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关键字：单片机 抢答器 Proteus
抢答器是各种智力竞赛中必不可少的一种硬件设备。实现抢答器的方式有多种多样，传统的抢答器普遍采用模拟电路、数字电路或者模数混合电路来设计。这类抢答器所需元器件比较多，随着功能增多，电路也越复杂，并且成本偏高，故障率高，操作不方便，不便于参数调节及功能的升级换代。本文采用AT89C51为核心，结合键盘、数码管、蜂鸣器等外围设备，设计了具有抢答、计时、时间调整、蜂鸣器报警等功能的4路抢答器。
总体设计
设计需求
按照设计需求，本系统具有以下几个主要功能：(1)抢答器可同时供4名选手或四支参赛队伍使用;(2)抢答或回答时间主持人可自行设置;(3)能够显示抢答或答题时间的倒计时;(4)在有人犯规时可以显示选手号、闪烁显示以及蜂鸣器报警;(5)答题时间还剩5s时，蜂鸣器报警提示。
抢答器的工作原理
利用单片机控制各个功能模块实现抢答功能，单片机收集选手的抢答信号，运用寄存器来识别并记录第一个选手号，传输信息给数码管显示，同时内部定时器工作，记录有关时间并产生超时信号，在抢答成功、倒计时结束都伴随有蜂鸣器警报提醒，从而实现单片机抢答的功能。
根据设计需求，结合单片机的工作原理，设计抢答器的工作流程图如图1所示。
图1 抢答器的工作流图基于Proteus的系统仿真
Proteus软件不仅能仿真单片机的工作情况，还能仿真单片机外围电路或没有单片机参与的其他电路的工作情况。本设计经仿真后，实现了预期的抢答器的功能。
抢答成功模块
图4显示4号选手抢答成功，并且答题时间还剩余52秒，当答题时间还剩5秒内时，会有蜂鸣警报。
图5显示的是1号选手在主持人未按下开始键下的非法抢答，此时数码管上不停的闪烁并伴有蜂鸣警报。
时间调整模块
图6显示通过“加一”或“减一”键来调整抢答时间和答题时间的时间，此时在数码管上显示的为时间设置成58秒。
复位模块
图7显示刚开始工作以及复位后，数码管上显示初始状态“FFF”。本设计采用了硬件复位和软件复位两种方式：在只采用系统默认的抢答时间和答题时间时，2种复位都能达到所需求的目的;当已经重新设置过倒计时时间时，需要应用软件复位，其只是执行命令后跳转，对片内通用寄存器的内容没有影响。而硬件复位会使专用寄存器的状态初始化。
硬件实现
在Proteus仿真实现预定目标的基础上，将单片机AT89C51、复位电路、蜂鸣器电路、显示电路、按键电路和电源电路进行焊接，制作完成的4路抢答器如图8所示。
图8 抢答器实物图
结语
本设计以实际电路作为最终成果形式，实现了预期的抢答、倒计时、报警等各项功能，可适用于一般的竞赛场合，具有一定的实用价值。此外，本设计具有较强的扩展性，如自动控制记分器进行记分，并通过串行口与PC机通信，用PC机统计选手得分情况，实现智能化、公平、公正的抢答，减小人为因素的影响。也可将抢答按键采用无线设备实现，如红外线，使抢答选手可以远距离地进行抢答，简化按键模块的线路布置。
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