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1 绪论
1.1 课题背景
随着我国抢答器市场的日新月异的发展，与此相关的核心生产技术的应用和开发研究也愈来愈受业内企业的关注。技术工艺，是衡量一个企业进步的重要标准，是衡量一个企业是否具备市场竞争力的重要依据，更是衡量一个企业是否能不断处于主导地位的重要指标。目前市场上抢答器的不仅种类让人眼花缭乱，功能各种各样，而且价格参差不齐。那么选择一款真正适合的抢答器是至关重要的。
抢答器是一种在现代竞技社会中十分常见的的设备，它能很快地判断出第一个发言的组号。目前抢答器大部分使用数字集成电路与单片机，而且还附加了很多新特点，比如显示抢答组号、显示组号得分等功能。 1.2 课题研究现状
抢答器作为一种电子产品，随着各种智力和知识竞赛的越来越多，已普遍应用。如今市场上抢答器种类多样，功能也各有不同。而现在市场上的一些抢答器不仅成本高、线路多、体型大，而且安装和使用起来都很复杂。比如普通抢答器，是由通用的集成电路制成，有些专用集成价格高、功能单一、性价比较差，往往很容易受人为因素的影响，因此在知识竞赛活动中，无法精确保证比赛的公平、公正、直观。目前国内外研究人员都加大对智能抢答器的研究和设计，完善抢答器的各项功能。而由于单片机体积小、价格低廉、功能强、使用灵活等优点，在工业控制、智能仪表、航天航空设备、机器人、家电产品等领域得到了广泛应用，尤其在新产品研制、设备的更新改造中具有广泛的应用前景。现在，智能抢答器的在国内外已经开始普遍应用。 随着科技的进步，现在的抢答器也在不断向数字化，智能化的方向发展，所以抢答器的成本必然被大大地提高。由于现在小规模的知识竞赛愈见频繁，所以那些使用起来方便，物惠价廉的小型抢答器必然越来越受欢迎。随着科技的进步，现在的抢答器也在不断向数字化，智能化的方向发展，所以抢答器的成本必然被大大地提高。由于现在小规模的知识竞赛愈见频繁，所以
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那些使用起来方便，物惠价廉的小型抢答器必然越来越受欢迎。因此针对各类赛事活动而设计的无线抢答器也应时出现，一个公认的抢答器不仅可以快速、准确的显示出第一名抢答者编号而且还可以排除人为操作及判断带来的误差，它是由电子逻辑代替人的主观，可以在一定的程度上保证了比赛的公正。 1.3 目的与意义
在设计过程中通过查阅大量资料，掌握了单片机的原理和功能，深刻体会了单片机应用系统硬件和软件的设计方法，锻炼开发单片机应用系统的能力；同时也了解了抢答器结构组成和工作原理，各单元电路的作用及相互影响。所以本研究是在实际应用中比较实用，具有创新性。通过在电路设计过程、结果验证表明用单片机比其他技术的抢答器有许多优点。大多数功能单元都可以通过软件的程序编程在单片机内部实现，得电路简单连接方便，且工作性能可靠，抗干扰能力强。而我所设计的四路抢答器使用的元件普通 ,不仅具有易于购买等优点,而且功能也比较多，使用方便，采用单片机，大大减少布线带来的种种麻烦，所以在国内外已经开始了普遍的应用。 1.4 基本的要求
1）可同时提供最多包括8个人（组）的参加比赛，用8个按钮来表示。
2）在主持人按下“开始”按扭后，开始30秒钟倒计时，选手可以正式开始抢答。如果到没有人按下按钮，最后蜂鸣器就会响。
3）若主持人还没按下“开始”按扭，就有选手（组）按下，是违反规定抢答，蜂鸣器就会响，同时显示该选手的编号。
4）要求具有抢答锁定功能，即某一选手抢到后，其它选手的抢答功能被锁定，无法进行抢答，直至下一轮抢答开始。
5）该抢答器有显示和锁存的功能。也就是说当选手按下按钮，锁存器会锁存对应的组号，并且组号显示在左边LED数码管上，右边开始15秒钟倒计时
6）选手可以正式开始抢答的时间、选手回答问题的时间都是可以设置的。
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2 总体设计方案论证
方案一: 八路抢答器系统的各部分都用中小规模数字集成电路,通过硬件电子元器件搭建电路实现，把机械开关按钮作为控制开关完成抢答输入信号的触发。如我用74LS138编码器等电气器件来实现抢答功能，这个方案不用软件编程，功能实现齐全，可靠性强，但实际搭建起来麻烦，因为需要的元件多，电路复杂，焊板子时也很容易出现错误。
方案二：设计基于可编程的PLC，依据控制系统的工作原理和技术性能系统[2]可分为硬件和软件。在硬件方面，选择特定的元器件来画原理图；在对电路测试，已达到我们要实现的要求，就软件来说，用特定的语言来编程设计。
方案三：系统主要基于单片机作为控制核心的设计。单片机技术比较成熟，体积小价格低，稳定可靠；在外围焊接上了复位电路、上拉电阻、数码管，硬件电路简单，容易调试。单片机算术运算功能强[3]，软件编程灵活、自由度大，许多功能都可以通过软件编程来实现，例如选手是否抢答，强大的时间是否正确；可以实现倒计时、选手等显示。
方案分析：方案一由抢答电路模块、定时电路模块、时序控制模块、译码电路模块，显示电路模块、报警电路模块等部分组成，它的功能很齐全，设计的电路也很稳定，但特定的集成成本高。方案三我用单片机为核心控制器件，其可靠性好，结构简单，完善功能很容易，也可以进行扩展，更深的研究。总体来说在许多方面都比方案一和方案二好，例如性能、效率。其功能的实现也比较方案简洁，经济也实用。
综上看来我选用基于单片机的方案，即方案三。
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3 系统硬件设计
3.1 系统概述
整个系统以STC89C52单片机为核心器件，其它个模块围绕着单片机展开。输入部分包括选手的抢答输入和主持人的控制输入2个内容，由于这两个内容都是通过按键控制的，所以这里统一使用普通的轻触开关作为本设计的输入模块包[4]，一共包括8个选手输入按键和2个主持人输入按键。输出部分则采用蜂鸣器和一个四位共阳数码管进行声光的输出，这里主要有几个需蜂鸣器发出报警的地方，如最后5秒仍无人抢答、答题剩余最后5秒、抢答时间结束以及答题时间结束等。而数码管则主要用于信息的输出，如可以用来显示抢到题目的选手编号、违规抢答的选手编号、抢答时间以及答题时间的倒计时等。 3.2 设计总体框图
设计总体框图如图所示。
主持人控制输入
图3.1 总体设计方框图
数码管显示模块
选手抢答输入
STC89C52 最小系统
蜂鸣器报警模块
3.3 最小系统模块
STC89C52的最小系统由4个部分组成，晶振电路部分、复位电路部分、P0口上拉电路部分以及程序下载口[5]部分。 3.3.1 单片机最小系统
STC89C52的最小系统如图3.2所示。
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图3.2 单片机最小系统
晶振电路是石英晶体和两个30pF电容组成的；2个小电容帮助振荡器起振，同时电容的大小可以对振荡器的频率进行微调。
单片机多种复位电路，本系统采用上电自复位和按键复位方式。复位电路包括10uF的极性电容C1和10K的电阻R2。
由于STC89C52的P0口是漏极开路输出，而本设计是将P0口用作数码管的数据口，因此在P0口接了一个10K的排阻，使得P0口可以作为普通的I/O口使用，
为了方便调试和下载，还把P30、P31、GND和VCC这4个引脚[6]通过排针引出来作为程序的下载口。 3.3.2 STC89C52简介
宏晶科技公司了许多STC系类的单片机，STC89C52是其中的一款8位单片机，该单片机属于增强型。STC89C52片内提供有512字节的RAM和4K字节的EEPROM；32根I/O口线，比传统51单片机扩充4个引脚，P0口做普通的I/O口必须接上上拉电阻；芯片编程选择机器周期12系统时钟，工作频率从0MHz到40MHz；中断源增加到8，中断优先级增加到4级，从而使中断的优先权排队更加灵活超强抗干扰能力超低功耗；在工作电压上，有3V和5V两种规格；此外，STC89C52还有3个16位定时器[7]。
STC89C52型号单片机：P1.0~P1.7开始信号输入端；P3.7是主位信号输入端；