南通大學杏林學院 李 茹 陳永紅

基于單片機的無線搶答器設計

南通大學杏林學院 李 茹 陳永紅

隨著科技的快速發(fā)展,知識競賽等活動愈加頻繁,無線搶答器的作用變得更加明顯。本文設計的16路無線搶答器以單片機STC89C52為核心,可實現(xiàn)16路無線搶答,無線模塊包括選手搶答按鍵、發(fā)射接收模塊及PT22622272芯片,主持人模塊也采用無線方式,利用紅外遙控器發(fā)布命令,選手答題獲得的分數(shù)采用顯示屏LCD1602實時顯示。同時利用Keil軟件進行編程,將硬件與軟件相結合,最后進行實物調試。該設計減少了有線連接的不便,具有使用方便、價格便宜、實用性強等特點。

STC89C52;搶答器;無線;紅外遙控器

0 引言

搶答器是一種應用非常廣泛的電子設備,在各種涉及搶答的競賽中,要求能迅速準確地分辨出最先搶答成功的選手號、違規(guī)選手號以及記錄分數(shù)。然而最早期的搶答器只由幾個發(fā)光管、三極管、可控硅等組成,只能通過發(fā)光管的閃爍辨認出選手的號碼,功能簡單,肉眼有時無法識別,準確性也不高,且如今單片機已進入各個領域,以其功耗小、智能化著稱[1]。所以本文設計的無線搶答器以STC89C52為核心結合外圍的無線模塊,具有電路簡單、使用方便、判斷精準、可靠性好等優(yōu)點。廣泛應用于文體娛樂活動、競賽等場合。

1.總系統(tǒng)設計

整個系統(tǒng)的硬件設計以51單片機為核心,主要分為LCD液晶屏模塊、數(shù)碼管顯示模塊、紅外遙控模塊、發(fā)聲報警模塊以及無線接收和發(fā)射模塊,同時采用C語言編程控制各個模塊以實現(xiàn)開始搶答,限時答題,實時顯示選手號及獲得的分數(shù),紅外遙控器加減分,違規(guī)搶答、超時答題報警提示等功能。總設計框圖如圖1所示。

圖1 硬件設計框圖

2.硬件設計

硬件部分的核心是51單片機,包括顯示模塊、無線模塊、紅外遙控器以及發(fā)聲報警模塊。硬件原理圖如圖2所示。

圖2 硬件原理圖

2.1 單片機主控模塊

STC89C52單片機采用了快速存儲器FlashROM技術,其最小系統(tǒng)由晶振電路和復位電路構成。晶振電路由20pF的電容C1、C2和晶振X1組成,晶體振蕩器和電容由STC89C52芯片的XTAL1、XTAL2兩個引腳跨接;復位電路由10uF的電容C3、10KΩ的電阻R1、R2以及開關組成,當開關閉合時電路復位。

2.2 顯示模塊

顯示模塊包括LCD1602液晶顯示和數(shù)碼管顯示。將LCD1602的DB0-DB7分別與單片機的P0.0-P0.7相連接,RS接到P1.0口,RW接到P1.1口,EN接到P2.5口,該液晶顯示電路用于實時顯示選手號和選手分數(shù)[2]。數(shù)碼管顯示采用的是動態(tài)掃描,利用兩個鎖存芯片74HC573,分別作為數(shù)碼管的位選和段選信號,段選和位選都定義在P0口,DB0-DB7分別與單片機的P0.0-P0.7相連接,LE端分別接在P2^0和P2^1口,該電路用來顯示搶答前的倒計時[3]。

2.3 無線模塊

無線發(fā)射模塊由單片機的GND和VCC引腳提供3V電壓,只有當發(fā)射按鍵S1按下時才給系統(tǒng)供電。發(fā)射地址A0-A8端全接地置0,數(shù)據(jù)端D0-D3通過跳線接地(代表0)或者接VCC(代表1)來設定。無線接收模塊也是由單片機的兩個引腳供電,接收的信號送入PT2272解碼電路。

當PT2272的地址引腳A0-A7和信號中的地址相同時,VT端輸出高電平,同時接收信號中的數(shù)據(jù)被送入數(shù)據(jù)引腳D0-D3上,再將數(shù)據(jù)送入單片機P1口的高四位[4]。通過判斷接收到的信號不為0同時也要滿足在倒計時結束狀態(tài),則屬于正常搶答。

2.4 紅外遙控模塊

紅外遙控系統(tǒng)分為紅外遙控器和紅外接收裝置。設計中選取成品的紅外遙控器對整個系統(tǒng)進行控制,設置了九個按鍵,分別為0鍵:開始搶答,1到4鍵:選手1到選手4答題正確加10分,5到8鍵:選手1到選手4答題錯誤減10分。紅外接收裝置主要包括紅外接收頭和紅外接收管 IR1838,用來接收紅外發(fā)射裝置發(fā)送出的編碼信號,經(jīng)過紅外解碼程序進行解碼,即可知道按下的是哪一個按鍵,再進行相應的處理,完成紅外控制動作[5]。

2.5 發(fā)聲報警模塊

當有選手違規(guī)搶答或者選手答題時超過規(guī)定的答題時間,則蜂鳴器發(fā)聲報警提示。

3.軟件設計

程序一開始對液晶屏、數(shù)碼管等部分進行初始化,然后檢測紅外信號是否處理好,若處理好則判斷主持人是否按下紅外遙控器上開始搶答鍵,若有則表示進入倒計時三秒狀態(tài),倒計時結束后才能進行搶答,否則視為違規(guī)搶答,報警提示且在LCD液晶屏上進行標記,代表此選手不能參與本輪答題。倒計時結束若有選手搶答成功,則進行答題,若在規(guī)定時間內答題結束則主持人根據(jù)選手的答題正確與否進行相應的加減分,否則認為此輪答題失敗。主持人重新按下開始搶答鍵則下一輪答題開始?？偭鞒虉D如圖3所示。

圖3 總流程圖

圖4 無線搶答器效果圖

4.實物調試

將程序燒錄到單片機后,用移動電源通過USB口給單片機供電。無線搶答器效果圖如圖4所示。

5 結論

本設計以單片機STC89C52為核心實現(xiàn)無線搶答,將硬件與軟件相結合使搶答器能實現(xiàn)搶答,限時答題,實時顯示選手號及獲得的分數(shù)、報警提示等功能。整個設計具有較強的實用性。

[1]李廣弟。單片機的基礎[M]。北京:北航出版社,2001.

[2]趙亮。跟我學單片機(七)LCD1602液晶顯示模塊[J]。電子制作,2011(7):74-77.

[3]袁曉溪?；趩纹瑱C的LED顯示系統(tǒng)[D]。吉林大學,2015.

李茹(1996-),女,大學本科,主要研究方向為單片機原理及應用。

南通大學杏林學院科研基金項目(編號2014K112)。

陳永紅【通信作者】(1981-),女,講師,研究生,主要研究方向為協(xié)作通信。