1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）

文 献 综 述

一.背景意义

21世纪，是一个信息技术飞速发展的时代，为了人类不断的突破创新，各种竞赛应运而生。智力竞赛是一种形式比较活泼的教育方式，是人们休闲娱乐生活的一部分。这些竞赛一方面充实了人们的娱乐生活，另一方面也提高了人们努力汲取相关领域的知识的兴趣。智力竞赛，顾名思义就是几个参赛选手之间在规定的时间，规定的地点相互竞争的考验选手知识的比赛。在竞赛中都是多个选手或代表队一起参加，如果采取举手回答的这个方式来进行竞赛已经不适应社会的需求。并且在主持人提出问题的时候，如果让选手用举手等方法来进行抢答，这在某种程度上会因为主持人的主观误断造成比赛的不公平性。而在当今社会里，公平，公正，公开是比赛的基本要求，为了直观的判断出第一抢答者，这时候多路抢答器就派上用场了。

二．功能概述及方案比较

多路抢答器，可同时供多名选手或者多个代表参加比赛。选手或代表队各拥有一个抢答按钮，按钮的编号与选手的编号相对应。给节目主持人设置一个控制开关，用来控制系统的清零和抢答的开始。多路抢答器具有数据锁存和显示的功能。抢答开始后，若有选手按动抢答按钮，编号立即锁存，并在显示器上显示出选手的编号。此外，要封锁输入电路，禁止其他选手抢答。优先抢答选手的编号一直保存到主持人将系统清零为止。

设计研究方案和措施

然而制作多路抢答器的方案多种多样，可以用单片机来完成，他的功能强大。可以用PLC来做，他制作起来比较简单，当然我们也可以用数字电路来实现，他的原理较简单，器件也比较便宜，容易购买。面对多种方案，我们必须对此做出比较进而选择一个最适合的方案来实现抢答器的功能。

具体设计方案如下：

1.数字抢答器

一种用74系列常用集成电路设计的数码显示八路抢答器的电路组成，由此设计思路及功能。主持人通过时间预设开关预设供抢答的时间，系统将完成自动倒计时。若在规定的时间内有人抢答，则计时将自动停止；若在规定的时间内无人抢答，则系统中的蜂鸣器将发响，提示主持人本轮抢答无效，实现报警功能。

原理图如下：

2.基于单片机的抢答器

以单片机作为主控核心，与显示器、蜂鸣器等构成多路抢答器，利用了单片机的延时电路、按键复位电路、时钟电路、定时、中断等电路，设计的抢答器具有实时显示抢答选手的号码和抢答时间的特点，还有复位电路，使其再开始新的一轮的答题和比赛。

原理图如下：

3.基于plc的多路抢答器

采用PLC，PLC功能较强大。PLC编程可采用手持式编程器或编程软件FXGP-W IN-C,PLC可编程程序控制器及软件提供了完整的编程环境，可进行离线编程，在线连接和调试。此PCL的编程指令简单易懂且程序设计灵活，可采用梯形图遇指令进行软件设计。

原理图如下：

方案比较及选择：

通过上面的方案比较，数字电路的制作方案比较容易实现，但是所需要的芯片太多，不易于集成。PLC的价格太贵，对于抢答器的设计并不合适。而用单片机设计抢答器所需要的芯片并不多，而且价格较低，虽然其设计难度较高。

而且基于单机的设计系统实用性强、判断精确、操作简单、扩展功能强。用单片机系统来设计抢答器，实现两组的抢答时间即使是相差几微秒，也可分辨出哪组优先答题，由此大大加强了比赛的公平性。

三．系统内容

基于单片机的多路抢答器功能

抢答器的工作原理是采用单片机为最小系统，用程序查询方式采用动态显示组号，他可提供多给多名选手或者代表队参加抢答，每人或每对一个抢答按钮。主持人按下开始抢答键才可以抢答。主持人没有按下开始抢答按纽，有人抢答则抢答违规，主持人按下开始抢答开关重新抢答。主持人按下开始抢答按纽，蜂鸣响声提示，显示器N秒倒计时（可设置）抢答，当有人摁下抢答器的按钮时，蜂鸣器响声提示并显示他的组号，N秒（可设置）内有人抢答则开始M秒（可设置）的倒计时（抢答者M秒内必须回答完问题）。

对于设计的各个部件，又有着多种多样的选择，他们的优劣各有千秋。为了我们设计的合理性，我们也必须通过比较来确定我们的选择。

显示器件选择

显示器是为了大家能直观的看到抢答器的功能，显示出倒计时和优先抢答者的编号。

方案一：使用液晶屏显示时间。液晶显示屏高科技的结晶，具有轻薄短小、低耗电量、无辐射危险，平面直角显示以及影像稳定不闪烁等优势，可视面积大，画面效果好，分辨率高，抗干扰能力强的特点。但由于只需要显示时间和转向、相数这样的数字，信息量比较少，且由于液晶是以点阵的模式显示各种符号，需要利用控制芯片创建字符库，编程工作量大，控制器的资源占用较多，其成本也偏高。在使用时，不能有静电干扰，否则易烧坏液晶显示芯片，不易维护。

方案二：使用传统的数码管显示。数码管具有：低能耗、低损耗、低压、寿命长、耐老化、防晒、防潮、防火、防高（低）温，对外界环境要求低，易于维护，同时其精度高，称量快，精确可靠，操作简单。数码显示是采用BCD编码显示数字，程序编译容易，资源占用较少。

根据以上的论述，采用方案二。

控制器模块

控制器主要用于各模块控制对显示、抢答等。控制器的选择有以下两钟方案。

方案一：采用FPGA（现场可编程门列阵）作为系统的控制器。FPGA可以实现各种复杂的逻辑功能，规模大，密度高，它将所有器件集成在一块芯片上，减小了体积，提高了稳定性，并且可以应用EDA软件仿真、调试，易于进行功能扩展。FPGA采用并行的输入输出方式，提高了系统的处理速度，适合作为大规模实时系统的控制核心。但由于本设计对数据处理的速度要求不高，FPGA的高速处理的优势得不到充分体现，并且由于其集成度高，使其成本偏高，同时由于芯片的引脚较多，实物硬件电路板布线复杂，加重了电路设计和实际焊接的工作。

方案二：采用ATMEL公司的AT89S52作为系统控制器的CPU方案。单片机算术运算功能强，软件编程灵活、自由度大，可以用软件编程实现各种算法和逻辑控制，并且由于其功耗低、体积小、技术成熟和成本低等优点，使其在各个领域应用广泛。

基于以上分析拟订方案二。

抢答器键盘的选择

键盘是单片机不可缺少的输入设备，是实现人机对话的纽带。键盘按结构形式可以分为非编码键盘和编码键盘，前者用软件方法产生键码，而后者则用硬件

9方法来产生键码。在单片机中使用的都是非编码键盘，因为非编码键盘结构简单，成本低廉，非编码键盘的类型很多，常用的有独立式键盘，行列式键盘等。

方案一：独立式键盘 键盘接口中使用多少根I/O线，键盘中就有几个按键，这种类型的键盘，其按键比较少，且键盘中各按键的工作互不干扰。因此可以根据实际需要对键盘中的按键灵活编码。 最简单的编码方式就是根据I/O输入口所直接反映的相应按键，按下的状态进行编码，称按键直接状态码，对于这样编码的独立式键盘，CPU可以通过直接读取I/O口的状态来获取按键的直接状态编码值，根据这个值直接进行按键识别，这样形式的键盘结构简单，按键识别容易。

独立式键盘的缺点是需要占用比较多的I/O口线，当单片机应用系统键盘中需要的按键比较少或I/O口线比较富余时，可以采用这样类型的键盘。 键盘接口中使用多少根I/O线，键盘中就有几个按键。

方案二：行列式键盘 行列式键盘是用N条I/O线作为行线，M条I/O线作为列线组成的键盘，在行线和列线的每个交叉点上，设置一个按键中按键的个数是M*N个。这种形式的键盘结构，能够有效的提高单片机系统中I/O的利用率，行列适用于按键输入多的情况。 CPU对键盘的扫描可以采用取程序控制的随机方式，即只有在CPU空闲是时才去扫描键盘，响应操作人员的键盘输入，但CPU在执行应用程序的过程中，不能响应键盘输入，对键盘的扫描可以采用定时方式，即利用单片机内部定时器每隔一定时间对键盘扫描一次，这样控制方式，不管键盘上有无键闭合，CPU总是定时的关心键盘状态。 在大多数情况下，CPU对键盘可能进行空扫描。为了提高CPU的效率而又能及时响应键盘输入，可以采用中断方式。

根据以上的论述，采用方案一，在本系统中采用了独立式键盘，其按键比较少，且键盘中各个按键的工作互不干扰。

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2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案

一．课题研究的问题

电路包括了抢答、编码、优先、锁存、数显和复位五部分组成，多个抢答键、1个复位键、显示器等构成了多路抢答器的核心电路设计。

单片机要识别多路抢答并且要能够外中断，将抢答触发标志置位。