基于單片機的多媒體搶答器設(shè)計與實現(xiàn)

仲小博

摘 要：在現(xiàn)在的各種比賽中都能看見搶答器的身影，搶答器的設(shè)計與使用都受到使用環(huán)境的很大限制。本文中將優(yōu)化傳統(tǒng)搶答器的設(shè)計思路，不僅具有傳統(tǒng)的搶答功能，還同時兼具及時和報警的功能。同時也采用的Access數(shù)據(jù)庫技術(shù)，使得使用者可以直接對題庫進(jìn)行更改。使搶答器變得更加智能化，美化人機交互界面。

關(guān)鍵詞：搶答器；計算機；數(shù)據(jù)庫

搶答器主要應(yīng)用在各種比賽當(dāng)中，而傳統(tǒng)的搶答器大多是由純數(shù)字電路或單片機制成，而將單片機同計算機聯(lián)合起來是未來搶答器設(shè)計的主要方向。這主要是因為單片機在對數(shù)據(jù)信號的處理能力和效率上很差，而與計算機相結(jié)合后可以很好的補足此項差距，同時利用計算機技術(shù)又會很好的美化人機交互的界面。更重要的是這種技術(shù)的成本投入較少、安裝使用的過程也極易上手。

1 設(shè)計目的

搶答器實際上就是一種信號識別器，主要用于各種娛樂、競賽等場所。普通搶答器在實際應(yīng)用中大多存在以下缺點：一是當(dāng)在一次搶答過程中，都有一人違規(guī)提前搶答時，只能處理此次提前的違規(guī)信號，而不能對后面?zhèn)鱽淼挠行尨蛐盘栠M(jìn)行處理，使本輪搶答過程無效；二是當(dāng)很多人在搶答中都出現(xiàn)違規(guī)行為，搶答器只能分辨出其中的一個信號，其他的違規(guī)信號則無法顯現(xiàn)；三是當(dāng)同時有多個有效的搶答信號時，只是利用搶答器中電子元件之間的競爭來顯示一個有效信號，但這種競爭能力是固定的，搶答也就因此不具有平性。

本文中介紹的搶答器可以有效的克服傳統(tǒng)搶答器的缺點，成為一種智能型的搶答器，并且對各種先好進(jìn)行拆分與歸類，是每一次搶答的過程都是有效的。同時兼具更改題庫功能，利用計算機技術(shù)，美化人機交互界面。

2 系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計

本搶答器的結(jié)構(gòu)設(shè)計主要分為兩部分，分別是上位機和下位機。其中上位機主要是計算機系統(tǒng)，下位機是由單片機構(gòu)成的觸發(fā)電路。作為上位機的計算機的功能是比賽中對答題環(huán)節(jié)的管理，主要技術(shù)是使用計算機的數(shù)據(jù)庫功能，通過下位機的發(fā)出的數(shù)據(jù)進(jìn)行操作。作為下位機的單片機的外部用來做對按鍵的掃描，利用單片機的中斷信號進(jìn)行數(shù)據(jù)的接收與發(fā)送。如圖1，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)也主要分為六大部分：電源、單片機、串口通信、按鍵中斷觸發(fā)、選手按鍵、主持人按鍵。

上位機部分是計算機，與下位機利用串口進(jìn)行數(shù)據(jù)連接。當(dāng)選手按下?lián)尨鹌鞯臅r候，會將搶答信號會利用串口傳輸?shù)絾纹瑱C中，申請中斷信號，單片機接到數(shù)據(jù)信號后同樣利用串口向計算機中發(fā)送按下按鍵的選手信息，并利用計算機顯示出來。而主持人的按鍵功能模塊則是對整個比賽過程監(jiān)控，可以操作如開始搶答、中斷搶答、下一題、統(tǒng)計得分等智能功能。每按下一次搶答器按鈕，就會向單片機發(fā)送一次中斷信號，同時將數(shù)據(jù)向上位機中傳送。電源模塊主要是利用5V的電源提供基礎(chǔ)能量。

3 硬件電路

搶答器的硬件部分主要是由串口通信模塊、電源模塊、單片機模塊組成的。

3.1 單片機模塊

此模塊是整個系統(tǒng)中最小的部分，主要是利用AT89C51單片機制作。其各個接口和電路的功能：P0、P1、P2端口和P3的部分端口作為選手和主持人按鈕的接口。P0作為主持人面前的指示燈的端口，P1連接選手的按鈕，P2連接主持人的按鈕，P3端口則拆分為六部分，其中P3.0和P3.1作為通信數(shù)據(jù)的串口，P3.2作為選手按鍵后發(fā)出中斷信號的端口，P3.3則作為主持人按下按鍵后發(fā)出中斷信號的端口，P3.4作為主持人發(fā)出開始搶答信號的端口，P3.5則為顯示主持人手中搶答器狀態(tài)的端口。

3.2 串行通信模塊

本次搶答器使用的單片機，它的邏輯1和邏輯0電平分別是5V和0V，而電腦的數(shù)據(jù)接口使用的電平標(biāo)注卻與之不同，邏輯1的電平是-3V到-12V之間，邏輯0的電平是3V到12V之間，由此可見，這兩部分之間的電平范圍差距很大，因此需要利用到能夠改變電平的電路系統(tǒng)。但是轉(zhuǎn)變電平的電路系統(tǒng)樣式很多，本次低昂大氣利用的是Max232CPE芯片，這種芯片能夠電平先好轉(zhuǎn)換為0V至5V之間的穩(wěn)定電平

3.3 主持人按鍵模塊以及指示燈模塊

這部分主要是兩個模塊的整合，按鍵可以根據(jù)所用功能進(jìn)行分類與選用。比如可以分為開始、結(jié)束、顯示答案、計算得分、選手作答的答案等。指示燈根據(jù)競賽的需要也可以分別設(shè)置，比如設(shè)置顯示正確答案、選手答案等功能指示作用。

3.4 電源模塊

此部分主要是使用一節(jié)電壓在9V左右的電池即可，在利用電壓轉(zhuǎn)換電路，將電壓轉(zhuǎn)換為比較穩(wěn)定的5V電壓，這樣不僅會使設(shè)備的體積變小，同時也會降低成本。

4 軟件設(shè)計

由于本設(shè)計采用模塊化，因此需要保證接口間數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性。同時利用數(shù)據(jù)庫技術(shù)，建立一個競賽需要的題庫，利用計算機高效的數(shù)據(jù)處理能力，實時分析單片機中傳出來的數(shù)據(jù)，根據(jù)不同的數(shù)據(jù)信號進(jìn)行不同的處理，以此相應(yīng)軟件中各種先好。同時利用計算機技術(shù)設(shè)計出搶答器的使用界面，該界面的設(shè)計就可依據(jù)個人的使用習(xí)慣，合理的安排即可。同時利用C語言技術(shù)來控制下位機，在程序的執(zhí)行過程中，先初始化各個程序功能，然后無限循環(huán)的按段是否觸發(fā)了開始搶答按鍵，當(dāng)收到該信號時在接受其他數(shù)據(jù)信號，而沒收到開始搶答信號時，系統(tǒng)中的任何其他信號都不予以接收。

5 結(jié)語

本系統(tǒng)利用單片機與計算機互聯(lián)的方式，將軟硬件結(jié)合起來，實現(xiàn)搶答器的智能化應(yīng)用，不僅使用簡單、安裝方便，成本也大大降低，對搶答器未來的設(shè)計有著極其重要的作用。

參考文獻(xiàn)

[1]康麗杰，康迪.基于單片機的8路搶答器簡單設(shè)計[J].信息系統(tǒng)工程，2010，（2）：60-61.

（作者單位：河北大學(xué)電子信息工程學(xué)院）