基于AT89S52单片机的无线抢答记分系统的设计与制作

摘要：无线抢答记分系统以AT89S52／51单片机为控制核心，主持人电路可实现有效枪答信号的无线译码接收与识别显示、抢答倒计时、答题倒计时、提示报警等功能，选手电路可实现抢答信号的编码与无线发送、分数数据的无线译码接收显示，主持人和选手之间通信采用UM3758-108A编译码器和红外发送接收模块配合实现。
关键词：无线通信；单片机；抢答器；制作

    无线抢答记分系统以AT89S52／51单片机为控制核心，可对抢答信号进行无线发射与接收，具有识别超前违规信号、倒计时功能、验键、数码管显示等功能。其主要功能包括：1)能容许2～8组抢答；2)显示抢答组号；3)显示犯规组号；4)限时抢答；5)各组记分显示；6)声音提示与报警；7)时钟计时显示。

1 抢答器控制系统组成
    根据系统要求，抢答器分为主持人控制电路和选手控制电路两大部分。主持人控制电路组成如图1所示。

    主机采用AT89S52单片机，其性能比较稳定，功能完全可以满足本系统设计要求，包含以下几部分：功能按键电路、选手抢答信号红外接收译码电路、记分数据信号编码红外发射电路、数码管显示驱动电路、供电电源电路、系统复位电路、蜂鸣器提示报警电路等。
    主持人控制电路是在单片机的最小系统的基础上，增加了P0口选手抢答信号译码输入／记分数据信号编码输出、P2口的数码管段码显示输出、P1口的主持人控制按键输入、P3口的红外收发控制、蜂鸣器等功能。具体的管脚定义如表1所示。

    选手控制电路包含以下几部分：选手抢答信号编码红外发送电路、记分数据信号红外接收译码电路、数码管显示驱动电路、供电电源电路、系统复位电路等。选手控制电路主机采用AT89S51单片机，具体的管脚定义如表2所示。

2 硬件电路设计
2．1 选手无线抢答信号编码发射电路
    选手无线抢答信号编码发射电路以AT89S51单片机为控制核心，并由其读入选手抢答按键信号，由单片机的P0口来控制D0～D7，UM3758-108A编码后由其串行数据输出端TX／RX端送出相应的串行数据，该数据经555构成的调制电路后将产生38 kHz的信号，再由SE303红外发射管发射出去，具体电路如图2所示。

    UM3758-108A是一种编码／译码双功能集成电路，它有10个3态地址编码端A0～A9，8个锁存式并行数据输入(编码)／输出(译码)端，能方便地实现多地址、多路数字信息的传递和控制。当AT89S51单片机识别到选手抢答信号，由P0口输出形成UM3758-108A编译码器的8位数据码D7～D0，同时由P3．6控制21脚时为编码状态，以低3位地址码A2～A0(高7位地址码A9～A3接高电平)的不同编码来区分8位不同选手的抢答信号，编码后的串行数据由TX／RX端送至SE303红外发射电路发射出去。
2．2 主持人无线抢答信号译码接收电路
    主持人无线抢答信号译码接收电路以AT89S52单片机为控制核心，选手抢答信号先由一体化红外接收头HS0038H解调出38 kHz的红外数据，送入UM3758-108A的22脚，AT89S52单片机P3．2、P3．1、P3．0循环输出3位二进制地址编码，当检测到选手抢答信号的串行输入数据中包含的地址码与接收电路中UM3758-108A地址码一致时，发送芯片与接收芯片配对工作，将接收到的数据码译码形成8位并行数据送到D7～D0输出，同时23(TX／RX)脚输出低电平(译码接收正确标志)，经或门输入给单片机的P3．7，当单片机检测到P3．7=0，由P0口接收D0～D7，从而进行数据处理，驱动蜂呜器电路，同时在数码管显示有效的抢答选手组号，具体电路如图3所示。

2．3 4．5寸数码管显示驱动电路
    本智能抢答记分系统采用4．5寸数码管进行抢答组号、选手分数等数据显示，其工作电压12 V和驱动电流每段数码管要20 mA，当电流达到丰满程度，驱动电流可达到40 mA，为满足4．5寸数码管工作电压与工作电流的要求，采用光电耦合器和达林顿管，具体电路如图4所示。数码管使用动态扫描显示方式，通过单片机的P2口输出信号经过达林顿管ULN2803进行电流放大，再对光电耦合器TLP521-4进行通断控制，从而实现对数码管的段码驱动；通过单片机的P1．5、P1．6、P1．7三引脚输出信号经过达林顿管ULN2803进行电流放大后动态扫描方式选通二三数码管，从而实现对数码管的位码驱动。

    本系统还包含功能按键电路、蜂呜器提示报警电路、供电电源电路、系统复位电路、晶振电路等，在此不加以详述。

3 软件设计
3．1 主持人部分软件设计
    主持人控制模块软件的组成主要有主程序、定时器0、定时器1以及外部中断1等几部分，其程序流程图如图5所示。

3．2 选手部分软件设计
    选手控制模块软件的组成主要是用于选手抢答信号的识别输出和接收显示选手的分数，其程序流程图如图6所示。

4 调试与使用说明
    1)进行记分级别、倒计时时间设置。通过分数改变按键与加减状态按键配合使用进行加减，设置完通过确认按键进人下一个流程。
    2)当屏幕显示“000”时，表示已经完成设置进入等待抢答状态，此时主持人可控制是否允许抢答。在没有得到主持人的允许，选手就进行抢答则判为违规，屏幕会显示违规选手与违规标志号，如1号机违规则显示“1FF”。
    3)当主持人按下允许按键后，则系统自动进入预定的抢答倒计时，选手可以进行抢答。若在预定的抢答时间内没有选手进行抢答，则判断为无人抢答，进入抢答超时处理，屏幕显示“0EE”。通过主持人允许按键进入下一轮的抢答。
    4)当选手正常抢中后，立刻停止倒计时，并显示抢中的选手号，如1号机抢中，应显示“P01”。通过主持人允许接键可进入回答倒计时。
    5)进入回答倒计时，选手必须在此段时间内完成回答，工作人员执行送分的工作。若超过回答时间，系统则进入回答超时处理，显示答题的选手号码与超时标记。以1号机为例，则应显示“1FF”。
    6)当选手确认自己回答完毕，向工作人员示意，工作人员立刻按下确认按键，停止倒计时。由主持人确认回答是否正确，正确的把加减状态按键设置为“加”状态，则给选手加上与等级相应的分数；错误的把加减状态按键设置为”减”状态，则给选手减去与等级相应的分数。再按下分数加减键即可送分。
    7)确认操作完毕，主持人按下允许按键则进入下一轮抢答。

5 结论
    本无线抢答记分系统以AT89S52／51单片机为控制核心，加上抢答信号发送与接收、抢答倒计时、答题倒计时、提示报警等功能电路，实现系统的功能要求；主持人和选手之间通信采用UM3758-108A编译码器和红外发送接收模块配合实现，达到了设计要求。