呂紅娟

摘 要： 搶答器是學(xué)校常用的智力競賽優(yōu)先判決電路。采用STC89C52單片機為核心設(shè)計出具有限時搶答、限時答題、報警顯示等功能的八路搶答器。硬件電路中采用繼電器把按鍵信號和單片機信號隔離，提高電路抗干擾能力。結(jié)合數(shù)據(jù)鎖存及數(shù)碼驅(qū)動芯片，提高電路帶負(fù)載能力。利用電路板設(shè)計軟件Protel，結(jié)合元器件實際尺寸設(shè)計出易于制作的單面印制板圖。最后經(jīng)過實際制作、使用驗證，印制板設(shè)計合理、元件插裝方便、操作簡單、價格低廉，且能及時準(zhǔn)確地判斷搶答者，效果良好。

關(guān)鍵詞： 搶答器； 硬件系統(tǒng)； 軟件系統(tǒng)； 印制板

中圖分類號： TN910?34； TP368.1 文獻標(biāo)識碼： A 文章編號： 1004?373X（2014）18?0124?03

Design and manufacture of eight?way responder controlled by single chip microcomputer

L? Hong?juan1， 2

（1. College of Communication and Information Engineering， Xian University of Science and Technology， Xian 710054， China；

2. Department of Electronic Information ，Xian Railway Vocational & Technological Institute， Xian 710014， China）

Abstract：Responder is a priority decision circuit commonly used in quiz game of schools. An eight?way responder with time limit answer， answer in time and alarm display functions was designed on the basis of STC89C52 microcontroller. A relay is

adopted in the hardware circuit to isolate the key signal and SCM signal， and improve noise immunity of the circuit. The data latches and digital driver chip are combined to improve load capacity of the circuit. According to the actual size of components， the single?sided PCB was designed with software PROTEL. The actual production and verification result show the PCBs design is reasonable， the element insert is convenient， its operation is simple， its cost is low， and the responder can timely and accurately determine who is the first vier.

Keywords： responder； hardware system； software system； PCB

0 引 言

搶答器是學(xué)校、企事業(yè)單位為各種智力競賽而設(shè)計的一種搶答優(yōu)先判決電路。搶答器可采用多種電路結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)，如電子器件、單片機、PLC等，但比較來說，用單片機設(shè)計實現(xiàn)的搶答器電路結(jié)構(gòu)簡單、成本低、可靠性與準(zhǔn)確性高，是搶答器設(shè)計的首選方案。通過市場調(diào)查，八路搶答器的需求量最大。本文以STC89C52單片機為核心器件，設(shè)計了八路搶答器的電路及單面印制板電路圖，可以制作出具有報警和限時搶答功能、三位數(shù)碼管顯示的結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、實用性強的搶答器。

1 硬件系統(tǒng)設(shè)計

八路搶答器系統(tǒng)組成框圖如圖1所示，主要由按鍵輸入模塊、單片機控制模塊、鎖存及驅(qū)動模塊、數(shù)碼顯示模塊及報警模塊組成。

圖1 系統(tǒng)組成框圖

（1） 按鍵模塊：該模塊主要由兩部分組成，一部分是主持人及選手按鍵，其中，按鍵采用拍壓式按鍵，能夠烘托出比賽的激烈程度。另一部分是繼電器，采用繼電器是能夠把按鍵信號和單片機信號隔離，可以有效地防止按鍵輸入端的干擾以電藕合的方式進入應(yīng)用系統(tǒng)，保證按鍵輸入的準(zhǔn)確。

（2） 單片機控制模塊：電路采用STC89C52單片機作為核心控制元件。STC89C52是一種低功耗、高性能CMOS 8位微控制器，具有 8 KB在系統(tǒng)可編程FLASH存儲器[1]。它使用經(jīng)典的MCS?51內(nèi)核，但做了很多的改進使得芯片具有傳統(tǒng)51單片機不具備的功能。

（3） 鎖存模塊：鎖存器芯片選用74HC573[2]。在單片機控制電路產(chǎn)生的數(shù)據(jù)鎖存控制信號的控制下，單片機將顯示段碼數(shù)據(jù)鎖存到數(shù)據(jù)鎖存器中，將鎖存器數(shù)據(jù)輸出允許控制端直接接地，則鎖存的數(shù)據(jù)直接輸出，經(jīng)驅(qū)動芯片接數(shù)碼顯示管。

（4） 驅(qū)動及數(shù)碼顯示模塊：驅(qū)動芯片采用ULN2003。ULN2003具有電流增益高、工作電壓高、溫度范圍寬、帶負(fù)載能力強等特點，能驅(qū)動多種類型的負(fù)載。

（5） 報警模塊：單片機控制電路產(chǎn)生的報警信號經(jīng)數(shù)據(jù)鎖存器芯片74HC573驅(qū)動蜂鳴器報警。

系統(tǒng)總體電路如圖2所示。

2 軟件系統(tǒng)設(shè)計

程序首先是完成內(nèi)部各存儲單元的初始化，對擴展接口電路的初始化，內(nèi)部定時器的初始化[3]，中斷的初始化及調(diào)用顯示程序?qū)Τ跏紶顟B(tài)的顯示以及對外部信號的等待處理，等待隨時對外部信號進行響應(yīng)，然后檢測主持人是否按下開始搶答按鍵。在主持人還未按下開始搶答按鍵而有選手搶答時，視為犯規(guī)，此時發(fā)出報警信號并顯示按鍵選手號碼。當(dāng)主持人按下?lián)尨鸢存I后，啟動搶答倒計時，并同時調(diào)用顯示程序顯示倒計時。在允許搶答的時間內(nèi)，程序不斷檢測8個按鍵的輸人情況，當(dāng)有選手搶答，立即把通過按鍵輸入的信息儲存起來，判斷搶答按鍵的鍵值并顯示，同時報警，表示搶答成功，定時器停止工作，并不再檢測輸入信號。當(dāng)主持人按下開始答題按鍵時，啟動答題定時器，開始計時，同時顯示答題倒計時時間，答題時間結(jié)束，發(fā)出報警信號，停止定時器，等待主持人按下復(fù)位按鍵，開始下一個題目的搶答。程序流程圖如圖3所示[4?5]。

3 印制板設(shè)計

印制板的設(shè)計采用最常用的Protel軟件[6]。為了便于搶答器的實際制作，印制板的設(shè)計采用單面板設(shè)計，尺寸為12 cm×12 cm。在印制板的設(shè)計過程中，各元器件的封裝尺寸都根據(jù)實際元件尺寸準(zhǔn)確修改，以便于后期元器件的插裝。為了使布線效果達到最好，采用了便于連接的排線。單面印制板圖如圖4所示。

4 外殼面板設(shè)計

搶答器的面板主要以布局合理、美觀、簡潔、便于操作為原則，建議8個搶答選手的按鍵插頭及單片機復(fù)位按鈕置于外殼的后面板，如圖5所示。3位數(shù)碼顯示管和設(shè)置按鈕置于外殼的前面板，如圖6所示。其中6個按鈕分別為搶答時間設(shè)置鍵、回答時間設(shè)置鍵、時間增加鍵、時間減少鍵、確定鍵、開始鍵。

圖3 程序流程圖

5 結(jié) 語

本文主要是針對應(yīng)用量比較大的八路搶答器，設(shè)計了其原理電路、印制板及外殼，經(jīng)過實際的制作驗證，達到了預(yù)期目標(biāo)，能及時準(zhǔn)確地判斷第一搶答者，并通過聲光效果顯示，同時具有限時搶答、限時答題等功能，具有最實用的基本智能功能，最簡單的制作方式及最低的價格。技術(shù)上主要的創(chuàng)新點為電路帶負(fù)載能力強，能驅(qū)動大的顯示器；設(shè)計了易于制作的單面印制板圖。

圖4 單面印制板圖

圖5 后面板布局圖

圖6 前面板布局圖

參 考 文 獻

[1] 戴佳.51單片機C語言應(yīng)用程序設(shè)計實例精講[M].北京：電子工業(yè)出版社，2008.

[2] 孫余凱.電子實用電路集錦[M].北京：電子工業(yè)出版社，2008.

[3] 臧殿紅.基于AT89S51的八路搶答器的設(shè)計[J].科技信息，2011（25）：518?519.

[4] 周立功.項目驅(qū)動：單片機應(yīng)用設(shè)計基礎(chǔ)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2011.

[5] 孫軍輝.基于單片機應(yīng)用的多路無線搶答器的設(shè)計[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2012（11）：7?8.

[6] 朱曉紅.電子設(shè)計自動化（EDA）[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2011.

系統(tǒng)總體電路如圖2所示。

2 軟件系統(tǒng)設(shè)計

程序首先是完成內(nèi)部各存儲單元的初始化，對擴展接口電路的初始化，內(nèi)部定時器的初始化[3]，中斷的初始化及調(diào)用顯示程序?qū)Τ跏紶顟B(tài)的顯示以及對外部信號的等待處理，等待隨時對外部信號進行響應(yīng)，然后檢測主持人是否按下開始搶答按鍵。在主持人還未按下開始搶答按鍵而有選手搶答時，視為犯規(guī)，此時發(fā)出報警信號并顯示按鍵選手號碼。當(dāng)主持人按下?lián)尨鸢存I后，啟動搶答倒計時，并同時調(diào)用顯示程序顯示倒計時。在允許搶答的時間內(nèi)，程序不斷檢測8個按鍵的輸人情況，當(dāng)有選手搶答，立即把通過按鍵輸入的信息儲存起來，判斷搶答按鍵的鍵值并顯示，同時報警，表示搶答成功，定時器停止工作，并不再檢測輸入信號。當(dāng)主持人按下開始答題按鍵時，啟動答題定時器，開始計時，同時顯示答題倒計時時間，答題時間結(jié)束，發(fā)出報警信號，停止定時器，等待主持人按下復(fù)位按鍵，開始下一個題目的搶答。程序流程圖如圖3所示[4?5]。

3 印制板設(shè)計

印制板的設(shè)計采用最常用的Protel軟件[6]。為了便于搶答器的實際制作，印制板的設(shè)計采用單面板設(shè)計，尺寸為12 cm×12 cm。在印制板的設(shè)計過程中，各元器件的封裝尺寸都根據(jù)實際元件尺寸準(zhǔn)確修改，以便于后期元器件的插裝。為了使布線效果達到最好，采用了便于連接的排線。單面印制板圖如圖4所示。

4 外殼面板設(shè)計

搶答器的面板主要以布局合理、美觀、簡潔、便于操作為原則，建議8個搶答選手的按鍵插頭及單片機復(fù)位按鈕置于外殼的后面板，如圖5所示。3位數(shù)碼顯示管和設(shè)置按鈕置于外殼的前面板，如圖6所示。其中6個按鈕分別為搶答時間設(shè)置鍵、回答時間設(shè)置鍵、時間增加鍵、時間減少鍵、確定鍵、開始鍵。

圖3 程序流程圖

5 結(jié) 語

本文主要是針對應(yīng)用量比較大的八路搶答器，設(shè)計了其原理電路、印制板及外殼，經(jīng)過實際的制作驗證，達到了預(yù)期目標(biāo)，能及時準(zhǔn)確地判斷第一搶答者，并通過聲光效果顯示，同時具有限時搶答、限時答題等功能，具有最實用的基本智能功能，最簡單的制作方式及最低的價格。技術(shù)上主要的創(chuàng)新點為電路帶負(fù)載能力強，能驅(qū)動大的顯示器；設(shè)計了易于制作的單面印制板圖。

圖4 單面印制板圖

圖5 后面板布局圖

圖6 前面板布局圖

參 考 文 獻

[1] 戴佳.51單片機C語言應(yīng)用程序設(shè)計實例精講[M].北京：電子工業(yè)出版社，2008.

[2] 孫余凱.電子實用電路集錦[M].北京：電子工業(yè)出版社，2008.

[3] 臧殿紅.基于AT89S51的八路搶答器的設(shè)計[J].科技信息，2011（25）：518?519.

[4] 周立功.項目驅(qū)動：單片機應(yīng)用設(shè)計基礎(chǔ)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2011.

[5] 孫軍輝.基于單片機應(yīng)用的多路無線搶答器的設(shè)計[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2012（11）：7?8.

[6] 朱曉紅.電子設(shè)計自動化（EDA）[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2011.

系統(tǒng)總體電路如圖2所示。

2 軟件系統(tǒng)設(shè)計

程序首先是完成內(nèi)部各存儲單元的初始化，對擴展接口電路的初始化，內(nèi)部定時器的初始化[3]，中斷的初始化及調(diào)用顯示程序?qū)Τ跏紶顟B(tài)的顯示以及對外部信號的等待處理，等待隨時對外部信號進行響應(yīng)，然后檢測主持人是否按下開始搶答按鍵。在主持人還未按下開始搶答按鍵而有選手搶答時，視為犯規(guī)，此時發(fā)出報警信號并顯示按鍵選手號碼。當(dāng)主持人按下?lián)尨鸢存I后，啟動搶答倒計時，并同時調(diào)用顯示程序顯示倒計時。在允許搶答的時間內(nèi)，程序不斷檢測8個按鍵的輸人情況，當(dāng)有選手搶答，立即把通過按鍵輸入的信息儲存起來，判斷搶答按鍵的鍵值并顯示，同時報警，表示搶答成功，定時器停止工作，并不再檢測輸入信號。當(dāng)主持人按下開始答題按鍵時，啟動答題定時器，開始計時，同時顯示答題倒計時時間，答題時間結(jié)束，發(fā)出報警信號，停止定時器，等待主持人按下復(fù)位按鍵，開始下一個題目的搶答。程序流程圖如圖3所示[4?5]。

3 印制板設(shè)計

印制板的設(shè)計采用最常用的Protel軟件[6]。為了便于搶答器的實際制作，印制板的設(shè)計采用單面板設(shè)計，尺寸為12 cm×12 cm。在印制板的設(shè)計過程中，各元器件的封裝尺寸都根據(jù)實際元件尺寸準(zhǔn)確修改，以便于后期元器件的插裝。為了使布線效果達到最好，采用了便于連接的排線。單面印制板圖如圖4所示。

4 外殼面板設(shè)計

搶答器的面板主要以布局合理、美觀、簡潔、便于操作為原則，建議8個搶答選手的按鍵插頭及單片機復(fù)位按鈕置于外殼的后面板，如圖5所示。3位數(shù)碼顯示管和設(shè)置按鈕置于外殼的前面板，如圖6所示。其中6個按鈕分別為搶答時間設(shè)置鍵、回答時間設(shè)置鍵、時間增加鍵、時間減少鍵、確定鍵、開始鍵。

圖3 程序流程圖

5 結(jié) 語

本文主要是針對應(yīng)用量比較大的八路搶答器，設(shè)計了其原理電路、印制板及外殼，經(jīng)過實際的制作驗證，達到了預(yù)期目標(biāo)，能及時準(zhǔn)確地判斷第一搶答者，并通過聲光效果顯示，同時具有限時搶答、限時答題等功能，具有最實用的基本智能功能，最簡單的制作方式及最低的價格。技術(shù)上主要的創(chuàng)新點為電路帶負(fù)載能力強，能驅(qū)動大的顯示器；設(shè)計了易于制作的單面印制板圖。

圖4 單面印制板圖

圖5 后面板布局圖

圖6 前面板布局圖

參 考 文 獻

[1] 戴佳.51單片機C語言應(yīng)用程序設(shè)計實例精講[M].北京：電子工業(yè)出版社，2008.

[2] 孫余凱.電子實用電路集錦[M].北京：電子工業(yè)出版社，2008.

[3] 臧殿紅.基于AT89S51的八路搶答器的設(shè)計[J].科技信息，2011（25）：518?519.

[4] 周立功.項目驅(qū)動：單片機應(yīng)用設(shè)計基礎(chǔ)[M].北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2011.

[5] 孫軍輝.基于單片機應(yīng)用的多路無線搶答器的設(shè)計[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2012（11）：7?8.

[6] 朱曉紅.電子設(shè)計自動化（EDA）[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2011.