论文导读：传统的抢答器一般利用数字逻辑电路做成，功能单一，已不适应社会发展需要。
关键词：抢答器,中央控制单元USB通信
传统的抢答器一般利用数字逻辑电路做成，功能单一，已不适应社会发展需要。随着科学技术的进步，单片机与串口通信的结合已广泛应用到各个电子系统。本文是基于单片机为核心的抢答系统设计，通过串口通信动态传输数据，使抢答系统具有电路简单、操作方便、功能强大等特点。特别是抢答系统与PC通信相联系，使整个抢答系统功能更完善。
1、系统总体方案设计
传统抢答器功能过于单一，因此，可将其功能进行扩展，设计出以单片机为核心的抢答器系统，总体框图如图1所示。
抢答系统由控制开关、抢答开关、加/减分电路、计时电路、显示电路、报警电路、PC通信等几部分构成，如图1所示。
图1、总体方案电路图
完成功能如下：
a、抢答开始时，在规定的时间内，最先按动抢答按钮的选手应具优先权，抢答系统应能准确迅速地判断出第一抢答者并将其信号锁存，同时将输入端关闭而使其它抢答信号无效。选手编号/得分情况能够在显示屏上显示。此功能由中央控制单元,译码、显示电路完成。
b、问题回答完毕，主持人应根据回答的准确性给予不同分值的加/减。此功能由加/减分电路完成。
c、在规定的时间内若有人抢答，抢答有效，终止定时，若无人抢答，此次无效。此功能由计时，中央控制单元完成。
d、每次问题回答结束，主持人应通过复位按钮进行复位，各种程序又回到初始状态。为进行下一轮的抢答工作做准备。
抢答开始之前，赋予选手一定的初始分，若选手违例抢答，报警电路工作，提醒有人违例抢答，同时编号牌显示违例选手号码，该违例选手会被自动扣分。抢答开始时，记分牌显示选手初始值，此时，主持人根据需要，选定不同分值的题目让选手回答。当主持人宣布抢答开始，同时按下开始键的时候，选手抢答，编号牌显示选手编号。这时只能有第一位选手优先抢答成功，其他抢答无效。与此同时，倒计时就开始计时，在剩下最后几秒的时候，报警电路工作，提醒选手。抢答时间结束，本题抢答无效。选手回答问题完毕，主持人应根据回答问题的情况，对选手成绩做出相应的处理。每一题抢答结束后，主持人进行电路复位功能，为下一题做准备。而每一题的抢答过程中，编号显示牌和各选手的得分情况会自动的送到PC机上进行动态显示。科技论文。
1.1 硬件电路设计
1.1.1、中央控制单元
中央控制单元是控制系统的中枢，是系统的信息处理部分，键盘开关，控制开关等发出信号，中央控制单元收到信号后做出分析、响应，完成电路功能的执行。科技论文。
系统选用ISP-Flash系列单片机AT89S8252，它是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k bytes的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器，兼容标准MCS-51指令系统，功能强大，它可向输出单元输出控制信号。
1.1.2、键盘输入及加/减分电路
选手通过按键进行抢答，单片机识别到有按键按下时，转到相应的程序，控制译码显示器显示选手的编号或分数。而开始键，加/减分键也是通过键盘转到相应的程序实现功能。
键盘作为输入设备，结构简单，通过程序可实现很多功能。抢答器按如图2所示的矩阵结构连接，可有效减少单片机的I/O口。用单片机位处理指令来判断是否有键按下，若有键按下，则有电平输入。转到相应程序，显示有效选手的号码，而其他选手再按“抢答键”也无效。若无人抢答，报警电路工作，表示本次抢答无效。若选手违例提前抢答，报警电路提醒选手注意，显示牌显示违例选手号码，单片机通过程序指令让该违例选手减去一定分值。
加/减分电路与抢答键工作原理一样，当按下加/减分按键，单片机控制程序指令，给选手加/减相应的分值，每一题只能给与抢答选手一次的加减分机会，若有特殊情况，主持人可在控制台进行操作。
若抢答键太少，可通过增加I/O口数量或者在中央处理单元外再外扩一片可编程I/O接口芯片。
图2、键盘结构图
1.1.3、选手编号/分数显示电路
译码显示：利用单片机串行口加外围芯片74LS164，构成多个并行输出口，用于串－并转换，驱动CD4511锁存-译码器进行LED数码管显示。科技论文。数据从单片机输出经74LS04反相器进入74LS164的输入端，而时钟脉冲经74LS04反相器连接到74LS164的CLK脉冲信号端，在LED显示相应的十进制数字，从而完成选手编号的显示。
选手得分显示电路与编号显示电路原理一样，可将多片74LS164芯片相连，增加其显示位数。
1.1.4计时、报警等电路
倒计时器电路中，选用四位十进制减法定时/计数专用集成电路EC9410和7448TTLBCD--7段译码器组成可预置数的十进制减法器。在时钟脉冲的作用下，倒计时开始。若某组抢答有效，计时停止并显示倒计时时刻。若一直无人抢答.则倒计时到“00”自然停止。
报警输出单元如图3所示，数据输入端与单片机相连，电路由三极管外加扬声器等外围电路构成，当中央控制单元通过分析确定存在违例抢答或是倒计时停止，便通过指令给报警电路数据输入端一个高电平，三极管就导通，产生信号驱动扬声器发出警报，从而形成一个报警电路，可通过调节报警声长短来判断是倒计时停止报警还是违例抢答报警。
图3、报警电路
1.2单片机与PC机的通信
抢答过程中，显示数据需要传入PC机内。单片机与PC机间的通信选用USB串口通
信，将单片机采集的信息传送到PC机中，由PC机进行处理。该系统使用Phillps公司的PDIUSBD12芯片作为USB接口芯片。PDIUSBD12通常用于微控制器系统并与微控制器通过高速通用接口进行通信，也支持本地DMA传输。该器件采用模块化的方法实现一个USB接口，允许在众多可用的微控制器中选择最合适的作为系统微控制器，性能较好。
USB接口芯片PDIUSD12的八位I/O口线DATA0至DATA7具有可控的三态门电路，故而PDIUSBD12芯片可以直接与AT89S8252的数据总线相连，挂在系统总线上。当系统将采样得到的信息通过USB总线上传给PC时，AT89S8252选通PDIUSBD12芯片，将单片机内的采样信息通过系统总线传给USB接口芯片，继而传给上位机，完成数据的传输。
USB串口通信可采用控制传输模式，块传输模式，同步传输模式，中断传输模式等4种传输模式，根据本设计电路特点，采用中断传输模式。其传输模式图如图4、图5所示。
图4、中断输入事务
图5、中断输出事务
中断服务子程序处理由PDIUSBD12产生，在中断服务子程序中把数据从PDIUSBD12芯片的缓冲区中转移到单片机环形缓冲区中，并清除该芯片内部缓冲区的使能，以便PDIUSBD12芯片接受新的数据包。而后建立正确的时间标志，通知主程序进行正确的处理。
2、结束语
文章创新点在于（1）以ISP-Flash系列单片机AT89S8252为核心的抢答器功能强大，（2）采用USB串口通信，使功能进一步得以完善。整个方案较好地完成了抢答器系统的设计，此外，还需考虑需报警，增加语音报警等情况，功能强大的AT89S8252中央控制单元配合USB串口通信，使整个抢答器反映快，功能齐全，使用性强，可靠运行。
参 考 文 献
[1] 杨文显，现代微型计算机原理与接口技术教程.清华大学出版社[M]，2006。
[2] 尹罗生；吉吟东；孙新亚等， 一种USB外设的实现方法[J]，计算机工程，2002，7-28：207-209。
[3] 刘开绪，数字式抢答器的设计与实现. 电子工程师[J]，2005，9-31：69-71。
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