基于STC89C52单片机的带时间及声
光提示的抢答器设计
组长：常松
组员：高强
摘要：本系统是基于ST89C52单片机带时间和声光提示的抢答器，它由控制核心ST89C52单片机、选手按键、主持人按键、声光提示和LED数码显示等部分组成。选手按键和主持人按键均由独立按键构成，采用扫描方式工作；声光提示部分由无源蜂鸣器提供声音提示，光提示由发光二极管提供。LED数码显示部分则是由普通发光二极管构成的数码管。
关键词：STC89C52单片机 按键 无源蜂鸣器 发光二极管
一、 设计任务与要求
（1） 设计一个智力竞赛抢答器，可同时供8名选手或8个代表队参加比赛，
编号为1、2、3、4、5、6、7、8，各用一个按钮。
（2） 给节目主持人设置5个控制开关，用来控制系统的清零和抢答的开始
及各种时间的调节控制。
（3） 抢答器具有数据锁存功能、显示功能和声光提示功能。
（4） 主持人可以通过两个时间调节键来调节抢答限制时间和答题时间限
制时间。需在主持人按下抢答开始后方可开始，且各个环节有相应的时间限制。
（5） 显示部分用LED组成的模拟数码管来显示数字。
二、 方案设计与论证
2.1 总体方案设计
2.1.1方案一：基于逻辑数字电路抢答器的设计
定时抢答器的总体框图如下图2.1所示，它由主体电路和扩展两部分组成。主体电路完成基本的抢答功能，即开始抢答后，当选手按动抢答键时，能显示选手的编号，同时能封锁输入电路，禁止其他选手抢答。扩展电路完成定时抢答的功能。
图2.1.1 方案一结构图
系统各部分采用中小规模集成数字电路，用机械开关按钮作为控制开关，
完成抢答输入信号的触发。该方案的特点是中小规模集成电路应用技术成熟，性能可靠，能方便的完成选手抢答的基本功能，但是由于系统功能要求较高，所以电路连接集成电路相对较多，而且过于复杂，并且制作过程比较繁琐，使用不方便。
2.1.2方案二：基于ST89C52单片机控制的抢答器的设计器
抢答器的控制核心是STC89C52单片机，用查询式键盘进行抢答。通过抢答按键模块，连接按键进行抢答。实现功能的框图如下所示，按下开始按钮，此时进入抢答状态，选手的输入采用扫描式的输入，之后由相关的信息由单片机处理，送到显示部分显示。此时如果有人第一个按下相应的按键，经过单片机的处理选择，显示相应的号码，并锁存，不再响应其它按键输入。主持人系统有开始按键，
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限时开始按键，抢答时间调节按键，限时时间调节按键。选手系统有抢答按钮，计时显示，声光提示等。
复位电路 声光提示 ST89C52 控制器 主持人按键 数码显示 选手按键
图2.1.2 方案二结构图
由以上可知，方案一结构太复杂，成本过高，而方案二编程简单，易于制作。所以选用方案二。
2.2各个模块方案设计 2.2.1 核心控制器 （1）方案一
由CPLD、FPGA来作主控制器。其特点是具有用户可编程的特性，其可灵活的配置IO端口，方便的进行硬件功能设置。具有静态可重复编程或在线动态重构特性，使硬件的功能象软件一样通过编程来修改，不仅使设计修改和产品升级变得十分方便，而且极大地提高了电子系统的灵活性和通用能力。
（2）方案二
由单片机STC89C52进行控制，实现相关功能。STC89C52 具有以下标准功能： 8K 字节 Flash ，256 字节 RAM，32 位 I/O 口线，还可扩展外部存储器。编程容易实现，外围电路较为简单。
大规模可编程逻辑器件一般是使用状态机方式来实现，即所解决的问题都是规则的有限状态转换问题。本系统状态较多，难度较大。另外系统没有其它高标准的要求，基于成本及控制功能的考虑，最终选择了STC89C52这个比较普通单片机来实现系统设计。 2.2.2 按键模块 （1）方案一
独立键盘，键盘接口中使用多少根IO线，键盘中就有几个按键，这
种类型的键盘，在按键比较少和IO口资源不紧张时使用。在工作中键盘的各个按键互不干扰。因此可以根据实际需要对键盘中的按键灵活的编
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码。如图2.2.2.1
图2.2.2.1
（2）方案二
采用矩阵式键盘，矩阵式键盘的特点是把检测线分成两组，一组为行线，一组列线，按键放在行线和列线的交叉点上，编程实现较复杂，但占用IO口较少。这种形式的键盘结构，能够有效的提高单片机IO口的利用率，适用于按键 输入多的情况，如图2.2.2.2。
图2.2.2.2 矩阵键盘
2.2.3显示模块 （1）方案一
采用点阵组成的LED屏，亮度高而且组装也容易，但编程复杂，需要较多的驱动芯片，因而成本高，不适合一般的制作。
（2）方案二
采用普通发光二极管按一定顺序排列构成数码管，虽然构成的LED灯数目多，但结构还是较简单，制作也较容易而且单片机控制也方便，成本也不
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是很高，因而出于成本和控制的考虑，选用方案二。
三、 硬件单元电路设计与参数计算
3.1单片机控制电路
图3.1 单片机控制电路
单片机控制部分的电路图如上，晶振频率为12M，P0口接上拉电阻。
3.2按键电路
图3.2 按键电路 按键部分如上图所示，选手按键由P1口控制，共有8个按键；主持人按键有四个按键，由P3口控制。全部按键采用独立式键盘。 3.3声光提示电路
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带时间限制与声光提示的抢答器设计报告
