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一、设计背景与核心需求

在知识竞赛、教学互动、技能比拼等场景中，传统抢答器常存在路数固定、计时精度低、提示方式单一的问题，难以满足多组别参与与直观交互的需求。基于STM32的多路抢答器时间显示声音提示系统，借助STM32的高性能定时器与外设驱动能力，可实现多组别抢答、精准计时、声光双重提示，契合毕设课设中“多信号检测+时序控制+多模态反馈”的教学目标。

本系统以STM32F103C8T6为核心，核心需求明确：支持8路抢答按键输入，每组对应独立LED指示灯；具备抢答前准备倒计时（0-99秒可调）与抢答后锁定功能，计时精度≤0.1秒；抢答成功后，立即锁定其他组别按键，通过LCD12864显示抢答组别与剩余时间，同时蜂鸣器发出提示音（成功/失败区分音调）；支持主持人复位与时间调整功能，适配Proteus仿真环境，硬件简洁、程序稳定，满足毕设课设对功能性与可靠性的考核。

二、系统总体架构设计

系统采用“输入-控制-计时-显示-提示”五层模块化架构，以STM32F103C8T6为核心，各模块通过GPIO、I2C等接口协同形成功能闭环。

输入层包含8路抢答按键（接PA0-PA7）与2组主持人按键（“复位”“时间调整”接PB0-PB1），实现抢答操作与流程控制；控制层是核心，负责检测抢答信号、判断优先级、锁定按键，通过STM32的定时器TIM2实现计时基准，TIM3控制蜂鸣器音调；计时层依托TIM2生成10ms计时中断，累计实现0-99秒可调倒计时，倒计时结束未抢答则触发“超时”提示；显示层为LCD12864（通过I2C接口接PB10-PB11），实时展示倒计时时间、抢答组别与系统状态；提示层由蜂鸣器（接PC13，通过PWM控制音调）与8路LED指示灯（接PC0-PC7）组成，抢答成功时对应LED亮、蜂鸣器发高频提示音，失败/超时发低频提示音。

三、核心模块设计与实现

（一）抢答检测与计时控制模块

抢答检测逻辑：系统初始化后进入“准备状态”，TIM2启动（10ms中断），LCD显示倒计时（默认30秒）。此阶段STM32循环扫描8路抢答按键，若某路按键被按下（GPIO口检测到低电平），立即置位“抢答锁定”标志，关闭其他按键检测，记录抢答组别；若倒计时降至0仍无按键触发，置位“超时”标志。按键检测采用软件防抖，检测到电平变化后延时10ms再次采样，避免误触发。

计时控制模块：TIM2中断服务函数中，每10次中断（即0.1秒）更新倒计时变量，同步刷新LCD显示；倒计时为0时，停止TIM2，触发超时提示。主持人按下“时间调整”键，可通过额外按键（复用PB2-PB3）增减倒计时（1秒/次，范围0-99秒），调整后重启TIM2，恢复准备状态。

（二）显示与声音提示模块

显示模块通过LCD12864分区域展示信息：准备状态下，第一行显示“Countdown: XX.Xs”，第二行显示“Ready for Respond”；抢答成功后，第一行显示“Winner: Group X”，第二行显示“Time Left: XX.Xs”；超时状态下，显示“Time Out! No Winner”。LCD驱动通过I2C通信实现，STM32发送指令控制显示内容刷新，确保信息清晰无闪烁。

声音提示模块通过TIM3生成PWM信号控制蜂鸣器：抢答成功时，PWM频率设为2kHz，持续发声0.5秒；超时或无效操作时，频率设为500Hz，持续发声1秒。PWM信号占空比固定为50%，确保提示音清晰；提示结束后，关闭TIM3，避免持续发声。LED指示灯与抢答组别联动，成功时对应GPIO口输出高电平点亮LED，直至主持人按下“复位”键清零所有标志，恢复初始状态。

四、系统调试与验证

系统仿真基于Proteus 8.15搭建，构建STM32最小系统，接入抢答按键、主持人按键、LCD12864、蜂鸣器与LED，检查接线无误后调试。

功能测试中，主持人启动后，倒计时从30秒递减，第5组抢先按键，系统锁定其他按键，LCD显示“Winner: Group 5”，对应LED亮、蜂鸣器发高频提示音；倒计时降至0未抢答，触发低频提示音与超时显示；调整倒计时为45秒，计时精准无偏差。稳定性测试连续运行15次抢答流程，包含正常抢答、超时、复位操作，系统无按键误判、计时错乱问题，显示与提示同步准确。仿真结果表明，系统功能完整、响应及时，符合毕设课设考核标准。

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