搶答器是各種智力競賽中必不可少的一種硬體裝置。下面是小編整理的微控制器搶答器畢業設計，供大家參考！
微控制器搶答器畢業設計
實現搶答器的方式有多種多樣，傳統的搶答器普遍採用類比電路、數位電路或者模數混合電路來設計。這類搶答器所需元器件比較多，隨著功能增多，電路也越複雜，並且成本偏高，故障率高，操作不方便，不便於引數調節及功能的升級換代。本文采用AT89C51為核心，結合鍵盤、數碼管、蜂鳴器等外圍裝置，設計了具有搶答、計時、時間調整、蜂鳴器報警等功能的4路搶答器。
總體設計
設計需求
按照設計需求，本系統具有以下幾個主要功能：
(1)搶答器可同時供4名選手或四支參賽隊伍使用;
(3)能夠顯示搶答或答題時間的倒計時;
(4)在有人犯規時可以顯示選手號、閃爍顯示以及蜂鳴器報警;
(5)答題時間還剩5s時，蜂鳴器報警提示。
搶答器的工作原理
利用微控制器控制各個功能模組實現搶答功能，微控制器收集選手的搶答訊號，運用暫存器來識別並記錄第一個選手號，傳輸資訊給數碼管顯示，同時內部定時器工作，記錄有關時間併產生超時訊號，在搶答成功、倒計時結束都伴隨有蜂鳴器警報提醒，從而實現微控制器搶答的功能。
根據設計需求，結合微控制器的工作原理，設計搶答器的工作流程圖如圖1所示。
圖1 搶答器的工作流圖
硬體設計
在硬體設計方面利用微控制器AT89C51控制搶答模組、顯示模組、計時及調整模組、蜂鳴提示模組和復位模組，從而實現微控制器的搶答。系統硬體設計原理圖如圖2所示。
圖2中U1為微控制器AT89C51，K1～K4分別為4路搶答按鈕，分別接到p1.0到p1.3中;開始鍵和結束鍵分別接到微控制器的10、11腳，由於微控制器的10、11腳既有序列介面RXD、TXD功能又有P3.0、P3.1的IO埠功能，此處按鍵用到微控制器10、11腳的IO埠功能。搶答時間調整按鍵和回答時間調整按鍵分別接到微控制器的13，14管腳，“加一”按鍵和“減一”按鍵分別接到微控制器的15、16管腳。4位七段數碼管段選接P0口，位選接P2口的`低3位，蜂鳴器輸出訊號端接P3.7口。
圖2 硬體設計原理圖
顯示模組
顯示模組採用常見的4位七段共陽數碼管，利用其動態顯示的方法來實現。數碼管的7個輸入端A～G段分別接到AT89C51的P0.0～P0.6，位選碼COM1、COM3、COM4分別接到微控制器P2.0、P2.1、P2.2，由微控制器來決定當前該顯示的是哪一位。由於AT89C51微控制器的P0口沒有內建上拉電阻，本系統採用外接10kΩ上拉電阻(採用A103排阻)，保證P0口沒有資料輸出的時候是處於高電平狀態。
按鍵輸入模組
搶答器的輸入訊號採用11個按鍵控制，其中4個為搶答按鍵、4個為倒計時調整按鍵、1個開始按鍵、1個結束按鍵和1個復位按鍵。各按鍵均有一根訊號線與微控制器電路相連，所有按鍵有一公共端，各按鍵相互獨立互不影響。當有鍵按下時，相應的微控制器引腳作出反應，產生有效的輸入訊號。
蜂鳴提示模組
本設計中利用AT89C51的16引腳經驅動器驅動蜂鳴器發聲。壓電式蜂鳴器約需10mA的驅動電流，可以採用三極體的電流放大作用驅動蜂鳴器實現發聲提示。
復位模組
復位模組由復位鍵、電阻R1以及電解電容C3構成。由於微控制器是高電平復位，所以當復位鍵按下時微控制器9腳RESET管腳處於高電平，此時微控制器處於復位狀態，當上電後，由於電容的緩慢充電，微控制器的9腳電壓逐步由高向低轉化，經過一段時間後，微控制器的9腳處於穩定的低電平狀態，此時微控制器上電覆位完畢，系統程式從0000H開始執行。
本設計中使用了硬體復位和軟體復位兩個功能。硬體復位後各個狀態、暫存器以及儲存器的值都恢復到了初始值。調整搶答和回答倒計時時間，需要記憶功能，故採用軟復位，當程式執行完畢後，跳轉指令將程式跳轉到程式執行的起始地址。
軟體設計
搶答器要求有計時記憶功能，一次時間設定完，復位後不需重新進行時間設定，選手通過鍵盤按鍵進行搶答，再通過微控制器將其轉換成能在七段數碼管上顯示的字型碼。搶答完畢，數碼管上顯示搶答選手號碼錶示搶答成功並開始倒計時。
圖3 軟體設計流程圖
根據此設計思路，系統軟體設計流程圖如圖3所示。系統採用Keil軟體參照軟體流程圖編寫組合語言。以顯示模組為例，相應程式段如下：
DISPLAY:MOV DPTR,#DAT1;查表顯示程式，P0.0～P0.6段選，P2.0～P2.2位選;
MOV A,R5
MOVC A,@A+DPTR
MOV P2,#01H
MOV P0,A
ACALL DELAY
MOV DPTR,#DAT2
MOV A,R4
MOVC A,@A+DPTR
MOV P2,#02H
MOV P0,A
ACALL DELAY
MOV A,R3
MOVC A,@A+DPTR
MOV P2,#04H
MOV P0,A
ACALL DELAY
RET
DAT1
B 00H, 06H,5bH,4fH,66H,6dH,7dH,07H,7fH,6fH,00H,71H;
DAT2
B 3fH,06H,5bH,4fH,66H,6dH,7dH,07H,7fH,6fH,00H,71H 71H;
基於Proteus的系統模擬
Proteus軟體不僅能模擬微控制器的工作情況，還能模擬微控制器外圍電路或沒有微控制器參與的其他電路的工作情況。本設計經模擬後，實現了預期的搶答器的功能。
搶答成功模組
圖4顯示4號選手搶答成功，並且答題時間還剩餘52秒，當答題時間還剩5秒內時，會有蜂鳴警報。
圖5顯示的是1號選手在主持人未按下開始鍵下的非法搶答，此時數碼管上不停的閃爍並伴有蜂鳴警報。
時間調整模組
圖6顯示通過“加一”或“減一”鍵來調整搶答時間和答題時間的時間，此時在數碼管上顯示的為時間設定成58秒。
復位模組
圖7顯示剛開始工作以及復位後，數碼管上顯示初始狀態“FFF”。本設計採用了硬體復位和軟體復位兩種方式：在只採用系統預設的搶答時間和答題時間時，2種復位都能達到所需求的目的;當已經重新設定過倒計時時間時，需要應用軟體復位，其只是執行命令後跳轉，對片內通用暫存器的內容沒有影響。而硬體復位會使專用暫存器的狀態初始化。
硬體實現
在Proteus模擬實現預定目標的基礎上，將微控制器AT89C51、復位電路、蜂鳴器電路、顯示電路、按鍵電路和電源電路進行焊接，製作完成的4路搶答器如圖8所示。
圖8 搶答器實物圖
結語
本設計以實際電路作為最終成果形式，實現了預期的搶答、倒計時、報警等各項功能，可適用於一般的競賽場合，具有一定的實用價值。此外，本設計具有較強的擴充套件性，如自動控制記分器進行記分，並通過序列口與PC機通訊，用PC機統計選手得分情況，實現智慧化、公平、公正的搶答，減小人為因素的影響。也可將搶答按鍵採用無線裝置實現，如紅外線，使搶答選手可以遠距離地進行搶答，簡化按鍵模組的線路佈置。