數字技術是當前發展最快的學科之一，數字邏輯器件已從20世紀60年代的小規模集成電路(SSI)發展到目前的中、大規模集成電路(MSI，LSI)及超大規模集成電(VLSI)。相應地，數字邏輯電路的設計方法在不斷的演變和發展，由原來單一的硬件邏輯設計發展成三個分支，即硬件邏輯設計(中、小規模集成器件)、軟件邏輯設計(軟件組裝的LSI和VSI，如微處理器、單片機等)及兼有二者優點的專用集成電路(ASIC)設計。目前數字電子技術已經廣泛地應用于計算機、自動控制、電子測量儀表、電視、通信等各個領域。例如在現代測量技術中，數字測量儀表不僅比模擬測量儀表精度高，功能高，而且容易實現測量的自動化和智能化。隨著集成技術的發展，尤其是中，大規模和超大規模集成電路的發展，數字電子技術的應用范圍將會更廣泛地滲透到國民經濟的各個部門，并將產生越來越深刻的影響。
搶答器主要用于選手做搶答題時，選手進行搶答，搶到題的選手來回答問題。搶答器不僅考驗選手的反應速度同時也要求選手具備足夠的知識面和一定的勇氣。選手們都站在同一個起跑線上，體現了公平公正的原則。
一、研究內容
用AT89C51設計八位競賽搶答器，搶答的選手在主持人設定的時間內答題，在規定時間內如果有人搶答上，系統發出聲音提示，鎖存并禁止其他人員再次搶答，直到電路復位，重新開始新的一輪搶答。搶答過程中，主持人可隨時復位。
研究分析：
軟件部分：Proteus軟件是英國Labcenter electronics公司出版的EDA工具軟件。它不僅具有其它EDA工具軟件的仿真功能，還能仿真單片機及外圍器件。它是目前最好的仿真單片機及外圍器件的工具。支持單片機51系列仿真，迄今為止是世界上唯一將電路仿真軟件、PCB設計軟件和虛擬模型仿真軟件三合一的設計平臺，綜上所述，可用proteus軟件完成課題。
硬件部分：搶答器是典型的數字電路系統，是利用數字電子器件完成以下功能：
搶答功能：通過八路按鍵配合程序來實現搶答功能。當主持人按下搶答鍵開始搶答后，此時任一路按下按鈕均閉鎖其它各路，由程序對鍵盤譯碼并顯示最先按下搶答鍵的路數及其當前時間。
搶答限時：主持人按下搶答鍵后，設置時間為搶答時間。若在規定的時間內無人搶答，倒計時為0秒發出報警，說明該搶答作廢。此時閉鎖所有搶答按鍵，只有當主持人復位時開始下一次搶答方可搶答。
答題限時：當選手按下按鈕時，啟動倒計時，倒計時為0時發出報警，說明答題時間到。若在規定的時間內沒有做答答題作廢！
二、總體要求
基本功能：
1、以單片機為核心，設計一個8位競賽搶答器：同時供8名選手或8個代表隊比賽，分別用8個按鈕S0～S7表示。
2、設置一個系統清除和搶答控制開關S，開關由主持人控制。
3、搶答器具有鎖存與顯示功能。即選手按按鈕，鎖存相應的編號，并把優先搶答選手的編號一直保持到主持人將系統清除為止。
擴展功能：
1、搶答器具有定時搶答功能，搶答時間為10s。當搶答開始后，定時器
開始倒計時，并顯示在 LED 上，同時揚聲器發聲提醒。
2、闡述時間為60s，主持人可決定是否加時間或減時間，加減時間只決定闡述時間下降的速度。闡述時間到，揚聲器發聲提醒。
3、當主持人啟動“開始”鍵后，定時器進行減計時，同時揚聲器發出短暫的聲響，聲響持續的時間為0.5s左右。
4、在規定時間內，無人搶答時，電路報警提醒主持人，此后的搶答按鍵無效。
5、參賽選手在設定的時間內進行搶答，搶答有效，定時器停止工作，顯示器上顯示選手的編號和搶答的時間，并保持到主持人將系統清除為止。
6、主持人可隨時復位。
三、研究方法
本次我們要設計的是一個8位競賽搶答器，可以同時供8名選手或8支隊伍比賽。搶答器要求能快速地鎖定搶答選手或隊伍的編號，搶答的信息要能迅速顯示在數碼管上，并且要能為主持人提供方便的比賽操作，可以靈活地進行比賽時間調節與操作比賽的開始與結束，保證整場比賽的公平性與靈活性。考慮到比賽運營的費用與投入的成本，搶答器整套系統的成本也不能太高，所選用芯片的價格要求要適中，這樣才能保證搶答器系統的價格在可以普遍應用的范圍內。
3.1 方案設定
方案一：以 AVR 單片機為主控制芯片，顯示電路用LCD1602實現，用機械開關按鈕作為控制開關，實現搶答輸入信號的觸發。該電路的優點是中小規模集成電路應用技術成熟，性能可靠，能方便地完成選手搶答的基本功能。
方案二：該系統采用51系列單片機AT89C51作為控制核心，該系統可以完成運算控制、信號識別以及顯示功能的實現。由于用了單片機，使其技術比較成熟，應用起來方便、簡單并且單片機周圍的輔助電路也比較少，便于控制和實現。整個系統具有極其靈活的可編程性，能方便地對系統進行功能的擴張和更改。
3.2 方案比較
方案一：由于我對AVR單片機不太了解，AVR的編程一般需要gcc或者icc，有特定的環境，與51相比，稍微復雜一點，而對于我這樣的初學者，51使用起來更得心應手一些。
方案二：51單片機是電子專業學生的必修課，對于我這樣的學生，比起方案一，更具有優勢，與AVR相比，我對51單片機更熟悉了解。
3.3 方案選擇
綜上所述，對我來說，方案二比方案一更具有時效可行性，因此我們選擇使用AT89C51單片機為主控制器，外加LED顯示電路和報警電路、按鍵電路的組合，來完成我們 8 路搶答器的設計。
搶答器同時提供8名選手或8個代表隊比賽，分別用8個按鈕S0～S7表示。設置一個系統清除和搶答控制按鈕，該按鈕由主持人控制，搶答器具有鎖存與顯示功能。其工作原理為：接通電源后，搶答器處于禁止狀態，主持人將開關置“開始” 狀態， 宣布開始搶答器工作。 定時器倒計時，揚聲器給出聲響提示。選手在定時時間內搶答時，搶答器完成：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操作“清除” 和“開始” 狀態開關。 其框圖如圖1 所示：
五、工作計劃 搶答系統由按鈕、LCD顯示器、蜂鳴器和內部芯片組成，其中十二個按鈕包括主持人操作的復位按鈕和開始按鈕，時間增、減按鈕，八個由參賽選手搶答時使用的搶答按鈕；LCD顯示器用來顯示搶答過程中搶答成功選手的編號和搶答時間；蜂鳴器為特殊的操作發出報警信號；內部芯片為搶答的順利進行服務。 當主持人啟動開始搶答按鍵后，報警電路發出警報，搶答鑒別模塊進入工作 狀態。選手可以進行搶答，同時搶答定時器開始遞減；當時間未減少到0秒時，有選手搶答，報警電路發出警報，則搶答鑒別模塊鎖存該選手的號碼，其他選手 搶答無效，同時，LCD顯示選手編號，定時器不再遞減；當定時器時間減少到0 秒時，表示搶答時間到，發出警報，選手搶答無效。搶答選手的號碼和搶答時間 的倒計時分別通過譯碼電路顯示在LCD上。若有選手選中,則選中后開始答題，并由答題倒計時剩余答題時間LCD顯示，規定時間內答完題，選手按鍵；若規定 時間內選手未答完題,答題定時結束輸出報警。 當搶答結束后，主持人可以按下“復位”鍵讓搶答系統復位，當主持人再次按下“開始”鍵后，又開始新一輪的搶答過程。 圖10：搶答器框圖
硬件電路設計計劃根據各個部分的功能將總電路劃分成為晶振電路、搶答電路、顯示電路以及主持人控制電路。 搶答器電路設計 該電路完成兩個功能：一是判斷出選手按鍵的先后，并鎖存優先搶答者的編號，同時譯碼顯示電路顯示編號；二是禁止其他選手按鍵操作無效。如有再次搶答需由主持人將S開關重新置,“清除”然后再進行下一次搶答。 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。 復位電路設計 外部中斷和內部中斷并存，單片機硬件復位端，只要持續4個機器周期的高電平即可實現復位，硬件復位后的各狀態可知寄存器以及存儲器的值都恢復到了初始值。 報警電路設計 報警電路用于報警，當遇到報警信號時，發出警報。 軟件設計在目前單片機的發展中，其編程語言主要有 C 語言和匯編語言。C 語言是高級語言，編寫起來比較簡單易維護，匯編語言介于機器語言和高級語言之間， 更接近于硬件，但編寫起來比較冗長。所以我們這一組選擇的程序采用C語言來編寫。 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，因而在編開始搶答前的程序得先編寫設定時間的程序，當時間設好了之后，主持人發布搶答命令按下s1按鍵，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答題鍵，馬上關閉T0、調用顯示程序、封鎖鍵盤。
完整的Word格式文檔51黑下載地址（仿真+代碼）：
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