数字技术是当前发展最快的学科之一，数字逻辑器件已从20世纪60年代的小规模集成电路(SSI)发展到目前的中、大规模集成电路(MSI，LSI)及超大规模集成电(VLSI)。相应地，数字逻辑电路的设计方法在不断的演变和发展，由原来单一的硬件逻辑设计发展成三个分支，即硬件逻辑设计(中、小规模集成器件)、软件逻辑设计(软件组装的LSI和VSI，如微处理器、单片机等)及兼有二者优点的专用集成电路(ASIC)设计。目前数字电子技术已经广泛地应用于计算机、自动控制、电子测量仪表、电视、通信等各个领域。例如在现代测量技术中，数字测量仪表不仅比模拟测量仪表精度高，功能高，而且容易实现测量的自动化和智能化。随着集成技术的发展，尤其是中，大规模和超大规模集成电路的发展，数字电子技术的应用范围将会更广泛地渗透到国民经济的各个部门，并将产生越来越深刻的影响。
抢答器主要用于选手做抢答题时，选手进行抢答，抢到题的选手来回答问题。抢答器不仅考验选手的反应速度同时也要求选手具备足够的知识面和一定的勇气。选手们都站在同一个起跑线上，体现了公平公正的原则。
一、研究内容
用AT89C51设计八位竞赛抢答器，抢答的选手在主持人设定的时间内答题，在规定时间内如果有人抢答上，系统发出声音提示，锁存并禁止其他人员再次抢答，直到电路复位，重新开始新的一轮抢答。抢答过程中，主持人可随时复位。
研究分析：
软件部分：Proteus软件是英国Labcenter electronics公司出版的EDA工具软件。它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。支持单片机51系列仿真，迄今为止是世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，综上所述，可用proteus软件完成课题。
硬件部分：抢答器是典型的数字电路系统，是利用数字电子器件完成以下功能：
抢答功能：通过八路按键配合程序来实现抢答功能。当主持人按下抢答键开始抢答后，此时任一路按下按钮均闭锁其它各路，由程序对键盘译码并显示最先按下抢答键的路数及其当前时间。
抢答限时：主持人按下抢答键后，设置时间为抢答时间。若在规定的时间内无人抢答，倒计时为0秒发出报警，说明该抢答作废。此时闭锁所有抢答按键，只有当主持人复位时开始下一次抢答方可抢答。
答题限时：当选手按下按钮时，启动倒计时，倒计时为0时发出报警，说明答题时间到。若在规定的时间内没有做答答题作废！
二、总体要求
基本功能：
1、以单片机为核心，设计一个8位竞赛抢答器：同时供8名选手或8个代表队比赛，分别用8个按钮S0～S7表示。
2、设置一个系统清除和抢答控制开关S，开关由主持人控制。
3、抢答器具有锁存与显示功能。即选手按按钮，锁存相应的编号，并把优先抢答选手的编号一直保持到主持人将系统清除为止。
扩展功能：
1、抢答器具有定时抢答功能，抢答时间为10s。当抢答开始后，定时器
开始倒计时，并显示在 LED 上，同时扬声器发声提醒。
2、阐述时间为60s，主持人可决定是否加时间或减时间，加减时间只决定阐述时间下降的速度。阐述时间到，扬声器发声提醒。
3、当主持人启动“开始”键后，定时器进行减计时，同时扬声器发出短暂的声响，声响持续的时间为0.5s左右。
4、在规定时间内，无人抢答时，电路报警提醒主持人，此后的抢答按键无效。
5、参赛选手在设定的时间内进行抢答，抢答有效，定时器停止工作，显示器上显示选手的编号和抢答的时间，并保持到主持人将系统清除为止。
6、主持人可随时复位。
三、研究方法
本次我们要设计的是一个8位竞赛抢答器，可以同时供8名选手或8支队伍比赛。抢答器要求能快速地锁定抢答选手或队伍的编号，抢答的信息要能迅速显示在数码管上，并且要能为主持人提供方便的比赛操作，可以灵活地进行比赛时间调节与操作比赛的开始与结束，保证整场比赛的公平性与灵活性。考虑到比赛运营的费用与投入的成本，抢答器整套系统的成本也不能太高，所选用芯片的价格要求要适中，这样才能保证抢答器系统的价格在可以普遍应用的范围内。
3.1 方案设定
方案一：以 AVR 单片机为主控制芯片，显示电路用LCD1602实现，用机械开关按钮作为控制开关，实现抢答输入信号的触发。该电路的优点是中小规模集成电路应用技术成熟，性能可靠，能方便地完成选手抢答的基本功能。
方案二：该系统采用51系列单片机AT89C51作为控制核心，该系统可以完成运算控制、信号识别以及显示功能的实现。由于用了单片机，使其技术比较成熟，应用起来方便、简单并且单片机周围的辅助电路也比较少，便于控制和实现。整个系统具有极其灵活的可编程性，能方便地对系统进行功能的扩张和更改。
3.2 方案比较
方案一：由于我对AVR单片机不太了解，AVR的编程一般需要gcc或者icc，有特定的环境，与51相比，稍微复杂一点，而对于我这样的初学者，51使用起来更得心应手一些。
方案二：51单片机是电子专业学生的必修课，对于我这样的学生，比起方案一，更具有优势，与AVR相比，我对51单片机更熟悉了解。
3.3 方案选择
综上所述，对我来说，方案二比方案一更具有时效可行性，因此我们选择使用AT89C51单片机为主控制器，外加LED显示电路和报警电路、按键电路的组合，来完成我们 8 路抢答器的设计。
抢答器同时提供8名选手或8个代表队比赛，分别用8个按钮S0～S7表示。设置一个系统清除和抢答控制按钮，该按钮由主持人控制，抢答器具有锁存与显示功能。其工作原理为：接通电源后，抢答器处于禁止状态，主持人将开关置“开始” 状态， 宣布开始抢答器工作。 定时器倒计时，扬声器给出声响提示。选手在定时时间内抢答时，抢答器完成：优先判断、编号锁存、编号显示、扬声器提示。当一轮抢答之后，定时器停止、禁止二次抢答、定时器显示剩余时间。 如果再次抢答必须由主持人再次操作“清除” 和“开始” 状态开关。 其框图如图1 所示：
五、工作计划 抢答系统由按钮、LCD显示器、蜂鸣器和内部芯片组成，其中十二个按钮包括主持人操作的复位按钮和开始按钮，时间增、减按钮，八个由参赛选手抢答时使用的抢答按钮；LCD显示器用来显示抢答过程中抢答成功选手的编号和抢答时间；蜂鸣器为特殊的操作发出报警信号；内部芯片为抢答的顺利进行服务。 当主持人启动开始抢答按键后，报警电路发出警报，抢答鉴别模块进入工作 状态。选手可以进行抢答，同时抢答定时器开始递减；当时间未减少到0秒时，有选手抢答，报警电路发出警报，则抢答鉴别模块锁存该选手的号码，其他选手 抢答无效，同时，LCD显示选手编号，定时器不再递减；当定时器时间减少到0 秒时，表示抢答时间到，发出警报，选手抢答无效。抢答选手的号码和抢答时间 的倒计时分别通过译码电路显示在LCD上。若有选手选中,则选中后开始答题，并由答题倒计时剩余答题时间LCD显示，规定时间内答完题，选手按键；若规定 时间内选手未答完题,答题定时结束输出报警。 当抢答结束后，主持人可以按下“复位”键让抢答系统复位，当主持人再次按下“开始”键后，又开始新一轮的抢答过程。 图10：抢答器框图
硬件电路设计计划根据各个部分的功能将总电路划分成为晶振电路、抢答电路、显示电路以及主持人控制电路。 抢答器电路设计 该电路完成两个功能：一是判断出选手按键的先后，并锁存优先抢答者的编号，同时译码显示电路显示编号；二是禁止其他选手按键操作无效。如有再次抢答需由主持人将S开关重新置,“清除”然后再进行下一次抢答。 时序控制电路设计 时序控制电路是抢答器设计的关键，它要完成以下功能： a.主持人将控制开关拨到"开始"位置时，扬声器发声，抢答电路和定时电路进人正常抢答工作状态。 b.当参赛选手按动抢答键时，扬声器发声，抢答电路和定时电路停止工作。 复位电路设计 外部中断和内部中断并存，单片机硬件复位端，只要持续4个机器周期的高电平即可实现复位，硬件复位后的各状态可知寄存器以及存储器的值都恢复到了初始值。 报警电路设计 报警电路用于报警，当遇到报警信号时，发出警报。 软件设计在目前单片机的发展中，其编程语言主要有 C 语言和汇编语言。C 语言是高级语言，编写起来比较简单易维护，汇编语言介于机器语言和高级语言之间， 更接近于硬件，但编写起来比较冗长。所以我们这一组选择的程序采用C语言来编写。 为了能够达到抢答的公平、公正、合理，应该在主持人发布抢答命令之前必须先设定抢答的时间，因而在编开始抢答前的程序得先编写设定时间的程序，当时间设好了之后，主持人发布抢答命令按下s1按键，程序开始打开定时中断开始倒计时，然后调用键盘扫描子程序，编写键盘扫描程序。当在扫描到有人按下了答题键，马上关闭T0、调用显示程序、封锁键盘。
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