（2）主持人可以通过智能抢答器的按键设定每道题的抢答时间和回答时间。 （3）具有清零和非法抢答控制功能，设置一个系统清除和抢答控制开关，并由主持人操控，避免选手在主持人说“开始”前提前抢答，违反规则。 （4）当主持人启动“开始抢答按键”后，定时器进行减计时，在15秒内无人抢答表示所有参赛选手或参赛队对本题弃权，抢答时间耗尽后禁止抢答。 （5）倒计时5秒时，如果仍无人抢答，则系统每1s报警一次，用以提示参赛选手。

（6）抢答器具有锁存与显示功能。即选手按下按键，锁存相应选手的参赛编号，并在LED数码管上显示，一直保持到主持人将系统清除为止，同时扬声器发出报警声响提示。选手抢答实行优先锁存，其他按键者将不能响应，以便公平地选择第一个抢答者。

（7）参赛选手在设定的时间内进行抢答，抢答有效，显示器上显示选手的编号，同时进入回答问题的30s倒计时。

（8）倒计时期间，涂改主持人想终止倒计时，可以按下“停止”键，系统会自动进入准备状态。

本论文中主要介绍了单片机抢答器的详细设计内容和它的工作原理及工作过程，显示了它的实际用途。本系统根据要求中的技术指标，采用单片机作为核心的模块化设计，系统的六个模块分别为：按键输入模块、显示模块、时钟与复位模块、报警模块、电源模块、核心控制模块。并且利用存储程序来完成软件的设计，在抢答比赛中可以广泛应用。

本系统中的八个参赛选手分别有一个抢答按钮，通过每个按钮输入抢答信号；主持人有开始和结束、复位按钮；在后台主持人有抢答时间和回答问题时间的调控按钮；利用三个七段数码管来完成显示功能，数码显示屏显示抢答时间倒计时和选手号；在最后五秒扬声器发生提示。如果主持人没有按下开始键而选手就抢答视为犯规，数码显示屏显示犯规者的代号，扬声器持续发生。主持人可按键结束，新一轮抢答开始。

本设计中主要硬件设备：AT89C51单片机、8输入3态缓冲器∕线驱动器74LS244、六反相驱动器7404、共阳极LED数码管等、12MHz晶振、74LS04反相器、手动开关、按键若干、报警喇叭、变压器、整流器、电容、电阻、7805

稳压芯片。

1.4 本论文的组织结构

本论文章节的组织结构和内容如下：

第一章：绪论。简要介绍了抢答器的发展现状，选题的具体意义与目的，说明了本课题研究的要求及研究内容。

第二章：总体方案论证。介绍了抢答器的三种设计方案，并作出详细优缺点的对比，体现本论文中采用的方案的正确性与科学性。并对采用的方案进行简单介绍，说明了抢答器的主要功能和工作过程。

第三章：抢答器的硬件电路的设计。详细描述了本课题各部分组成电路单元的具体设计。

第四章：抢答器的软件设计，并编程序。

第五章：总结。总结课题设计，指出设计中的一些问题，提出改善的意见，并展望抢答器的未来设计。

2 总体方案论证

2.1 总体方案分析

根据目前市场上抢答器的种类，抢答器的种类可以大体分为三种，以下我们对这三种进行详细比较。

方案一: 抢答器系统的各部分均采用中小规模集成数字电路,利用硬件电子元器件实现，用机械开关按钮作为控制开关，完成抢答输入信号的触发。如采用74LS148优先编码器来实现抢答功能等。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，能方便地完成选手抢答的基本功能，没有软件的设计部分，不需要编程，但是电路结构复杂，调试困难，涉及到的外围元器件很多，造成抢答器的成本较高，并且制作过程工序比较烦琐，不便于安装与调试，给实际操作带来很大的麻烦。

方案二：系统设计主要基于可编程的PLC设计，系统包括硬件和软件两大部分，依据控制系统的工作原理和技术性能，将硬件和软件分开设计。硬件设计部分包括电路原理图、合理选择元器件、绘制线路图，然后对硬件进行调试、测试，以达到设计要求。软件设计部分，首先在总体设计中完成系统总框图和各模块的功能设计，选择合适的编程语言和工具，进行代码设计等；最后是对软件进行调试、测试，达到所需功能要求。

方案三：系统采用MCS-51系列单片机作为控制核心，其片内带有4KflashROM，128的RAM，以及15根I/O口线能满足设计要求。该系统可以完成运算控制、信号识别以及显示功能的实现。利用单片机程序判断选手按键是否有效，但是选手违规抢答，利用简答程序显示，启动蜂鸣器报警，告诉主持人有人违规操作，抢答无效。给出相应的延时，选手按正常的操作抢答，软件倒计时，利用AT89C51移位寄存7段数码管，实现倒计时显示时间，到5秒相应时间提醒选手时间快到了，要及时作答，并启动蜂鸣器。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性。

单片机特点如下：

（1）高集成度，体积小，高可靠性。

单片机将各功能部件集成在一块晶体芯片上，集成度很高，体积自然也是最小的。芯片本身是按工业测控环境要求设计的，内部布线很短，其抗工业噪音性能优于一般通用的CPU。单片机程序指令，常数及表格等固化在ROM中不易破坏，许多信号通道均在一个芯片内，故可靠性高。

（2）控制功能强：

为了满足对对象的控制要求，单片机的指令系统均有极丰富的条件:分支转移能力，I/O口的逻辑操作及位处理能力，非常适用于专门的控制功能。

（3）低电压，低功耗，便于生产便携式产品：

为了满足广泛使用于便携式系统，许多单片机内的工作电压仅为1.8V～3.6V，而工作电流仅为数百微安。

（4）易扩展：

片内具有计算机正常运行所必需的部件。芯片外部有许多供扩展用的三总线及并行、串行输入/输出管脚，很容易构成各种规模的计算机应用系统。

（5）优异的性能价格比：

单片机的性能极高。为了提高速度和运行效率，单片机已开始使用RISC流水线和DSP等技术。单片机的寻址能力也已突破64KB的限制，有的已可达到1MB和16MB，片内的ROM容量可达62MB，RAM容量则可达2MB。由于单片机的广泛使用，因而销量极大，各大公司的商业竞争更使其价格十分低廉，其性能价格比极高。

方案比较分析：从第一个方案我们可以看出，这个抢答器是由抢答电路，定时电路，报警电路，时序控制电路四个关键电路部分组成。扩展电路是由秒钟脉冲信号产生电路，译码电路，显示电路等，它的功能很齐全，设计的电路也很稳定。但是它的造价却很高，仅仅是集成电路他就用了八个，这个跟我们当初的设计理念是相冲突的。我们要的是功能齐全，但是造价比较低的设计。所以我们放弃这个方案。

而方案二采用可编程PLC设计实现的抢答器，但该系统的投入成本过于高昂，软件编程过于繁琐，对编程的语言掌握程度要求很高，而且其PLC在该领域的应用很少，普通人对PLC的理解及掌握都不是很深入，鉴于通用性和节省的原则，我们依然不采用该方案。

方案三采用单片机为核心器件，外围电路采用集成芯片，其可靠性好，结构