课 程 设 计 说 明 书
1.4 国内外研究现状
抢答器作为一种电子产品，早已广泛应用于各种智力和知识竞赛场合，但目前所使用的抢答器有的电路较复杂不便于制作，可靠性低，实现起来很困难；有的则用一些专用的集成块，而专用集成块的购买又很困难。为适应高校等多代表队单位活动的需要而设计一个多功能抢答器，这种抢答器具有电路简单，元件普通，易于购买等优点，很好地解决了制作者制作困难和难于购买的问题。在国内外已经开始了普遍的应用。
1.5 抢答器目前存在的主要问题
随着改革开放事业的不断深入，促使人们学科学、学技术、学知识的手段多种多样，抢答器作为一种工具，已广泛应用于各种智力和知识竞赛场合。但抢答器的使用频率校低，且有的要么制作复杂，要么可靠性低，减少兴致。作为一个单位若专购一台抢答器虽然在经济上可以承受，但每年使用的次数极少，往往因长期存放使（电子器件的）抢答器损坏，再购置的麻烦和及时性就会影响活动的开展。
而且目前多数抢答器存在3个不足之处：第一，现场线路连接复杂。因为每个选手位于抢答现场的不同位置，每个选手与控制台之间要有长长的连接线。选手越多，连接线就越多、越乱，这些连接线不仅影响了现场的美观，而且降低了抢答器的可靠性，增加了安装的难度，甚至影响了现场人员的走动。第二，电路复杂。因为单片机只完成号码处理、计时、数据运算等功能，其它功能如选手号码的识别、译码、计分显示等仍只能通过数字集成电路完成。采用单片机扫描技术识别选手抢按号码时，电路的延迟时间较大。第三，选手抢按成功，但出现没有抢答被记录的问题。
第 6 页 共 33 页
课 程 设 计 说 明 书
第2章 抢答器的系统概述
2.1 系统的主要功能
本系统是借用单片机采用模块化设计的4路抢答器，包括4路抢答按纽、计时显示、抢答成功标识，各种相关显示调控功能等
本系统采用模块化设计的四路抢答器，在抢答比赛中广泛应用，各组分别有一个抢答按钮。一共有4个按键输入，分别对应4路选手的抢答按键。
单片机是整个抢答器的核心，内部电路设计用汇编语言编写。它完成了时间参数的设定，抢按号码的译码，保存；显示；输出，抢按及答题倒计时功能等。
本设计中，有四个共阳的数码管，四个数码管。主持人按下复位键（RESET）后开始抢答。抢答成功者的LED灯标识为红色闪烁，并且显示各抢答输入的时间。
2.2 抢答器的工作流程
抢答器的基本工作原理：在抢答后，按键产生的下降沿，被中断的LINE线捕捉，从而实现进入中断服务函数，进行LED闪烁，以及实现相应数码管的计时显示工作，进而标识识别出抢答成功者的标号，进行相应的回答。
2.3 STM32的功能及简介
现阶段，市场上低端产品处理器以8位单片机为主，例如广为人知的C51系列，
第 7 页 共 33 页
课 程 设 计 说 明 书
而高端则是以32位单片机为主，例如基于ARM Cortex-M3内核的STM32系列，是专门为要求高性能、低功耗、低成本的嵌入式系统设计的芯片。本系统是使用STM32单片机，采用模块化设计的4路抢答器，包括4路抢答按纽、计时显示、各种相关显示调控功能等。
采用STM32F103VET6的100管脚的单片机，连接四路按键，四路LED，以及要显示四个独立的数码管，故需要比较多的I/O口.使用外部中断包含16个的边沿检测器，
用于产生中断,每个中断线都可以独立地配置它的触发事件(上升沿或下降沿或双边沿)，并能够单独地被屏蔽；有一个挂起寄存器维持所有中断请求的状态。EXTI可以检测到脉冲宽度小于内部APB2的时钟周期。多达112个通用I/O口连接到16个外部中断线，满足系统功能的需要。从性能、价格、实际需要，STM32F103VET6较之8位8051单片机等，更为符合设计要求。
图2.4 STM32单片机的内部结构图
ARM Cortex-M3处理器是新一代的32位处理器，是一个高性能、低成本的开发
第 8 页 共 33 页
课 程 设 计 说 明 书
平台，适用于微控制器、工业控制系统以及无线网络传感器等应用场合。其特点为：
1.性能丰富成本低。专门针对微控制处理器应用特点而开发的32位MCU，具有高性能、低成本、易应用等特点。
2.低功耗。把睡眠模式与状态保留功能结合在一起，确保Cortex-M3处理器既可提供低能耗，又不影响很高的运行性能。
3.可配置性强。Cortex-M3处理器的NVIC功能提高了设计的可配置性，提供了多达240个具有单独优先级、动态重设优先级功能和集成系统时钟的系统中断。
4.丰富的链接。功能和性能兼顾的良好组合，使基于Cortex-M3的设备可以有效处理多个I/O通道和协议标准。
STM32系列处理器先进的内部结构：
1.哈佛结构。使其在处理器整数性能测试上有着出色的表现，可以达1.25DMIPS/MHz,而功耗仅为0.19mW/MHz。
2.Thumb-2指令集以16位的代码密度带来了32位的性能。
3.内置了快速的中断控制器，提供了优越的实时特性，中断的延迟时间降到只需6个CPU周期，从低功率模式唤醒的时间也只需6个CPU周期。
4.单周期惩罚指令和硬件除法指令。
STM32在嵌入式系统应用领域有着无可比拟的优势，本系统应用的STM32F103ZET6的增强型系列单片机的功能也十分强大。详细介绍如下：
1.内核：（ARM 32位的Cortex?-M3 CPU）最高72MHz工作频率，在存储器的0等待周期访问时可达1.25DMips/MHz；单周期乘法和硬件除法。
2.存储器：从256K至512K字节的闪存程序存储器；高达64K字节的SRAM；带4个片选的静态存储器控制器、支持CF卡、SRAM、PSRAM、NOR和NAND存储器；并行LCD接口，兼容8080/6800模式。
3.时钟、复位和电源管理：2.0～3.6V供电和I/O引脚；上电/断电复位（POR/PDR）、可编程点压监测器（PVD）； 4～16MHz晶体振荡器；内嵌经出厂调校的8MHz的RC振荡器；内嵌带校准的40kHz的RC振荡器；带校准功能的32kHz RTC振荡器。
4.低功耗：睡眠、停机和待机模式；VBAT为RTC和后备寄存器供电。
第 9 页 共 33 页
课 程 设 计 说 明 书
5.3个12位模数转换器，1μs转换时间(多达21个输入通道)：转换范围：0至3.6V；三倍采样和保持功能；温度传感器
6.2通道12位D/A转换器
7.DMA（12通道DMA控制器）：支持的外设：定时器、ADC、DAC、SDIO、I^2S、SPI、I^2C和USART。
8.调试模式：串行单线调试（SWD） 和JTAG接口；Cortex-M3内嵌跟踪模块（ETM）。
9.多达112个快速I/O端口：51/80/112个多功能双向I/O口，所有I/O口可以映像到16个外部中断；几乎所有端口均可容忍5V信号。
10.多达11个定时器：多达4个16位定时器，内个定时器有多达4个用于输入捕获/输出比较/PWM或脉冲计数的通道和增量编码器输入；2个16位位带死区控制和急刹车，用于电机控制的PWM高级控制定时器；2个看门狗定时器（独立和窗口型的）；系统时间定时器；24位自减型计数器；2个16位基本定时器用于驱动DAC。
11.多达13个通信接口：多达2个I^2C接口（支持SM-Bus/PM-Bus）；多达5个USART接口（支持ISO7816，LIN，Ir-DA接口和调制解调控制）；多达3个SPI接口（18M位/秒），2个可复用为I^2S接口；CAN接口（2.0B主动）；USB2.0全速接口；SDIO接口。
12.CRC计算单元，96位的芯片唯一代码 13.ECOPACK?封装
2.4 抢答器的优点及组成
在知识比赛中，特别是做抢答题目的时候，在抢答过程中，为了知道哪一组或哪一位选手先答题，必须要设计一个系统来完成这个任务。如果在抢答中，靠视觉是很难判断出哪组先答题。利用单片机系统来设计抢答器，使以上问题得以解决，即使两组的抢答时间相差几微秒，也可分辨出哪组优先答题。本文主要介绍了单片机抢答器设计及工作原理，以及它的实际用途。系统工作原理本系统采用STM32单片机作为核心。控制系统的四个模块分别为：存储模块、显示模块、计时模块、抢
第 10 页 共 33 页