姚偉　劉彥彥

摘 要：以pic單片機(jī)為核心設(shè)計(jì)了一種16路智能競賽搶答器，該搶答器主要由主持人清零按鈕、計(jì)分電路、搶答組號指示電路、液晶顯示模塊和報(bào)警電路組成，能夠?qū)崿F(xiàn)搶答時(shí)間可調(diào)、手動(dòng)加減計(jì)分、報(bào)警指示、搶答組號LED燈指示等功能，同時(shí)將搶答組號、倒計(jì)時(shí)時(shí)間、選手得分輸出在液晶顯示屏上。相比于其他搶答器，該搶答器操作簡單、智能化程度高、可靠性強(qiáng)、成本低，對于競賽搶答器行業(yè)具有廣泛的實(shí)用性。

關(guān)鍵詞：單片機(jī) 智能 搶答器 可靠性強(qiáng) 實(shí)用

中圖分類號：TP36 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2017）05（a）-0138-04

Abstract：The paper designs for sixteen-roadintelligentcompetition rush-answer systemtook the PIC microcontroller as the core.The rush-answer system for quiz mainly consists of host reset button， scoring circuit， vies to answer first group number indicating circuit， liquid crystal display module and alarm circuit， it can achieve that answer first time is adjustable， manually add and subtract points， alarm indicator， vies to answer first set of LED lights and other functions.At the same time，vies to answer first group number， the countdown time and players scoring will be outputted on the LCD screen.The responder operation is simple， high intelligent degree， high reliability， low cost.It has extensive practicability for competition responder industry.

Key Words：Single chip microcomputer；Intelligent；The responder；Reliability；Practical

隨著小規(guī)模的知識競賽越來越多，用戶對搶答裝置的要求越來越高，操作簡單、靈敏可靠、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的小型搶答器將成為許多用戶的最佳選擇。近年來，搶答器有向集成化、智能化方向發(fā)展的趨勢，這就必然提高了搶答器的成本[1-4]。目前市場上較多的搶答器是采用小規(guī)模集成電路設(shè)計(jì)或是以51單片機(jī)為核心開發(fā)的[5-7]，其精度低、抗干擾性差，存在諸多問題，僅能對搶答器的計(jì)分加、計(jì)分減、搶答組別、倒計(jì)時(shí)、報(bào)警狀態(tài)的一兩個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行檢測，且搶答時(shí)容易受外界信號干擾，而層次性通信結(jié)構(gòu)、硬件技術(shù)上層次結(jié)構(gòu)、用戶管理層次結(jié)構(gòu)均決定了市場現(xiàn)有搶答器功能的局限性[8-13]。因此，需要將現(xiàn)有的搶答裝置進(jìn)行升級改造，克服現(xiàn)今存在的問題和不足，從而提高搶答器的實(shí)用性和智能化程度。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

一種基于PIC單片機(jī)的16路智能競賽搶答裝置，包括主持人清零按鈕、搶答按鍵、控制模塊、計(jì)時(shí)加減選擇開關(guān)、計(jì)分模塊、顯示模塊和報(bào)警電路組成[14]。主持人清零按鈕、搶答電路、計(jì)時(shí)加減選擇開關(guān)、計(jì)分模塊、顯示模塊、組號指示模塊和報(bào)警電路分別與控制模塊連接；控制模塊是由PIC單片機(jī)和外圍時(shí)鐘電路組成；計(jì)分模塊包括秒脈沖信號發(fā)生電路和計(jì)分加減選擇開關(guān)；顯示模塊由液晶屏和背光調(diào)節(jié)電阻組成，可實(shí)現(xiàn)組號顯示、計(jì)時(shí)顯示、計(jì)分顯示等功能；報(bào)警電路是由蜂鳴器、LED指示燈和切斷按鈕組成[15]。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理框圖如圖1所示。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

（1）搶答按鍵模塊：該模塊是由選手按鍵和上拉電阻組成，其中按鍵采用拍壓式按鍵，能夠體現(xiàn)搶答選手搶答時(shí)的激烈程度，電阻選用10 K的色環(huán)電阻，以提高按鍵的靈敏性[7]。用PIC單片機(jī)的RC口作為16路搶答矩陣按鍵的輸入口，當(dāng)有一個(gè)按鍵按下時(shí)，則會(huì)有一個(gè)電平變化信號從RC口流入，經(jīng)過單片機(jī)分析后將搶答組號送顯示模塊顯示，同時(shí)點(diǎn)亮組號指示模塊對應(yīng)位置的LED燈，表示該編號選手搶答成功。

（2）計(jì)分模塊：計(jì)分模塊是由秒脈沖信號發(fā)生電路和選擇開關(guān)構(gòu)成，接入PIC單片機(jī)的RA1口和RA2口，通過編程來處理單片機(jī)RA1口和RA2口接收到的脈沖信號。當(dāng)選擇開關(guān)SW1置于1時(shí)表示搶答正確進(jìn)行加分，置于2時(shí)等待計(jì)分，置于3時(shí)表示搶答錯(cuò)誤進(jìn)行扣分。其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

（3）報(bào)警電路：當(dāng)預(yù)先設(shè)定的倒計(jì)時(shí)結(jié)束時(shí)仍無人答題則單片機(jī)會(huì)觸發(fā)報(bào)警電路發(fā)出聲光報(bào)警提醒，可以通過按鍵來關(guān)斷或打開報(bào)警。

（4）顯示模塊：用LCD1602來顯示搶答到計(jì)時(shí)間、搶答組號、搶答選手得分。

（5）組號指示模塊：組號指示模塊由兩個(gè)3～8譯碼器構(gòu)成的4～16譯碼器和16個(gè)LED燈組成，接入單片機(jī)的RB0～RB2口。16個(gè)LED燈分別代表16位搶答選手，當(dāng)有人按下?lián)尨鸢存I時(shí)，對應(yīng)組號前的LED會(huì)被點(diǎn)亮，表示該編號選手可以優(yōu)先搶答。

（6）控制模塊：控制模塊采用PIC16F877A作為該系統(tǒng)控制的CPU，其運(yùn)算功能強(qiáng)、具有較強(qiáng)的抗干擾能力、軟件編程靈活，是工業(yè)級控制芯片，并且由于其功耗低、體積小、成本低等優(yōu)點(diǎn)使其成為該設(shè)計(jì)的優(yōu)選控制芯片。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

程序首先是完成單片機(jī)內(nèi)部各存儲(chǔ)單元的初始化、I/O口的初始化、中斷的初始化、內(nèi)部定時(shí)器的初始化，等待隨時(shí)能夠響應(yīng)外部傳來的信號。當(dāng)主持人按下?lián)尨痖_始按鈕時(shí)，單片機(jī)會(huì)調(diào)用倒計(jì)時(shí)子程序?qū)㈩A(yù)先設(shè)定的搶答倒計(jì)時(shí)送LCD顯示，同時(shí)在允許搶答的時(shí)間內(nèi)程序不斷掃描搶答按鍵接入的I/O口，若有人搶答，單片機(jī)會(huì)立即把按鍵信息儲(chǔ)存起來，并判斷按鍵的鍵值，然后把搶答組號送LCD顯示，同時(shí)驅(qū)動(dòng)報(bào)警電路發(fā)出一聲鳴笛，則表示搶答成功，倒計(jì)時(shí)停止，I/O口的掃描停止；若倒計(jì)時(shí)結(jié)束，無人搶答，則停止定時(shí)器、停止I/O口的掃描，同時(shí)驅(qū)動(dòng)報(bào)警電路發(fā)出聲光報(bào)警直到主持人按下切斷按鈕，并等待主持人按下清零按鈕開始下一個(gè)題目的搶答。其程序流程圖如圖3所示。

4 印制板設(shè)計(jì)與系統(tǒng)測試

PCB板的制作采用Proteus軟件制作，為了好布線和降低板材損耗，該印制板的設(shè)計(jì)采用雙面覆銅板設(shè)計(jì)，尺寸為10 cm×14 cm。為了后期更好地進(jìn)行元器件的插裝，各元器件的封裝尺寸都是依據(jù)實(shí)際元器件的尺寸進(jìn)行的精確制作。雙面印制PCB板圖如圖4所示。

按照原理圖和PCB板圖進(jìn)行系統(tǒng)的插件和焊接制作，制得成品之后選取16位同學(xué)進(jìn)行模擬搶答測試，并將不同情況下的測試結(jié)果記錄于表1中。

從表1測試結(jié)果記錄可以看出：若將搶答時(shí)間設(shè)置為15 s，則選手必須在倒計(jì)時(shí)15～0 s之間答題才算有效，超時(shí)或預(yù)搶，系統(tǒng)都會(huì)發(fā)出聲光報(bào)警提示，表示搶答無效。當(dāng)有一個(gè)選手優(yōu)先拍下按鍵搶答時(shí)，其他選手按鍵無效，并且該選手對應(yīng)位置的LED燈會(huì)被點(diǎn)亮。

經(jīng)過多輪測試，該系統(tǒng)能夠滿足搶答設(shè)計(jì)的基本要求，完全可以實(shí)現(xiàn)搶答倒計(jì)時(shí)可調(diào)，搶答得分可以手動(dòng)調(diào)節(jié)加分或減分，搶答選手編號LED燈指示，LCD同時(shí)顯示搶答選手編號、倒計(jì)時(shí)時(shí)間、選手得分，預(yù)搶和搶答超時(shí)報(bào)警等多種功能，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求[12]。存在的不足之處：（1）由于實(shí)驗(yàn)條件的限制，電路板的制作未能采用貼片式工藝；（2）選手拍下按鍵時(shí)發(fā)出“嘀”的一聲效果不太理想。

5 結(jié)語

文章基于PIC單片機(jī)設(shè)計(jì)了16路智能競賽搶答器，該搶答器能夠支持搶答到計(jì)時(shí)間可手動(dòng)調(diào)節(jié)并帶有計(jì)分功能，且支持計(jì)分可手動(dòng)加分或減分調(diào)節(jié)，顯示屏可以同時(shí)顯示搶答組號、倒計(jì)時(shí)間、選手得分。當(dāng)有選手按下?lián)尨鸢存I時(shí)，其對應(yīng)位置還會(huì)有LED燈亮的指示，并且通過編程能很好地實(shí)現(xiàn)搶答按鍵的“自鎖”與“互鎖”功能，具有一定的實(shí)用價(jià)值，同時(shí)對搶答器的無線控制、數(shù)字化、智能化的發(fā)展具有指導(dǎo)意義。

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