1.1 數字搶答器的概述
對於搶答器我們大家來說都不陌生，它是用於很多競賽場合，真正實現先搶先答，讓最先搶到題的選手來回答問題。搶答器不僅考驗選手的反應速度同時也要求選手具備足夠的知識面和壹定的勇氣。選手們都站在同壹個起跑線上，體現了公平公正的原則。
1.2 設計任務與要求
基本要求：
1. 給主持人設置壹個開關，用來控制系統的清零（編號顯示數碼管滅燈）和搶答器的開始。
2. 搶答器具有數據鎖存和顯示的功能。搶答開始後，若有選手按動搶答器按鈕，編號立即鎖存，並在LED數碼上顯示選手的編號，同時揚聲器給出音響提示。此外，要封鎖輸入電路，禁止其他選手搶答。
發揮部分：
1. 搶答器具有定時搶答的功能，且壹次搶答的時間可以由主持人設定（如30秒）。當節目主持人啟動“開始”鍵後，要求定時器立即減計時，並用顯示器顯示，同時揚聲器發出短暫的聲響，聲響持續時間0.5秒左右。
2. 參加選手在設定的時間內搶答，搶答有效，定時器停止工作，顯示器上顯示選手的編號和搶答時刻的時間，並保持到主持人將系統清零為止。
3. 如果定時搶答的時間已到，卻沒有選手搶答時，本次搶答無效，系統短暫報警，並封鎖輸入電路，禁止選手超時後搶答，時間顯示器上顯示00。
4. 選手如果在主持人按開始鍵之前違規搶答，系統報警，LED顯示違規選手號碼和FF，直到主持人按下停止鍵。
第二章 搶答器方案論證
搶答器的實現方式有種多樣，通過純電子器件搭建電路實現，如優先編碼器，鎖存器，555定時器譯碼器等，純電子器件實現沒有軟件參與，調試簡單，但是它不易於擴展和修改，而且電路結構復雜，調試困難電子，電子器件管腳很多，實際搭建起來費時費力，焊接很容易出錯。於是，我想到了用單片機實現。單片機體積小價格低，應用方便，穩定可靠。單片機將很多任務交給了軟件編程去實現，大大簡化了外圍硬件電路，使外圍電路的實現簡單方便。由於單片機本身不具有軟件編譯測試的功能，我們需要借助其他軟件編譯，將編譯好的程序“燒”入單片機內。
在實際電路設計中，需要先通過仿真軟件測試電路以及編譯的程序，檢查外圍電路設計是否合理，軟件編譯是否正確，以及軟件和硬件電路能否正常配合工作，能否準確的實現所設計的功能。如果測試通過，電路仿真沒有問題能完全實現功能的話就可以實際的做板子的焊接工作了。在老師的指導下我選擇了常用的單片機仿真軟件proteus6.9以及keil 進行仿真。
第三章 硬件電路設計
3.1總體設計
根據搶答器的基本功能，可以設計出如下的單片機外圍電路：
圖3-1 總體設計
如圖3-1，P3.0為開始搶答，P3.2為停止，P1.0-P1.7為八路搶答輸入，數碼管段選P0口，位選P2口低3位，蜂鳴器（用綠燈代替）輸出為P3.6口。P3.2為時間加1調整，P3.3為時間減1調整。
3.2 外部振蕩電路
圖3-2 外部振蕩電路
壹般選用石英晶體振蕩器。此電路在加電大約延遲10ms後振蕩器起振,在XTAL2引腳產生幅度為3V左右的正弦波時鐘信號,其振蕩頻率主要由石英晶振的頻率確定。電路中兩個電容 C1,C2的作用有兩個:壹是幫助振蕩器起振;二是對振蕩器的頻率進行微調。C1,C2的典型值為30PF。
3.3 復位電路的設計
單片機的第9腳RST為硬件復位端,只要將該端持續4個機器周期的高電平即可實現復位,復位後單片機的各狀態都恢復到初始化狀態，其電路圖如圖4所示:
圖3-3 復位電路
在方案中使用到了硬件復位和軟件復位兩種功能,由上面的硬件復位可使寄存器及存儲器的值都恢復到初始值,而前面的功能提到了倒計時間需要有記憶功能,該功能實現的前提條件就是不能對單片機進行硬件復位,所以設定了軟復位功能。軟復位實際上就是當程序執行完畢之後,將程序指針通過壹條跳轉指令讓它跳轉到程序執行的起始地址。
3.1.4 顯示電路的設計
顯示電路使用了七段數碼管7SEG-MPX4-CC，它是***陰極的，由高電平點亮。
圖3-4 陰極七段數碼管
4.1.5 按鈕輸入電路的設計
搶答器的輸入按鈕使用常開開關，
圖3-5 搶答按鍵
這些常開開關組成了搶答按鍵，硬件電路簡單，在程序設計上也不復雜，只要在程序中消除在按鍵過程中產生的“毛刺”現象就可以了。這裏采用最常用的方法即延時法，其的原理為：因為“毛刺”脈沖壹般持續時間短，約為幾ms，而按鍵的時間壹般遠遠大於這個時間,所以當單片機檢測到有按鍵動靜後再延時壹段時間(這裏取10ms)後再判斷此電平是否保持原狀態,如果是則為有效按鍵，否則無效。
3.1.6 發聲
這裏能利用程序來控制單片機P3.6口線反復輸出高電平或低電平，即在該口線上產生壹定頻率的矩形波，接上揚聲器就能發出壹定頻率的聲音，再利用延時程序控制“高”“低”電平的持續時間，就能改變輸出頻率，從而改變音調，使揚聲器發出不同的聲音。
第四章 系統軟件設計
4.1 程序系統結構圖
硬件電路確定後，軟件的編程要與硬件相匹配，軟硬件才能結合完成所要實現的功能。由功能分析得到以下的軟件結構圖：
圖4-1 軟件系統結構圖
4.2 程序流程圖
整個程序主要由定時器T0、定時器T1、外部中斷0和主程序構成。
定時器T0用於使揚聲器發聲，當需要響鈴時，把響鈴標誌位置壹，每次中斷都對P3.7取反，揚聲器發聲，改變定時器初值，可改變揚聲器頻率。定時器程流程圖如下：
圖4-2 響鈴程序流程圖
定時器T1用於倒計時，每次中斷為50ms，當計數標誌為20時即為壹秒，顯示數字減壹。其流程圖如下：
圖4-3 倒計時中斷流程圖
外部中斷0用於調整倒計時時間，流程圖如下：
圖4-4 調整搶答時間流程圖
主程序協調三個中斷壹起工作，實現搶答功能,其流程圖如下：
圖4-5 主程序流程圖
附錄：
程序代碼：
P3.0為開始搶答，P3.1為停止，P1.0-P1.7為八路搶答輸入，數碼管段選P0口，位選P2的低三位口，蜂鳴器輸出為P3.6口。
ORG 0000H
AJMP MAIN
ORG 0003H
AJMP INT0SUB
ORG 000BH
AJMP T0INT
ORG 001BH
AJMP T1INT
OK EQU 20H ; 搶答開始標誌位
RING EQU 22H ; 響鈴標誌位
ORG 0040H
MAIN: MOV R1,#0FH; 初設搶答時間為15s
MOV R2,#0AH; 初設答題時間為10s
MOV TMOD,#11H; 設置未定時器/模式1
MOV TH0,#0F0H
MOV TL0,#0FFH; 越高發聲頻率越高,越尖
MOV TH1,#3CH
MOV TL1,#0B0H; 50ms為壹次溢出中斷
SETB EA
SETB ET0
SETB ET1
SETB EX0
SETB EX1; 允許四個中斷,T0/T1/INT0/INT1
CLR OK
CLR RING
SETB TR1
SETB TR0; 壹開始就運行定時器,以開始顯示FFF.如果想重新計數,重置TH1/TL1就可以了
查詢程序:
START: MOV R5,#0BH
MOV R4,#0BH
MOV R3,#0BH
ACALL DISPLAY; 未開始搶答時候顯示FFF
JB P3.0,NEXT
ACALL DELAY
JB P3.0,NEXT;去抖動,如果"開始鍵"按下就向下執行,否者跳到非法搶答查詢
ACALL BARK;按鍵發聲
MOV A,R1
MOV R6,A; 送R1->R6,因為R1中保存了搶答時間
SETB OK; 搶答標誌位,用於COUNT只程序中判斷是否查詢搶答
MOV R3,#0AH; 搶答只顯示計時,滅號數
AJMP COUNT;進入倒計時程序,"查詢有效搶答的程序"在COUNT裏面
NEXT: JNB P1.0,FALSE1
JNB P1.1,FALSE2
JNB P1.2,FALSE3
JNB P1.3,FALSE4
JNB P1.4,FALSE5
JNB P1.5,FALSE6
JNB P1.6,FALSE7
JNB P1.7,FALSE8
AJMP START
非法搶答處理程序:
FALSE1: ACALL BARK; 按鍵發聲
MOV R3,#01H
AJMP ERROR
FALSE2: ACALL BARK
MOV R3,#02H
AJMP ERROR
FALSE3: ACALL BARK
MOV R3,#03H
AJMP ERROR
FALSE4: ACALL BARK
MOV R3,#04H
AJMP ERROR
FALSE5: ACALL BARK
MOV R3,#05H
AJMP ERROR
FALSE6: ACALL BARK
MOV R3,#06H
AJMP ERROR
FALSE7: ACALL BARK
MOV R3,#07H
AJMP ERROR
FALSE8: ACALL BARK
MOV R3,#08H
AJMP ERROR
倒計時程序(包括有效搶答程序):
COUNT: MOV R0,#00H; 重置定時器中斷次數
MOV TH1,#3CH
MOV TL1,#0B0H； 重置定時器
RECOUNT: MOV A,R6; R6保存了倒計時的時間
MOV B,#0AH
DIV AB; 除十分出個位/十位
MOV 30H,A; 十位存於(30H)
MOV 31H,B; 個位存於(31H)
MOV R5,30H ; 取十位
MOV R4,31H ; 取個位
MOV A,R6
CLR C
SUBB A,#07H
JNC LARGER ;大於5s跳到LARGER,小於等於5s會提醒
MOV A,R0
CJNE A,#0AH,FULL;1s中0.5s向下運行
CLR RING
AJMP CHECK
FULL: CJNE A,#14H,CHECK ; 1s時,響並顯示號數並清R0,重新計時
SETB RING
MOV A,R6
JZ QUIT ; 計時完畢
MOV R0,#00H
DEC R6 ; 壹秒標誌減1
AJMP CHECK
LARGER: MOV A,R0
CJNE A,#14H,CHECK ; 如果1s向下運行,否者跳到查"停/顯示"
DEC R6; 計時壹秒R6自動減1
MOV R0,#00H
CHECK: JNB P3.1,QUIT; 如按下停止鍵退出
ACALL DISPLAY
JNB P1.0,TRUE1
JNB P1.1,TRUE2
JNB P1.2,TRUE3
JNB P1.3,TRUE4
JNB P1.4,TRUE5
JNB P1.5,TRUE6
JNB P1.6,TRUE7
JNB P1.7,TRUE8
AJMP RECOUNT
QUIT: CLR OK ; 如果按下了"停止鍵"重新回到開始
CLR RING
ACALL BARK
AJMP START
正常搶答處理程序：
TRUE1: ACALL BARK; 按鍵發聲
MOV A,R2
MOV R6,A; 搶答時間R2送R6
MOV R3,#01H
CLR OK;
AJMP LOOP2
TRUE2:ACALL BARK;
MOV A,R2
MOV R6,A
MOV R3,#02H
CLR OK
AJMP LOOP2
TRUE3:ACALL BARK;
MOV A,R2
MOV R6,A
MOV R3,#03H
CLR OK
AJMP LOOP2
TRUE4:ACALL BARK;
MOV A,R2
MOV R6,A
MOV R3,#04H
CLR OK
AJMP LOOP2
TRUE5: ACALL BARK;
MOV A,R2
MOV R6,A
MOV R3,#05H
CLR OK
AJMP LOOP2
TRUE6: ACALL BARK;
MOV A,R2
MOV R6,A
MOV R3,#06H
CLR OK
AJMP LOOP2
TRUE7: ACALL BARK;
MOV A,R2
MOV R6,A
MOV R3,#07H
CLR OK
AJMP LOOP2
TRUE8: ACALL BARK;
MOV A,R2
MOV R6,A
MOV R3,#08H
CLR OK
LOOP2: AJMP DISPLAY ;搶答後停止計時，等待返回
SETB RING
JNB P3.1 QUIT
AJMP LOOP2
犯規搶答程序:
ERROR: SETB RING ;犯規響鈴
MOV R5,#0BH
MOV R4,#0BH; 顯示FF和犯規號數
LOOP3: ACALL DISPLAY
JNB P3.1 QUIT1; 等待“停止”鍵按下
AJMP LOOP3
QUIT1: CLR RING
CLR OK
AJMP START
顯示程序:
DISPLAY:MOV DPTR,#DAT1; 查表顯示程序,利用P0口做段選碼口輸出/P2低三位做位選碼輸出
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:DB 00H,06h,5bh,4fh,66h,6dh,7dh,07h,7fh,6fh,00H,71H
;"滅","1","2","3","4","5","6","7","8","9","滅","F"
DAT2:DB 3FH, 06h,5bh,4fh,66h,6dh,7dh,07h,7fh,6fh,00H,71H
DELAY1: MOV 35H,#08H
LOOP0: ACALL DISPLAY
DJNZ 35H,LOOP0
RET
延時(顯示和去抖動用到):
DELAY: MOV 32H,#12H
LOOP: MOV 33H,#0AFH
LOOP1: DJNZ 33H,LOOP1
DJNZ 32H,LOOP
RET
發聲程序:
BARK: SETB RING
ACALL DELAY1
ACALL DELAY1
CLR RING; 按鍵發聲
RET
INT0(搶答時間R1調整程序):
INT0SUB:MOV A,R1
MOV B,#0AH
DIV AB
MOV R5,A
MOV R4,B
MOV R3,#0AH
ACALL DISPLAY；先在兩個時間LED上顯示R1
JNB P3.2,INC0; P3.2為+1s鍵,如按下跳到INCO
JNB P3.3,DEC0; P3.3為-1s鍵,如按下跳到DECO
JNB P3.4,BACK0; P3.4為確定鍵,如按下跳到BACKO
AJMP INT0SUB
INC0: MOV A,R1
CJNE A,#63H,ADD0; 如果不是99,R2加1,如果加到99了,R1就置0，重新加起
MOV R1,#00H
ACALL DELAY1
AJMP INT0SUB
ADD0: INC R1
ACALL DELAY1
AJMP INT0SUB
DEC0: MOV A,R1
JZ SETR1;如果R1為0, R1就置99，
DEC R1
ACALL DELAY1
AJMP INT0SUB
SETR1: MOV R1,#63H
ACALL DELAY1
AJMP INT0SUB
BACK0: RETI
TO溢出中斷(響鈴程序):
T0INT:MOV TH0,#0ECH
MOV TL0,#0FFH
JNB RING,OUT
CPL P3.6 ; RING標誌位為1時候P3.6口不短取反使喇叭發出壹定頻率的聲音
OUT: RETI
T1溢出中斷(計時程序):
T1INT: MOV TH1,#3CH
MOV TL1,#0B0H
INC R0
RETI
END