目錄I緒論研究背景隨著人們生活水平的提高，我國(guó)已進(jìn)入到全民教育時(shí)代，學(xué)習(xí)不再是少數(shù)人的事，而是每個(gè)人都必須要面對(duì)的問(wèn)題。然而，在我國(guó)學(xué)習(xí)過(guò)程中存在著一個(gè)現(xiàn)象：學(xué)生喜歡在老師的講解下學(xué)習(xí)，而不喜歡自己獨(dú)立思考和學(xué)習(xí)，這種現(xiàn)象在一定程度上影響了教學(xué)效果。同時(shí)，由于我國(guó)教育資源分配不均，導(dǎo)致許多地區(qū)無(wú)法接受到優(yōu)質(zhì)的教育資源，因此各地區(qū)教育水平存在著較大差異[1]。在我國(guó)社會(huì)中廣泛應(yīng)用的搶答器基本上都是依靠按鍵來(lái)控制搶答進(jìn)度的。傳統(tǒng)搶答器采用單片機(jī)作為控制核心，由于其價(jià)格昂貴、體積較大、使用不方便等缺點(diǎn)而逐漸被淘汰。但是單片機(jī)雖然具有價(jià)格便宜、體積小、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，但是其性能并不完善。隨著科技的發(fā)展與社會(huì)進(jìn)步，人們對(duì)搶答器提出了更高的要求。在人們對(duì)搶答器性能要求不斷提高的同時(shí)，也促進(jìn)了對(duì)搶答器控制方法的研究。目前比較流行的控制方法主要有兩種：一種是采用單片機(jī)作為控制器，另一種是采用單片機(jī)和其它功能模塊相結(jié)合。本文針對(duì)目前傳統(tǒng)搶答器存在的問(wèn)題和不足之處，提出了一種基于單片機(jī)控制的多路搶答器設(shè)計(jì)方案。該方案采用STC89C52單片機(jī)為控制核心來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)搶答器的控制和管理，由于采用了STC89C52單片機(jī)作為控制核心可以使系統(tǒng)具有較高的可靠性、穩(wěn)定性、準(zhǔn)確性和實(shí)時(shí)性。本課題設(shè)計(jì)一個(gè)以STC89C52為控制器的多路搶答器電路系統(tǒng)，同時(shí)該系統(tǒng)還可以實(shí)現(xiàn)多路搶答功能[2]。論文的目的和意義搶答器是一種用于判定是否有人先一步搶答的電子設(shè)備。由于其能夠根據(jù)訊息的傳導(dǎo)，對(duì)搶答成績(jī)作出判定，因而被廣泛用于文娛類(lèi)比賽，如知識(shí)競(jìng)賽，智力搶答等。伴隨著時(shí)代的發(fā)展與技術(shù)的飛速發(fā)展，原有的有線(xiàn)搶答器已經(jīng)暴露出許多弊端，比如接線(xiàn)復(fù)雜、受空間的制約等等。因此，有必要研制出一種能同時(shí)滿(mǎn)足上述要求的手機(jī)，即無(wú)線(xiàn)手機(jī)搶答器。在有線(xiàn)搶答的前提下，將消息的傳輸由一個(gè)無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊完成，從而使搶答器不需要與電纜相連，并且具有布局靈活、快速的特點(diǎn)。因此，開(kāi)發(fā)一款多向無(wú)線(xiàn)搶答系統(tǒng)就顯得十分重要。此外，如今的選拔活動(dòng)和競(jìng)賽比賽等活動(dòng)越來(lái)越多，經(jīng)濟(jì)實(shí)用、操作方便、性能良好的無(wú)線(xiàn)搶答器肯定會(huì)有很大的市場(chǎng)，因此，無(wú)線(xiàn)搶答器有著很大的市場(chǎng)潛力，具有一定的現(xiàn)實(shí)意義[3]。課題的發(fā)展概況當(dāng)今社會(huì)是一個(gè)信息社會(huì)，信息的傳送和獲得已經(jīng)逐步從有線(xiàn)技術(shù)向無(wú)線(xiàn)技術(shù)轉(zhuǎn)變，伴隨著無(wú)線(xiàn)傳輸技術(shù)的不斷發(fā)展，無(wú)線(xiàn)技術(shù)已經(jīng)被更多的人所熟知[4]，與此同時(shí)，無(wú)線(xiàn)技術(shù)也已經(jīng)融合到了很多行業(yè)的產(chǎn)品當(dāng)中。而在實(shí)際比賽中，用來(lái)代替裁判的搶答設(shè)備也必須跟上時(shí)代步伐。于是，將其與無(wú)線(xiàn)傳送技術(shù)相融合，自然而然就誕生了，而無(wú)線(xiàn)多路搶答也在向著更加方便，更加快速的傳送的方向發(fā)展。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)搶答器的研究主要有以下幾個(gè)方面：（1）按下?lián)尨鹌鲹尨疰I時(shí)，搶答器控制電路首先要進(jìn)行掃描，然后由程序判斷是否為搶答按鍵。如果搶答按鍵的有效時(shí)間內(nèi)沒(méi)有人搶答，系統(tǒng)就會(huì)發(fā)出提示信息，提示人們進(jìn)行下一步的操作[4]。（2）當(dāng)有人按下?lián)尨鹌魃系膿尨疰I時(shí)，系統(tǒng)首先會(huì)判斷是否為搶答鍵按下，如果是則系統(tǒng)就會(huì)發(fā)出提示信息，提示用戶(hù)進(jìn)行下一步的操作。如果不是則系統(tǒng)就不會(huì)進(jìn)行相應(yīng)的提示信息。（3）當(dāng)用戶(hù)按下?lián)尨鹌魃系膿尨疰I時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)對(duì)當(dāng)前的時(shí)間進(jìn)行計(jì)時(shí)，然后根據(jù)用戶(hù)所按下的時(shí)間來(lái)確定是否開(kāi)始搶答。如果用戶(hù)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)沒(méi)有搶到答題，系統(tǒng)就會(huì)發(fā)出提示信息告訴用戶(hù)搶到了嗎？需要重新再搶答一次。（4）在對(duì)搶答器進(jìn)行控制時(shí)，有兩個(gè)主要的部分：一個(gè)是對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制的核心部分，另一個(gè)是對(duì)搶答按鍵進(jìn)行控制的部分。但是目前我國(guó)在這兩個(gè)方面都存在著較大的不足，因此在這兩個(gè)方面上還需要進(jìn)一步提高[5]。在對(duì)搶答器進(jìn)行研究時(shí)，主要采用了單片機(jī)控制方法和軟件控制方法兩種。單片機(jī)控制方法是采用單片機(jī)作為核心芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)搶答器進(jìn)行控制，由于單片機(jī)具有價(jià)格便宜、體積小、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，因此得到了廣泛應(yīng)用。但是單片機(jī)在某些方面還是存在著不足之處：一是如果在某一次考試中有人沒(méi)有搶到題的話(huà)，他就會(huì)對(duì)該考生產(chǎn)生不好的印象；二是如果搶答器出現(xiàn)了故障的話(huà)，人們不知道該如何操作；三是如果有多個(gè)用戶(hù)同時(shí)搶答的話(huà)，會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)出現(xiàn)混亂[6]。論文的研究思路首先要對(duì)目前市場(chǎng)上的幾款多路多道機(jī)有一些認(rèn)識(shí)，然后按照任務(wù)書(shū)上的要求去做，把所有的多道多道機(jī)都做出來(lái)之后，再選擇最適合自己的一款去做。本設(shè)計(jì)需解決的主要問(wèn)題（1）單片機(jī)芯片的挑選；（2）選手電路和主持人電路的設(shè)計(jì)；（3）能顯示倒計(jì)時(shí)時(shí)間和設(shè)定時(shí)間的數(shù)碼管的實(shí)現(xiàn)；（4）定時(shí)控制要求在定時(shí)結(jié)束時(shí)蜂鳴器能夠進(jìn)行自動(dòng)提示。無(wú)限多路搶答的基本功能和總體方案無(wú)線(xiàn)多路搶答器的運(yùn)行和過(guò)程介紹本文介紹了一種基于STC89C52的無(wú)線(xiàn)多路搶答系統(tǒng)，并對(duì)其進(jìn)行了詳細(xì)的分析。其工作運(yùn)作流程是：首先，利用USB數(shù)據(jù)線(xiàn)對(duì)選手電路和主播電路進(jìn)行供電，當(dāng)開(kāi)啟電源開(kāi)關(guān)后，指示燈會(huì)變成紅光，并且蜂鳴器會(huì)鳴響提醒。在數(shù)字大廳里，還會(huì)有一個(gè)數(shù)字大廳，里面有一個(gè)數(shù)字，這個(gè)時(shí)候，參賽者的動(dòng)作就會(huì)被傳送到主持人的STC89C52單片機(jī)那里，然后做出相應(yīng)的反應(yīng)。整個(gè)比賽流程是這樣的：首先，在主持人按下“起跑”按鈕后，數(shù)字顯示屏上會(huì)出現(xiàn)一個(gè)數(shù)字，然后，參賽者就可以進(jìn)行比賽了。當(dāng)有一名參賽者搶答成功時(shí)，數(shù)字管會(huì)出現(xiàn)對(duì)應(yīng)參賽者的號(hào)碼，并會(huì)進(jìn)入倒計(jì)時(shí)，而在倒數(shù)5秒的時(shí)候，會(huì)有一只蜜蜂發(fā)出警報(bào)。第一次競(jìng)答結(jié)束后，司儀會(huì)再次點(diǎn)擊“重置”按鈕，進(jìn)入下一次競(jìng)答[7]。無(wú)線(xiàn)多路搶答器的功能設(shè)計(jì)在此基礎(chǔ)上，提出了一種新的多通道搶答系統(tǒng)，該系統(tǒng)具有如下功能：定時(shí)設(shè)定，重置，倒計(jì)時(shí)，違規(guī)提示等。設(shè)定時(shí)間：當(dāng)您想要設(shè)定的時(shí)候，請(qǐng)點(diǎn)擊設(shè)定鍵。當(dāng)你第一次點(diǎn)擊設(shè)定按鈕時(shí)，屏幕上就會(huì)顯示一個(gè)“A”，然后進(jìn)入一個(gè)倒計(jì)時(shí)，然后你可以點(diǎn)擊重置按鈕，也可以點(diǎn)擊重置按鈕，也可以點(diǎn)擊重置按鈕。設(shè)定好后，在數(shù)字管內(nèi)的數(shù)字上顯示一個(gè)“B”，并顯示出正確的答案，其加法與減法是相同的。當(dāng)您完成設(shè)定后，請(qǐng)?jiān)俅吸c(diǎn)擊“重置”按鈕[8]。重置：在第一次搶答結(jié)束或計(jì)時(shí)結(jié)束后，點(diǎn)擊重置按鈕，再次點(diǎn)擊重置按鈕，再次點(diǎn)擊重置按鈕，即可進(jìn)行下一次搶答。倒數(shù)功能：當(dāng)主播按下按鈕，搶答時(shí)間將自動(dòng)進(jìn)行倒數(shù)。若有參賽者按下?lián)尨疰I，則數(shù)字管將會(huì)出現(xiàn)參賽者的號(hào)碼，并將答案進(jìn)行對(duì)應(yīng)的倒計(jì)時(shí)，并在倒計(jì)時(shí)結(jié)束前5秒鐘響起鈴聲。警告：當(dāng)參賽者點(diǎn)擊了第一個(gè)回答鍵后，參賽者沒(méi)有按下第一個(gè)回答鍵，就會(huì)被認(rèn)為是犯規(guī)，數(shù)字屏幕上會(huì)出現(xiàn)“FF”字樣和參賽者的號(hào)碼，并會(huì)有警告聲。無(wú)線(xiàn)多路搶答器總體方案設(shè)計(jì)總體系統(tǒng)框圖設(shè)計(jì)本論文所實(shí)現(xiàn)的無(wú)窮多路徑搶答程序由兩個(gè)模塊組成。第一個(gè)是從機(jī)電路，這個(gè)電路中包含了很多的從機(jī)電路，這些從機(jī)電路中的節(jié)點(diǎn)可以根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整，每一個(gè)從機(jī)電路中都包含了一個(gè)主控電路，一個(gè)顯示電路，一個(gè)供電電路，一個(gè)鍵盤(pán)，一個(gè)無(wú)線(xiàn)收發(fā)電路。第二個(gè)是支撐人的主控板，這個(gè)主控板包括了主控板，顯示板，電源，鍵盤(pán)，無(wú)線(xiàn)收發(fā)器等[9]。總體框圖如圖2-1所示：圖2-1系統(tǒng)總體框圖系統(tǒng)方案的選擇電源的選擇方案一：USB供電優(yōu)點(diǎn)是安全簡(jiǎn)便，基本上每個(gè)家庭都有USB供電線(xiàn)。方案二：電池盒供電缺點(diǎn)是比較浪費(fèi)，同時(shí)電池的廢棄會(huì)造成環(huán)境污染。綜上分析，選擇方案一。主控電路選擇方案一：采用通用的數(shù)字集成電路，按照所述的方法，設(shè)計(jì)出一種與所述系統(tǒng)相匹配的控制電路。數(shù)位積體電路是以數(shù)位運(yùn)算為基礎(chǔ)，以數(shù)位運(yùn)算為基礎(chǔ)，來(lái)進(jìn)行數(shù)位訊號(hào)的運(yùn)算與運(yùn)算。幾乎在任何的電路系統(tǒng)中，都會(huì)使用到數(shù)字集成電路，盡管這個(gè)方案并不需要對(duì)程序的撰寫(xiě)與設(shè)計(jì)有所影響，但要實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)的這么一個(gè)功能需求，就需要進(jìn)行一系列的復(fù)雜的功能設(shè)計(jì)，因此，整個(gè)流程十分的繁雜，并且具有很高的設(shè)計(jì)難度。另外，在完成了硬件設(shè)計(jì)后，其功能難以更改，給整個(gè)系統(tǒng)的優(yōu)化與擴(kuò)充帶來(lái)了極大的不便[10]。數(shù)字集成電路控制系統(tǒng)框圖如圖2-2所示。圖2-2數(shù)字集成電路控制系統(tǒng)框圖方案二：通過(guò)計(jì)算機(jī)程序來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的功能，計(jì)算機(jī)的作用是充當(dāng)上位機(jī)，通過(guò)USB接口或串行編程技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，電路上面的邏輯判斷和處理都是通過(guò)程序來(lái)完成的。而且，這個(gè)搶答裝置還可以與強(qiáng)大的操作性能相結(jié)合，形成一個(gè)非常好的搭配。不過(guò)，以他現(xiàn)在的技術(shù)，想要做到這一點(diǎn)，并不是一件容易的事情[11]。電腦控制系統(tǒng)框圖如圖2-3所示。圖2-3電腦控制系統(tǒng)框圖方案三：以STC89C52為核心，設(shè)計(jì)了一種以STC89C52為核心的控制器。在STC89C52單片機(jī)中，將設(shè)計(jì)好的程序預(yù)先輸入到STC89C52單片機(jī)中，來(lái)進(jìn)行軟件的設(shè)計(jì)，進(jìn)而對(duì)系統(tǒng)的各個(gè)模塊進(jìn)行控制，來(lái)實(shí)現(xiàn)搶答器的各種功能。而且，該方法所要求的控制功能比較簡(jiǎn)單，所以不需要進(jìn)行復(fù)雜的線(xiàn)路設(shè)計(jì)。因此，STC89C52單片機(jī)的性能價(jià)格比是比較高的，而且有著很好的市場(chǎng)前景。STC89C52單片機(jī)控制的系統(tǒng)框圖如圖2-4所示。圖2-4單片機(jī)控制系統(tǒng)框圖綜上分析，采用第三種方案，既合理性?xún)r(jià)比又是最高的。（3）無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊的選擇方案一：NRF905無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊該NRF905的無(wú)線(xiàn)發(fā)送和接收模塊由3.3V的電源提供動(dòng)力，并在433MHz的ISM波帶上工作。它包括了一個(gè)完全集成的頻率調(diào)制器，一個(gè)帶解調(diào)器的接收器，一個(gè)功率放大器，一個(gè)晶體振蕩器和一個(gè)調(diào)節(jié)器。使用ShockBurst技術(shù)，可以完成數(shù)據(jù)的發(fā)送與接收。ShockBurst工作模式的特征是：自動(dòng)產(chǎn)生前時(shí)碼和CRC檢驗(yàn)，可以很方便地通過(guò)SPI接口進(jìn)行編程配置。NRF905單片機(jī)以其低功耗和低成本的特點(diǎn)，成為了無(wú)線(xiàn)多工搶答器中最適合使用的一種無(wú)線(xiàn)發(fā)送和接收電路。方案二：NRF24L01無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊該系統(tǒng)具有收發(fā)模式、組態(tài)模式、空閑模式、關(guān)閉模式四種工作模式。它的工作方式是通過(guò)PWR_UP,CE,CS三管腳來(lái)確定的。在此基礎(chǔ)上，提出了一種基于FIFO芯片的堆棧區(qū)的接收與接收兩種方式，一種是基于FIFO芯片的FIFO，因此可以在較低的速度下，較高的速度下，以較低的速度傳輸，減少了系統(tǒng)的能耗。NRF24L01的無(wú)線(xiàn)發(fā)送和接收電路具有很強(qiáng)的信號(hào)傳送能力，很好地滿(mǎn)足了該系統(tǒng)的要求。綜上分析，以上兩種方案都適合與本設(shè)計(jì)，此次選擇方案二。（4）顯示和語(yǔ)音提示模塊方案一：使用LCD屏幕來(lái)展示內(nèi)容，語(yǔ)音部分使用語(yǔ)音芯片來(lái)完成真人的語(yǔ)音提示和播報(bào)，比如“哪號(hào)先回答”、“幾號(hào)違規(guī)”、“回答完畢”等。該方案具有很好的顯示和聲音，但會(huì)使系統(tǒng)很復(fù)雜，編程很麻煩，費(fèi)用也很高。方案二：數(shù)字管內(nèi)有一種動(dòng)態(tài)的數(shù)字顯示器，它可以顯示序號(hào)及倒數(shù)時(shí)刻。聲音顯示是利用一種簡(jiǎn)易的蜂叫聲，經(jīng)過(guò)編程設(shè)定，對(duì)對(duì)應(yīng)的訊息進(jìn)行判定并進(jìn)行處理，以產(chǎn)生聲音，起到提示作用。采用了這種方法，不僅減少了系統(tǒng)的復(fù)雜性，而且還減少了系統(tǒng)的編程困難[12]。綜上分析，采用第二個(gè)方案。電路硬件設(shè)計(jì)STC89C52單片機(jī)最小系統(tǒng)電路單片機(jī)最小系統(tǒng)電路，是保證單片機(jī)在正常工作情況下所必須具備的最基本電路REF_Ref16376\w\h[4]。本設(shè)計(jì)采用的單片機(jī)最小系統(tǒng)電路圖如圖3-1所示：圖3-1單片機(jī)最小系統(tǒng)電路圖本系統(tǒng)采用STC89C52單片機(jī)作為主控芯片，STC89C52單片機(jī)的特點(diǎn)是功能強(qiáng)大，資源豐富，并且價(jià)格低廉。其內(nèi)部集成了多種外設(shè)接口，并且通過(guò)引腳配置芯片內(nèi)部寄存器來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)外部硬件資源的操作。此外，還采用了8位高速處理器、大容量可編程存儲(chǔ)器、通用高速I(mǎi)/O口、可編程定時(shí)/計(jì)數(shù)器和多種串行外設(shè)接口等，因此本系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)也是十分方便的[13]。圖中單片機(jī)最小系統(tǒng)電路如圖3所示。單片機(jī)的最小系統(tǒng)電路主要由復(fù)位電路、晶振電路和供電電路組成。復(fù)位電路：采用“看門(mén)狗”復(fù)位方式，當(dāng)單片機(jī)上電后，復(fù)位信號(hào)由輸入端1(S0)輸入，同時(shí)從單片機(jī)輸出端1(S3)輸出一個(gè)高電平；復(fù)位信號(hào)由輸出端2(S1)輸入，同時(shí)從單片機(jī)輸出端2(S2)輸出一個(gè)低電平。由于本系統(tǒng)采用的是8位單片機(jī)，所以沒(méi)有使用帶復(fù)位的芯片[14]。晶振電路：STC89C52內(nèi)置1MHz晶振，該晶振采用2MHz的晶振頻率。供電電路：由于本系統(tǒng)對(duì)電源要求不高，因此采用了3.3V、5V和3.3V三種電源，3.3V電源經(jīng)12腳接單片機(jī)電源地；5V電源通過(guò)15腳連接到單片機(jī)的5腳；3.3V電源通過(guò)22腳接單片機(jī)的地；3.3V電源通過(guò)24腳接單片機(jī)的地。STC89C52內(nèi)部具有8個(gè)看門(mén)狗定時(shí)器（WriteTime）和兩個(gè)定時(shí)/計(jì)數(shù)器（Timer），當(dāng)有外部事件發(fā)生時(shí)可以在5s內(nèi)產(chǎn)生相應(yīng)的定時(shí)/計(jì)數(shù)器值并進(jìn)行相應(yīng)的處理。關(guān)于STC89C52單片機(jī)最小系統(tǒng)，必須具備晶振這種元器件，以保證使單片機(jī)起振，從而使之工作在一定時(shí)鐘周期下，同時(shí)，又必須具備復(fù)位電路，這樣方可使整個(gè)系統(tǒng)電路能恢復(fù)至初始工作狀態(tài)。整個(gè)系統(tǒng)電路必須可以隨時(shí)復(fù)位，這樣可以保證電路工作的有效性，故采納按鍵復(fù)位方式，一旦按下復(fù)位鍵，電路立刻復(fù)位，系統(tǒng)處于待機(jī)狀態(tài)[15]。時(shí)鐘頻率電路的設(shè)計(jì)如果單片機(jī)要想進(jìn)行良好的工作，就需要有時(shí)鐘的驅(qū)動(dòng)。在單片機(jī)的內(nèi)部，有一個(gè)時(shí)鐘振蕩電路，如果從外面接一個(gè)振蕩源，就可以產(chǎn)生與之對(duì)應(yīng)的時(shí)鐘信號(hào)，并將其傳遞到單片機(jī)內(nèi)的各個(gè)單元，因此，單片機(jī)的工作速度會(huì)受到此因素的影響。圖3-2外部振蕩源電路通常情況下，MCU采用的是石英水晶振蕩。該振蕩器電路在上電大約延遲10ms之后，開(kāi)始起振，在XTAL2管腳處會(huì)產(chǎn)生一個(gè)幅值為3V左右的正弦波時(shí)鐘信號(hào)，它的振蕩頻率以石英晶振的頻率為主。其中，兩個(gè)電容器C1和C2分別起到兩種功能：一種是輔助振蕩器起振；二是精細(xì)地調(diào)節(jié)振子的頻率。C1、C2的代表性濃度在30PF左右[16]。復(fù)位電路的設(shè)計(jì)單片機(jī)的第九管腳RST是一個(gè)硬件復(fù)位端，要想要復(fù)位，這個(gè)端必須在4個(gè)機(jī)器周期內(nèi)保持高電平，在復(fù)位之后，單片機(jī)的各個(gè)狀態(tài)都會(huì)被還原到初始化，它的電路圖如下：圖3-3復(fù)位電路圖應(yīng)當(dāng)指出，在本設(shè)計(jì)中，采用了硬件復(fù)位和軟件復(fù)位兩種方式，從以上的硬件復(fù)位后的各個(gè)狀態(tài)可以看出，寄存器及存儲(chǔ)器的值都已經(jīng)回復(fù)到了最初的值，而在之前的功能介紹中，還提及了倒計(jì)時(shí)時(shí)間的記憶功能，這個(gè)功能的實(shí)現(xiàn)的先決條件就是不能對(duì)單片機(jī)進(jìn)行硬件復(fù)位，因此設(shè)置了軟復(fù)位。所謂的“軟重置”，其實(shí)就是在一個(gè)程序完成以后，用一個(gè)跳躍指令把一個(gè)程序指針跳躍到一個(gè)開(kāi)始運(yùn)行的地址[17]。顯示電路的設(shè)計(jì)顯示電路主要是為了在比賽中，對(duì)搶答和答題的情況進(jìn)行實(shí)時(shí)的展示，利用鍵盤(pán)電路來(lái)進(jìn)行搶答，還可以將搶答者的號(hào)碼顯示出來(lái)。在該方案中，選擇了數(shù)字管作為顯示器，該顯示器具有使用方便，功耗低，價(jià)格低廉等特點(diǎn)。在圖3-4中示出了一個(gè)顯示電路：圖3-4顯示電路圖鍵盤(pán)掃描電路的設(shè)計(jì)在人類(lèi)與微型計(jì)算機(jī)進(jìn)行交互時(shí)，最重要的工具就是鍵盤(pán)。此外，在一些相關(guān)的文件和圖書(shū)中，還可以發(fā)現(xiàn)一些有關(guān)鍵盤(pán)硬件電路的設(shè)計(jì)方法，同時(shí)，在一些相關(guān)的文件和圖書(shū)中，通常都有對(duì)應(yīng)的鍵盤(pán)掃描程序。從系統(tǒng)監(jiān)督軟件設(shè)計(jì)的角度來(lái)考慮，光是對(duì)鍵盤(pán)進(jìn)行掃描，并在目前的時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行讀取是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，仍然存在著很多問(wèn)題，如果沒(méi)有得到適當(dāng)?shù)奶幚恚敲?，人們?cè)趯?duì)鍵盤(pán)進(jìn)行操作的時(shí)候，就很可能會(huì)導(dǎo)致誤操作和操作失控的情況發(fā)生。在MCU系統(tǒng)中，使用最廣泛的兩種鍵盤(pán)是獨(dú)立鍵盤(pán)和矩陣鍵盤(pán)[18]。當(dāng)一個(gè)鍵盤(pán)上有很多鍵時(shí)，把這些鍵以矩陣的方式排列，以節(jié)省輸入輸出端口的空間。在矩陣的鍵盤(pán)上，水平和豎直的線(xiàn)條并不會(huì)在相交點(diǎn)上直接相連，只會(huì)由一個(gè)鍵相連。因此，一個(gè)端口（如P1口）就可以組成1乘8的8個(gè)按鍵，與直接使用端口線(xiàn)用于鍵盤(pán)相比，多出了一倍之多。并且，線(xiàn)數(shù)越多，差別也就越大。例如，多加一條線(xiàn)就可以組成20鍵的鍵盤(pán)，而直接使用端口線(xiàn)，就只能多出一鍵（9鍵）。因此，當(dāng)要求按鍵數(shù)量很大時(shí)，可以使用矩陣方法進(jìn)行設(shè)計(jì)。蜂鳴器電路我們都知道，聲波的頻段在數(shù)十至數(shù)千Hz之間，如果能夠通過(guò)編程，對(duì)單片機(jī)中的某條端口進(jìn)行“高”或低的調(diào)節(jié)，那么在這條端口上就會(huì)出現(xiàn)一種特定的方波，連接到擴(kuò)音器上，就會(huì)出現(xiàn)一種特定的聲波，并通過(guò)延遲編程，對(duì)“高“”和低”信號(hào)的作用時(shí)間進(jìn)行調(diào)節(jié)，就會(huì)出現(xiàn)一種新的聲波，進(jìn)而引起擴(kuò)音器的共鳴[19]。系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)在單片機(jī)系統(tǒng)中，程序是最活躍的部分，它將決定整個(gè)系統(tǒng)的性能。從系統(tǒng)的需求分析，可以知道該系統(tǒng)需要完成搶答、計(jì)時(shí)、顯示、控制等功能，因此，在程序設(shè)計(jì)中，首先要考慮這幾個(gè)模塊之間的接口問(wèn)題。對(duì)于本系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，主要是由搶答模塊和計(jì)時(shí)模塊組成。由于搶答模塊和計(jì)時(shí)模塊的通信是通過(guò)I/O口來(lái)完成，因此，程序要實(shí)現(xiàn)對(duì)I/O口的讀寫(xiě)操作。這一步我們采用了外部中斷方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。這樣做的好處是：可以在搶答結(jié)束時(shí)將當(dāng)前的時(shí)間記錄下來(lái)，如果出現(xiàn)了多名選手都搶到了題卻沒(méi)有回答問(wèn)題的情況，就可以根據(jù)時(shí)間記錄來(lái)確定哪一位選手搶答成功，從而避免了出現(xiàn)多名選手同時(shí)搶答成功但沒(méi)有回答問(wèn)題的情況。計(jì)時(shí)模塊和搶答模塊之間采用串行通信方式來(lái)實(shí)現(xiàn)連接。串行通信是以中斷方式進(jìn)行的，如果在某一位選手搶答完畢后再執(zhí)行中斷程序的話(huà)，由于該位選手已經(jīng)搶答成功并且在完成搶答之前就已經(jīng)有了一個(gè)記錄時(shí)間的過(guò)程了，因此，這時(shí)執(zhí)行中斷程序會(huì)影響到其他選手搶答的準(zhǔn)確性。因此我們采用了在時(shí)間允許的情況下自動(dòng)中斷的方式。另外為了防止該位選手沒(méi)有將題目正確回答完就離開(kāi)答題區(qū)而出現(xiàn)漏答的情況，我們可以在該位選手搶答結(jié)束后執(zhí)行中斷程序來(lái)記錄下該位選手回答問(wèn)題的時(shí)間。對(duì)于顯示模塊來(lái)說(shuō)，如果出現(xiàn)多名選手同時(shí)搶答成功卻沒(méi)有回答問(wèn)題的情況時(shí)，我們可以通過(guò)比較他們?cè)诘褂?jì)時(shí)結(jié)束時(shí)所占時(shí)間來(lái)判斷誰(shuí)搶到了題。因此，本系統(tǒng)程序主要實(shí)現(xiàn)了這些功能[20]。軟件設(shè)計(jì)的總思路在該系統(tǒng)中，使用了一個(gè)無(wú)線(xiàn)發(fā)送和接收模塊，因此，在編程過(guò)程中，只要考慮到控制器的作用即可。該軟件的主要工作包括了兩個(gè)方面，一是參賽者的工作流程，二是主持人的工作流程。整個(gè)編寫(xiě)過(guò)程在keil軟件環(huán)境下完成。我們首先將各模塊進(jìn)行任務(wù)劃分，并依次處理。搶答模塊主要包括搶答程序、中斷程序和顯示程序；計(jì)時(shí)模塊主要包括計(jì)時(shí)器和計(jì)數(shù)器，計(jì)時(shí)器的設(shè)計(jì)思路是：通過(guò)定時(shí)器來(lái)定時(shí)，當(dāng)系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)時(shí)時(shí)，從定時(shí)器中讀出當(dāng)前的時(shí)間值并將其存儲(chǔ)到計(jì)數(shù)器中，同時(shí)把計(jì)數(shù)器的值存入中斷向量中，當(dāng)搶答結(jié)束時(shí)，將計(jì)數(shù)器的值取出并存入中斷向量中。如果在當(dāng)前時(shí)間內(nèi)沒(méi)有選手搶答成功則顯示當(dāng)前的時(shí)間并判斷他們是否已經(jīng)搶答成功，如果是則繼續(xù)計(jì)時(shí)；否則如果沒(méi)有選手搶答成功則顯示當(dāng)前的時(shí)間。在判斷搶答是否成功時(shí)，需要先判斷計(jì)時(shí)器是否處于正常狀態(tài)，如果計(jì)時(shí)器處于正常狀態(tài)，則繼續(xù)計(jì)時(shí)；否則根據(jù)計(jì)時(shí)器所占的時(shí)間來(lái)判斷該位選手是否搶答成功。根據(jù)上述思路我們可以得到整個(gè)程序的流程圖如圖5所示：整個(gè)程序分為四個(gè)部分：1)初始化，主要包括看門(mén)狗復(fù)位、I/O口初始化和中斷服務(wù)程序；2)搶答模塊程序設(shè)計(jì)，主要包括鍵盤(pán)中斷處理程序、液晶顯示中斷處理程序和LED燈顯示驅(qū)動(dòng)程序；3)計(jì)時(shí)模塊程序設(shè)計(jì)，主要包括定時(shí)器中斷處理程序和計(jì)數(shù)器中斷處理程序；4)顯示模塊的設(shè)計(jì)。在本系統(tǒng)中我們采用了中斷方式來(lái)處理各模塊之間的數(shù)據(jù)交換。同時(shí)為了防止搶答成功后由于選手沒(méi)有及時(shí)回答問(wèn)題而出現(xiàn)漏答的情況發(fā)生，我們?cè)O(shè)計(jì)了中斷優(yōu)先級(jí)來(lái)保證在每個(gè)選手搶答完畢后，該位選手都能得到正確答案并記錄時(shí)間，只有在最后一個(gè)選手回答完問(wèn)題后才能繼續(xù)進(jìn)行下一步工作。程序流程圖該設(shè)計(jì)包含了8個(gè)程序：主程序，非法搶答程序，搶答時(shí)間調(diào)整程序，倒計(jì)時(shí)程序，正常搶答處理程序，犯規(guī)處理程序，顯示及發(fā)聲程序。主流程圖如圖所示：圖4-1程序流程圖無(wú)線(xiàn)多路搶答器的調(diào)試實(shí)物制作對(duì)于一個(gè)學(xué)生來(lái)說(shuō)，調(diào)試是非常重要的。系統(tǒng)的調(diào)試主要包括了硬件和軟件兩部分。在進(jìn)行軟件調(diào)試之前，需要對(duì)keil軟件操作流程有一定的了解，對(duì)C語(yǔ)言編程也有一定的了解。然后，進(jìn)行編譯鏈接，對(duì)編譯錯(cuò)誤進(jìn)行持續(xù)的修正，直到能夠完成。最后，經(jīng)過(guò)安裝，可以產(chǎn)生一個(gè)HEX文件，并將該文件燒錄入STC89C52單片機(jī)中。而對(duì)硬件調(diào)試，需要用AltiumDesiner進(jìn)行PCB板子的制作，然后進(jìn)行元件的焊接與安裝，為電路上電，這時(shí)系統(tǒng)在初始工作狀態(tài)，根據(jù)工作過(guò)程進(jìn)行工作，如果不能工作，就繼續(xù)對(duì)實(shí)物進(jìn)行調(diào)試，直到正常工作為止。系統(tǒng)的調(diào)試因?yàn)檫@個(gè)系統(tǒng)包含了五個(gè)模組，所以每一個(gè)模組都需要單獨(dú)的進(jìn)行調(diào)試才能達(dá)到所需要的功能。對(duì)于控制回路的測(cè)試，主要是測(cè)試回路能否使其它回路正常工作；對(duì)于供電線(xiàn)路的測(cè)試，其重點(diǎn)在于線(xiàn)路的電壓能否達(dá)到工作電壓的穩(wěn)定；對(duì)鍵盤(pán)的電路進(jìn)行調(diào)試，以保證它的工作性能；對(duì)顯示器電路進(jìn)行調(diào)整，使數(shù)字管能夠準(zhǔn)確地反映出電路的工作狀況；對(duì)于報(bào)警器的調(diào)整，主要是為了能夠在運(yùn)動(dòng)員的違規(guī)行為以及比賽倒計(jì)時(shí)只剩下5秒的時(shí)候，報(bào)警器可以發(fā)出警報(bào)。本次調(diào)試過(guò)程中作品初步工作狀態(tài)如圖5-1所示：圖5-1實(shí)物圖在實(shí)際的測(cè)試中，我們會(huì)碰到很多的問(wèn)題，比如：不亮的電燈，不響的蜂鳴器，不能正確的顯示數(shù)字，等等。在這兩種情況下，電表不亮是由于虛焊，補(bǔ)焊后，電表就會(huì)亮。至于其他的問(wèn)題，則是因?yàn)榱鞒躺系膯?wèn)題，暫時(shí)還沒(méi)有解決。設(shè)計(jì)結(jié)論該設(shè)計(jì)是一款無(wú)線(xiàn)多路搶答器，其無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊使用NRF24L01無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊，整個(gè)電路的使用STC89C52單片機(jī)運(yùn)行，并使用數(shù)碼管作為顯示屏。該方案在各類(lèi)比賽中具有廣闊的應(yīng)用前景。由于本設(shè)計(jì)采用了NRF24L01無(wú)線(xiàn)收發(fā)模塊，因此具有功耗低、成本低等優(yōu)勢(shì)，而采用了硬件與軟件相結(jié)合的方式來(lái)控制電路，則使整體系統(tǒng)十分簡(jiǎn)單，并且利用了無(wú)線(xiàn)技術(shù)，從而避免了搶答器的線(xiàn)路布置。根據(jù)對(duì)無(wú)線(xiàn)搶答器的具體應(yīng)用以及對(duì)系統(tǒng)的仿真研究，本設(shè)計(jì)不但具有方便、價(jià)格較低等優(yōu)點(diǎn)，而且工作性能非常穩(wěn)定，屬于一種實(shí)用的電子產(chǎn)品。并在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行了無(wú)線(xiàn)多道搶答器的電子化制造，使其與時(shí)代同步，將無(wú)線(xiàn)傳送技術(shù)應(yīng)用于日常生活的各個(gè)領(lǐng)域。然而，與此同時(shí)，在這個(gè)設(shè)計(jì)中，也有很多有待進(jìn)一步改善的地方，比如，沒(méi)有一個(gè)完美的語(yǔ)音播報(bào)功能，只有一個(gè)簡(jiǎn)單的蜂鳴器提醒，此外，數(shù)字管的顯示也會(huì)出現(xiàn)稍微有點(diǎn)滯后的情況。因此，在未來(lái)的日子里，本設(shè)計(jì)可以增加語(yǔ)音播報(bào)功能，并使用液晶顯示器來(lái)顯示信息和數(shù)據(jù)。總體而言，本作品具有成本較低，線(xiàn)路容易擴(kuò)展，性能很穩(wěn)定等特點(diǎn)，可以滿(mǎn)足各種知識(shí)競(jìng)賽的需要，有一定的市場(chǎng)需要，有較好的推廣應(yīng)用價(jià)值。參考文獻(xiàn)[1]李唐.基于74LS175的四人搶答器設(shè)計(jì)仿真[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新,2021(3（3）:78-80.[2]劉厚銳,李宗平,王少坤.基于LabVIEW的8路搶答器設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)[J].物理通報(bào),2021(09)