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基于51单片机智能竞赛抢答器的设计与实现
1.2 系统分析与总体设计
本次毕业设计课题是《基于51单片机智竞赛抢答器设计与实现》。本系统采用单片机设计智能抢答器，在抢答比赛中广泛应用，各组分别有一个抢答按钮。主持人有开始和结束、复位键。在后台主持人可以修改，抢答时间和选手回答问题的时间设置，原始状态下抢答时间为30s，回答问题时间为60s。通过修改程序可以调节抢答时间和回答问题时间。主持人按键开始后，选手开始抢答为有效，数码显示屏显示抢答时间倒计时和选手号，在最后五秒扬声器发生提示。选手抢答成功后，选手所对应的LED灯亮，数码管进入计时，在最后五秒扬声器发出提示。
通过研究并在设计验证后发现，采用单片机技术设计的抢答器与目前常用的抢答器相比，首先，电路连接简单，因为大多数功能单元都通过程序设计在单片机内部，第二，工作性能可靠，抗干扰能力优于目前抢答器。所以本研究是一个实用的工程设计，具有创新性。
为完成此次课题项目，需要如下电路元器件和设备器材。其中电路元器件及相关参数的需求：
（1）STC89C51实验板一块。
（2）单片机最小系统所需的6M晶振一个，30pF电容两个，复位开关一个，10uF电解电容三个，1K电阻一个。
（3）抢答器控制电路部分按键十四个，1K电阻七个，蜂鸣器一个。 (4)共阳四位一体数码显示管一个。 (5)+5V直流电压源一个。 实验所用设备器材：
PC机一台及相关软件。 示波器一台。
电烙铁、焊锡、松香等焊接材料。
最小系统是51单片机的最基本的组成部分，51单片机的引脚虽然只有四十，但它有很多的扩展功能，根据相应的课题设计要求可以设计相应的外围电路。此外，在本课题的设计过程中，还应注意P0口，通常P0-P3口用作通用I/OK口，当P0接口用于I/O口时，必须接上拉电阻，而其他接口不需要。
第一章 绪论
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1.3 单片机系统概述
单片机是一种集成电路芯片，采用超大规模技术把具有数据处理能力（如算术运算、逻辑运算、数据传送、中断处理）的微处理器（CPU）、随机数据存储器（RAM）、只读存储器（ROM）、输入/输出电路（I/O口）等电路集成到单片芯片上，构成一个最小而完善的计算机系统。有时还包括定时器/计数器，串行通信口、显示驱动电路（LCD或LED驱动电路）、脉宽调制电路（PWM）、模拟多路转换器以及A/D转换器等电路，并具有独立的指令系统。这些电路能在软件控制之下，准确、迅速、高效地完成程序设计者事先规定的任务。它能够单独地完成现代工业控制系统所要求的智能化控制功能。
单片机不同于单板机，芯片在没有开发出来以前，只具有功能极其强大的超大规模集成电路，如果再赋予它特定的程序，它便是一个最小的、完整的微型计算机控制系统。单片机的使用需要用户了解其芯片的内部结构和相应的指令系统以及其他一些集成电路设计技术和系统设计所需要的理论技术。在特定的程序控制下，就能使该芯片实现特定的功能。
然而，不同单片机的硬件结构和指令系统不尽相同，即它们的技术特征也不同，硬件特征主要和单片机芯片的内部结构有关，因此，设计人员必须熟练掌握其性能是否满足需要的功能和应用系统所要求的特性指标（功能特性、控制特性和相关的电气参数特性等），这些信息我们可以从生产厂商的技术手册中得到。指令特性则指我们熟悉的单片机寻址方式、数据处理和逻辑处理方法、输入/输出特性等。开发环境包括指令的兼容性及可移植性，软、硬件资源等。要利用单片机开发实际的应用系统，就必须掌握其硬件结构特征、指令系统和开发环境。
单片机控制系统已基本取代了以前复杂的电子线路或数字电路构成的控制系统，用软件来实现产品的智能化。现在，单片机的控制范畴无所不在，其应用领域也越来越广泛。
单片机的应用意义远不限于它的应用范畴或由此带来的经济效益，更重要的是它从根本上改变了传统的控制方法和设计理念，向着嵌入式系统方向发展。 随着嵌入式系统的快速发展和在各行各业的深入应用，人们的电子设备的小型化、智能化的要求也越来越高。在航空航天、机械加工、工程控制、智能仪器仪表、家用电器、通信系统等领域，单片机都正在发生着非常重要的作用。单片机应用
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基于51单片机智能竞赛抢答器的设计与实现
技术业已成为现代电子技术应用领域十分重要的高新技术之一，是电子工程技术人员必备的知识技能，它能使你设计出更具智能化和方便的产品。
通常，单片机由单块集成电路芯片构成，内部包含有计算机的基本功能部件：中央处理器、存储器和I/O接口电路等。因此，单片机只需要和适当的软件及外部设备相结合，便可成为一个单片机控制系统。
单片机经过1、2、3、4代的发展，以达到了32位单片机，是目前单片机的顶级产品，具有极高的运算速度。随着微电子技术和集成电子技术的不断发展，单片机正朝着高集成度、低功耗、低电压、多功能方向发展。MCS-51系列单片是众多单片机中的一种，由于它们都是基于8051内核发展起来的，所以称51单片机，而本次设计就是基于51单片机完成的。
1.4 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[3]：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。
第一章 绪论
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1.5 本文的主要研究成果及内容安排
1.5.1 主要研究成果
经过两个多月的研究，本文主要设计并实现了基于51单片机智竞赛抢答器，主要包括了有硬件电路系统和软件程序。硬件电路主要由最小系统部分、八路抢答器控制部分，此外， P0口作为I/O口时还需要上拉电阻（两个500欧姆的电阻）；软件程序主要是使用利用Autium designer制作了原理图、PCB图， Protues进行仿真，Keil-C51软件编写了程序。通过这次毕业设计，熟悉了单片机的基本原理，一些简单基本的电路的设计，熟练掌握相关电子软件的使用。 1.5.2 本文内容安排
本论文章节的结构和内容如下：
第一章：绪论。简要介绍了抢答器的发展现状，说明了本课题研究的内容。 第二章：抢答器系统概述。说明了抢答器的工作过程和主要功能，并定下了本课题要达到的设计目标。
第三章：抢答器的硬件电路的设计。详细描述了本课题各个组成电路单元的设计。
第四章：抢答器的软件设计，并编程序。 第五章：Proteus仿真，仿真出结果。
第六章：总结。总结课题设计，指出设计中的一些问题，提出改善的意见，并展望抢答器的未来设计。
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基于51单片机智能竞赛抢答器的设计与实现
第二章 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八路抢答器，包括8路抢答按纽、计时显示、提示功能等（根据需要可另设或多设相关功能）、开始与结束控制按钮、各种相关显示调控功能等（根据需要也可另设或多设相关功能）。
参赛者系统，除享有抢答按纽的权利功能外，还有人性化的提示功能和时间提示功能，也可设定由主控控制在参赛者终端表现的趣味性功能等；主控系统的控制按钮做开始与结束控制，根据活动参赛者的层次，对提前抡答者的行为设定为非法或阻隔，若设有非法抢答控制功能时，在主控处带有公示性显示的非法抡答者的台位号，对抢答限时及回答问题限时设为倒计时，并有显示提示。
系统的主要功能模块方框图如图1所示。
时钟 复位电路 4位七段数码管显示 = STC89C51开始、结束 按键输入 单片机声音电路8路抢答 按键输入 图1 系统主要功能模块
本系统采用模块化设计的八路抢答器，在抢答比赛中广泛应用，各组分别有一个抢答按钮。一共有8个按键输入和8个LED灯，分别对应8路选手。