【導(dǎo)讀】核心的八路數(shù)字搶答器系統(tǒng),分別從硬件和軟件兩方面闡述了該控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法,并經(jīng)過(guò)調(diào)試和運(yùn)行使該系統(tǒng)達(dá)到預(yù)期目標(biāo),具有反應(yīng)快,功能齊全,實(shí)用性強(qiáng)的特點(diǎn).

　　

【正文】 在10～ 40mA 左右，發(fā)光二極管導(dǎo)通時(shí)的正向壓降 VF比較大，一般為 ～ 3V(普通硅二極管約為 )。因此在正常使用中，為了保證發(fā)光二極管在電源電壓 V的作用下管子的工作電流不超過(guò)額定值，必須給發(fā)光二極管串聯(lián)一只限流電阻 R， R的阻值可由下式算出： R＝（ VVF） /IF。其中 V為工作電源電壓， VF 為發(fā)光二極管的正向壓降，IF為額定工作電流。所以，聲光電路的發(fā)光二極管串聯(lián)一個(gè) 1K阻值的電阻。 由于 單片機(jī)的 IO口高電平的驅(qū)動(dòng)能力的確不強(qiáng)， 所以 需要加一個(gè)三級(jí)管來(lái)增強(qiáng)驅(qū)動(dòng)能力的原因。因?yàn)槿?jí)管基極所需的電流很?。?mA 級(jí)），所以該電路中需要加一個(gè)電阻來(lái)分壓限流。 當(dāng) 5S 搶答到時(shí)和 60S答題到時(shí)蜂鳴器會(huì)發(fā)出報(bào)警聲 ， 下面介紹一下蜂鳴器 . 蜂鳴器是一種一體化結(jié)構(gòu)的電子訊響器，采用直流電壓供電，廣泛應(yīng)用于計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、報(bào)警器、電子玩具、汽車(chē)電子設(shè)備、電話(huà)機(jī)、定時(shí)器等電子產(chǎn)品中作發(fā)聲器件。蜂鳴器主要分為壓電式蜂鳴器和電磁式蜂鳴器兩種類(lèi)型。壓電式蜂鳴器主要由多諧振蕩器、壓電蜂鳴片、阻抗匹配器及共鳴箱、外殼等組成。有的壓電式蜂鳴器外殼上還裝有 發(fā)光二極管。蕩器由晶體管或集成電路構(gòu)成。當(dāng)接通電源（ ~15V直流工作電壓） ,多諧振蕩器起振 ,輸出 ~ 的音頻信號(hào)，阻抗匹配器推動(dòng) 壓電蜂鳴片發(fā)聲 .壓電蜂鳴片由鋯鈦酸鉛或鈮鎂酸鉛壓電陶瓷材料制成。在陶瓷片的兩面鍍上銀電極，經(jīng)極化和老化處理后，再與黃銅片或不銹鋼片粘在一起。而電磁式蜂鳴器由振蕩器、電磁線(xiàn)圈、磁鐵、振動(dòng)膜片及外殼等組成。 接通電源后，振蕩器產(chǎn)生的音頻信號(hào)電流通過(guò)電磁線(xiàn)圈，使電磁線(xiàn)圈產(chǎn)生磁場(chǎng)。振動(dòng)膜片在電磁線(xiàn)圈和磁鐵的相互作用下，周期性地振動(dòng)發(fā)聲 .蜂鳴器在電路中用字母“ H”或“ HA”（舊標(biāo)準(zhǔn)用“ FM”、“ LB”、“ JD”等）表示 。 東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 搶答器的硬件設(shè)計(jì) 21 當(dāng)引腳輸出為低時(shí) ,有電流流過(guò) ,二極管就會(huì)發(fā)光 ,當(dāng)引腳輸出是高電平時(shí) ,發(fā)出報(bào)警聲 。 電 源電路 本文設(shè)計(jì)的電源電路采用 電容降壓橋式整流穩(wěn)壓電路 ， 工作原理是利用電容在一定的交流信號(hào)頻率下產(chǎn)生的容抗來(lái)限制最大工作電流 ,電容降壓實(shí)際上是利用容抗限流。電容器實(shí)際上起到一個(gè)限制電流和動(dòng)態(tài)分配電容器和負(fù)載兩端電壓作用。 電源電路功能 電源采用整流穩(wěn)壓來(lái)獲取， 由變壓器 T、橋式整流器、三段穩(wěn)壓器 7805 組成，輸出 5V的直流電壓。變壓器選用 6W、單 9V 的 ， 橋式整流器中的二極管采用選用的IN4001 硅整流二極管；三端穩(wěn)壓器 7805 接線(xiàn)較簡(jiǎn)單，連接時(shí)注意方向。有文字的面向自己，左邊的輸入接整流器輸出 的正電壓，中間的是公共地（負(fù)極），右邊是輸出是 +5V 電壓輸出 。 [8] 電源電路圖 圖 312 電源電路圖 電源電路芯片分析 電源電路部分主要運(yùn)用了 7805 芯片和橋式整流方式 ,下面做具體的介紹 。 1)7805 芯片 7805 是我們最常用到的穩(wěn)壓芯片了， 它 的使用方便，用很簡(jiǎn)單的電路即可以輸入一個(gè)直流穩(wěn)壓電源 ,它 的輸出電壓恰好為 5v，剛好是 51 系列單片機(jī)運(yùn)行所需的電壓，下面我簡(jiǎn)單的介紹一 下 它 的 3個(gè)引腳以及用它來(lái)構(gòu)成的穩(wěn)壓電路的 資料 。 東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 搶答器的硬件設(shè)計(jì) 22 圖 313 7805芯片 其中 1接整流器輸出的 +電壓， 2 為公共地 (也就是負(fù)極 )， 3就是我們需要的正5V輸出電壓 。 2)橋式整流器 橋式整流器是利用二極管的單向?qū)ㄐ赃M(jìn)行整流的最常用的電路，常用來(lái)將交流電轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟姟? 橋式整流是對(duì)二極管半波整流的一種改進(jìn)。 半波整流利用二極管單向?qū)ㄌ匦?，在輸入為?biāo)準(zhǔn)正弦波的情況下，輸出獲得正弦波的正半部 分，負(fù)半部分則損失掉。 橋式整流器利用四個(gè)二極管，兩兩對(duì)接。輸入正弦波的正半部分是兩只管導(dǎo)通，得到正的輸出；輸入正弦波的負(fù)半部分時(shí)，另兩只管導(dǎo)通，由于這兩只管是反接的，所以輸出還是得到正弦波的正半部分。 橋式整流器對(duì)輸入正弦波的利用效率比半波整流高一倍。 橋式整流是交流電轉(zhuǎn)換成直流電的第一個(gè)步驟。 電源電路工作原理 直流穩(wěn)壓電源是一種將 220V 工頻交流電轉(zhuǎn)換成穩(wěn)壓輸出的直流電壓的裝置，它需要變壓、整流、濾波、穩(wěn)壓四個(gè)環(huán)節(jié)才能完成。 其中： （ 1）電源變壓器：是降壓變壓器，它將電網(wǎng) 220V 交 流電壓變換成符合需要的交流電壓，并送給整流電路，變壓器的變比由變壓器的副邊電壓確定。 （ 2）整流電路：利用單向?qū)щ娫?，?50Hz 的正弦交流電變換成脈動(dòng)的直流電。 （ 3）濾波電路：可以將整流電路輸出電壓中的交流成分大部分加以濾除，從而得到比較平滑的直流電壓。 （ 4）穩(wěn)壓電路：穩(wěn)壓電路的功能是使輸出的直流電壓穩(wěn)定，不隨交流電網(wǎng)電壓和負(fù)載的變化而變化。 本設(shè)計(jì)采用 7805 芯片來(lái)獲取穩(wěn)壓電壓 。 [9] 整流電路常采用二極管單相全波整流電路，即整流橋。 u2 的正半周內(nèi)，二極管D D2 導(dǎo)通， D D4 截止； u2 的負(fù)半周內(nèi)， D D4 導(dǎo)通， D D2 截止。正負(fù)半周內(nèi)部都有電流流過(guò)的負(fù)載電阻 RL，且方向是一致的 。 [10] 東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 搶答器的硬件設(shè)計(jì) 23 總體電路的系統(tǒng)分析 本搶答器工作原理采用單片機(jī)系統(tǒng) ,用查詢(xún)式鍵盤(pán)進(jìn)行搶答 ,通過(guò)八路按鍵配合程序來(lái)實(shí)現(xiàn)搶答功能。當(dāng)主持人按下?lián)尨疰I開(kāi)始搶答后， 5S倒計(jì)時(shí)開(kāi)始 ,此時(shí)只有數(shù)字鍵有效 ,其他鍵都被封鎖 ,由程序?qū)︽I盤(pán)譯碼并顯示最先按下?lián)尨鹌鞯穆窋?shù)及其當(dāng)前時(shí)間。顯示為 AX3X02 ,其中 “ A” 代表正在搶答 。 “ X” 代表熄滅 。 “ 3”表示分組數(shù) ,是 1～ 8 中的任一個(gè)數(shù) 。 “ 0” 和 “ 2” 分別為 0～ 9 中的任一個(gè)數(shù) ,是搶答限時(shí)倒計(jì)時(shí)的時(shí)間。一旦搶答成功 ,只有開(kāi)始鍵有效 ,封鎖其他鍵 ,顯示出開(kāi)始答題 。 一旦開(kāi)始答題 ,就會(huì) 60S計(jì)時(shí) , 顯示為 BX3X02 ,其中 “ B” 表示正在答題 。 “ X” 代表熄滅 。 “ 3” 代表分組數(shù) ,是 1～ 8中的任一個(gè)數(shù) 。 “ 0” 和 “ 2” 分別為 0～9 中的任一個(gè)數(shù) ,是答題限時(shí)倒計(jì)時(shí)的時(shí)間 。 此時(shí)所有按鍵還是被封鎖的 ， 如果有搶答提前搶答，那么此后任何人按搶答鍵都是無(wú)效的，顯示的數(shù)字也不會(huì)有任何的變化。答題結(jié)束后 ,按下數(shù)字鍵 ,視其為違規(guī) ,答題結(jié)束后如 果選手答題正確 ,按下計(jì)分鍵 ,開(kāi)始對(duì)搶答組進(jìn)行計(jì)分 ,按下 +鍵給其加 100,按下 鍵給其減 100,按下 enter鍵退出計(jì)分系統(tǒng) . 顯示為 C3 177。 100 ,其中 “ C” 表示當(dāng)前為計(jì)分狀態(tài) , “ 3” 代表分組數(shù) ,是 1～ 8 中的任一個(gè)數(shù) 。 “177?！? 為 “ +” 或 “ ” 號(hào) ,表示當(dāng)前為加分狀態(tài)或減分狀態(tài)，＋號(hào)可不顯示，減號(hào)顯示。 “ 1” 、 “ 0” 和 “ 0” 3 位本系統(tǒng)每次只能加減 100分。封鎖其他按鍵 ， 按下查詢(xún)鍵對(duì)各組成績(jī)進(jìn)行查詢(xún)，查詢(xún)鍵按下后，輸入相應(yīng)的分組號(hào)即可顯示該組的分?jǐn)?shù)。顯示為 D30500 ,其中 “ D” 表示當(dāng)前為查詢(xún)狀態(tài) 。 “ 3” 代表分組數(shù) ,是 1～ 8 中的任一個(gè)數(shù) 。 “ 0” 、 “ 5” 、 “ 0” 和 “ 0” 四位代表所查分組的當(dāng)前總分 ,是 0～ 9 中的任一個(gè)數(shù)。按 enter鍵退出查詢(xún)。當(dāng)沒(méi)有按下?lián)尨疰I，直接按數(shù)字 18，則違規(guī)，顯示違規(guī)組號(hào)。顯示為 EXXXX3,其中“ E”表示違規(guī)，“ X” 代表熄滅 , “ 3”表示分組數(shù) .當(dāng)恢復(fù)初始狀態(tài)時(shí) , 顯示 6 位全熄滅。 東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 結(jié)論 24 結(jié)論 本設(shè)計(jì)特點(diǎn)對(duì)各種搶答信號(hào)進(jìn)行識(shí)別和處理 ,克服了普通搶答器存在的缺陷 ,具有智能特性 .本搶答 器設(shè)計(jì)合理 ,結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 ,功能強(qiáng)大 ,搶答可靠 ,反應(yīng)速度快 ,成本相對(duì)較低 ,適用于多種智力競(jìng)賽活動(dòng) ,并且目前單片機(jī)已經(jīng)滲透到我們生活的各個(gè)領(lǐng)域了 ,被廣泛應(yīng)用于儀器儀表 ,家用電器 ,醫(yī)用設(shè)備 ,航空航天等領(lǐng)域 ,因此 ,單片機(jī)的學(xué)習(xí) ,開(kāi)發(fā)與應(yīng)用將帶動(dòng)新的科技發(fā)展 ,同時(shí)也將涌現(xiàn)出一批批新的智能化人才。 東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 致謝 25 致謝 本論文是在導(dǎo)師 郭文 ,郭老師的 悉心指導(dǎo)下完成的。導(dǎo)師淵博的專(zhuān)業(yè)知識(shí)，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，精益求精的工作作風(fēng)，誨人不倦的高尚師德，嚴(yán)以律己、寬以待人的崇高風(fēng)范，樸實(shí)無(wú)華、平易近人的人格魅力 對(duì)我影響深遠(yuǎn)。 她總是耐心的給我講解 ,給我指出不足之處 .不僅使我樹(shù)立了遠(yuǎn)大的學(xué)術(shù)目標(biāo)、掌握了基本的研究方法，還使我明白了許多待人接物與為人處世的道理。 她不僅是良師也是我們生活中的益友 .本論文從選題到完成，每一步都是在導(dǎo)師的指導(dǎo)下完成的，傾注了導(dǎo)師大量的心血。在此，謹(jǐn)向?qū)煴硎境绺叩木匆夂椭孕牡母兄x！ 謝謝您 ! 東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 參考文獻(xiàn) 26 參考文獻(xiàn) [1] 何立民 .MCS51系列單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì) .北京 :北京北航出版社 , [2] 張?chǎng)?.單片機(jī)原理及應(yīng)用技術(shù) .北京 :北京電子工業(yè)出版社 , [3] 蘇 偉斌 .8051系列單片機(jī)應(yīng)用手冊(cè) .北京 :科學(xué)教育出版社 , [4] 吳金戎 .8051單片機(jī)實(shí)踐與應(yīng)用 .北京 :清華大學(xué)出版社 , [5] 胡學(xué)海 .單片機(jī)原理及應(yīng)用系統(tǒng)設(shè)計(jì) .北京 :電子工業(yè)出版社 , [6] 李建忠 .單片機(jī)原理及應(yīng)用 . 西安：西安電子科技大學(xué)出版社 , [7] 李朝青 .單片機(jī)原理及接口技術(shù) .北京 :北京航空航天大學(xué)出版 , [8] 華成英 .模擬電子線(xiàn)路 .北京 :高等教育出版社 , [9] 高吉祥 .全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽培訓(xùn)系 列教程 基本技能訓(xùn)練與單元電路設(shè)計(jì) .北京 : 電子工業(yè)出版社 , [10] 李江偉 .鍵盤(pán)接口在單片機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用 .西安 :電子技術(shù)應(yīng)用 , 東華理工大學(xué)長(zhǎng)江學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 附錄 27 附錄