还有四位一体数码管、按键和语音芯片等一些电路模块组成设计方案二。整个电路利用延时电路、复位电路、显示电路等电路组成。主持人使用开始按钮则开启一轮抢答，一轮抢答结束后主此人按下复位按键则开启新一轮的抢答。参赛队伍利用中断方式进行抢答，一旦抢答到后则利用显示电路将信号输出到数码管上。主持人还负责对本次抢答的时间和分数进行设置，设置的时候通过显示电路进行显示。同时利用C语言的一些编程技巧实现单片机的一些基本功能。如图3.2所示
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