（甘肅畜牧工程職業(yè)技術學院，甘肅 武威 733006）

搶答器是一種廣泛用在各種知識競賽、辯論比賽等搶答環(huán)節(jié)的電子設備。搶答器電路的實現既可以由比較復雜的數字電路來實現，也可以采用功能比較強大的單片機電路來實現。普通的搶答器電路復雜、價格昂貴、布線復雜且工作時受人為影響因素較大[1]。由單片機實現的搶答器電路具有電路結構簡單、系統工作可靠性強、電路硬件成本低廉等顯著優(yōu)點并且減少了人工失誤、減輕了主持人及參賽隊伍的工作量從而得到了廣泛的應用。以單片機作為數據處理核心單元的無線搶答器借助無線通信技術，參賽選手的搶答情況借助通信技術可實現實時傳輸，極大的減少了人工失誤，減輕了現場工作人員的工作負荷。

1 無線搶答器控制系統功能分析

搶答器的主要功能是準確篩選出最先搶答成功的隊伍號，其輔助功能是能夠準確記錄違規(guī)隊伍號、能夠準確記錄各支參賽隊伍的分數，并能將這些信息便捷的告知參賽隊伍、主持人及場內所有參與人員。主持人可以通過紅外遙控器給各支參賽隊伍根據答題情況進行加減分操作。除此之外，搶答器控制系統還應具有違規(guī)搶答、超時作答提示等報警功能。

2 系統硬件設計

2.1 搶答器硬件系統總設計

無線搶答器控制系統的核心控制器件是STC89C52單片機，外圍輔助電路由紅外遙控電路、聲光報警電路、無線接收與發(fā)射電路以及供電單元電路、復位電路和一些保護電路構成。無線搶答器硬件系統的電路設計如圖1所示。

圖1 硬件設計圖

2.2 主控單元微處理器選擇

搶答器控制系統主控模塊選擇了現在技術比較成熟、性價比較高、功耗較低的STC公司生產的STC89C52單片機。STC89C52控制器具有高達8K字節(jié)系統可編程Flash存儲單元，采用了MCS-51經典內核，但是超出了傳統51單片機許多不具備的功能。全雙工串行接口，最高運行頻率高達35MHz，可直接采用串口下載，片內自帶4K字節(jié)的EEPROM存儲空間。STC89C52為開發(fā)者提供兩種節(jié)電模式，允許CPU掛起操作，同時中斷服務、定時器等繼續(xù)處于運行狀態(tài)，掉電上可以對存儲的數據進行鎖存直到系統有硬件復位操作。

在此系統中，選擇STC89C52與晶振電路、復位電路組成單片機最小控制系統。20pF的2只電容和晶振組成振蕩電路，STC89C52的XTAL1、XTAL2上腳間跨接晶體振蕩器與電容；搶答器的復位電路由10KΩ的2只電阻及1只10μF的電容及開關構成。

2.3 顯示單元電路

搶答器的顯示單元主要任務是顯示搶答成功的參賽隊伍隊號、所得分數、搶答倒計時等信息。顯示單元電路由數碼管及LCD1602液晶顯示單元組成。1602LCD采用標準的16腳接口，顯示的內容為16＊2即32個字符，每行16個字符液晶模塊，通過電壓對其顯示區(qū)域進行控制[2]。LCD1602的數據通過第7到14引腳雙向數據端口與單片機STC89C52芯片的32腳到39腳連接。數碼管單元電路采用動態(tài)掃描的方式，選用鎖存芯片74HC573作為其段選與位選信號，段選與位選信號均定義在P0口，此電路主要完成搶答前有效時間的顯示。

2.4 無線發(fā)射接收單元電路

搶答器無線發(fā)射、接收單元選擇市面上比較流行的PT2272芯片作為主要控制單元，其工作電壓均由單片機系統提供一個3V的工作電源。其發(fā)射地址的引腳全部置低電平，數據端通過跳線設定。PT2272通過判斷接受信號的狀態(tài)與完成搶答有效時間的組合邏輯來工作。

2.5 紅外遙控單元電路

紅外遙控單元電路由紅外遙控發(fā)射電路與紅外遙控接收電路兩部分組成，其中紅外裝置主要由紅外接收管和紅外接收頭組成[3]。紅外接收管選擇IR1838，主要功能是接收編碼信息。

考慮到有色金屬冶金企存在高頻電源污染，使用的時候在IR1838的供電上引腳與電源之間接入330Ω電阻可進降低電源干擾。

2.6 聲光報警電路

參加搶答的隊伍違規(guī)搶答或者獲得了搶答資格卻搶答超時的隊伍，設計聲光報警電路向參賽隊伍及場內所有參與人員發(fā)出報警，以提示其注意作答行為。

2.7 抗干擾電路

抗干擾能力是衡量搶答器性能的主要技術指標之一，尤其是存在強電磁污染的有色冶金企業(yè)。搶答器硬件系統在運行中電磁干擾降低至最小程度最佳方法就是依據電磁兼容原理，從硬件系統的可靠性及穩(wěn)定性方面采取以下措施：

（1）在搶答器硬件系統器件選型時盡可能選擇貼片封裝元件，從而減少阻抗值，提高系統的電磁兼容性。

（2）設計濾波電路對雜波進行過濾。在無線搶答器的電源模塊、收發(fā)模塊和集成電路附近，采取USB口供電的方式通過三端穩(wěn)壓濾波電路過濾電磁磁聲。

3 搶答器軟件設計

搶答器軟件部分的設計主要包括搶答流程圖的設計及燒寫程序。

搶答器主程序流程圖介紹；

（1）此8路無線搶答器上電后首先對系統各單元進行初始化操作。

（2）搶答時間和搶答器重置均可由主持人完成。每次發(fā)題后默認的搶答時間可設置為23秒。

（3）每道題目宣讀完畢，主持人按允許搶答按鈕，各組參賽隊伍方可進行搶答，否則搶答無效或者犯規(guī)。

（4）主持人按允許搶答按鈕后在規(guī)定的時間內若無人搶答則宣布此道題作廢，主持人只需按下復位鍵即可進行下一題的讀題工作。

圖2 搶答器程序流程圖

4 系統軟件設計

在系統的軟件設計中使用PROTES軟件和KEIL硬件仿真軟件，KEIL軟件可以將代碼及BUG融入到一個視窗，還可提供硬件和軟件仿真工作模式[4]。在PROTEUS環(huán)境中繪好電路原理圖，調入編譯好的代碼文件，就可以得到搶答器的實物實驗效果，根據實驗效果再對所設計的搶答器硬件電路進行優(yōu)化調整，最終使搶答器電路定型。利用這種仿真技術將極大的縮短設計時間、同時也極大的節(jié)省了硬件資源。

5 結語

本設計以STC89C52單片機為主要控制內核,設計了一款功能實用、功耗較低、工作穩(wěn)定的無線搶答器。經測試，無線搶答器運行穩(wěn)定可靠，各項性能指標達到預定要求。