图 2-1 4位七段数码管显示电路图
上图中数码管采用的是4位一体七段共阳数码管，其中A~H段分别接到单片机的P0口，由单片机输出的P0口数据来决定段码值，位选码COM1，COM2，COM3,COM4,(COM1,COM2, COM3,COM4)分别接到单片机的P2^0，P2^1，P2^2 ，P2^3，(P2^4，P2^5，P2^6，P2^7)由单片机来决定当前该显示的是哪一位。在图中还有一个排阻，连接在P0口上，用作P0口的上拉电阻，保证P0口没有数据输出时候处于高电平状态。
通过查表法，将其在数码管上显示出来，其中P0口为字型码输入端，P2口的8位为字选段输入段。在这里我们通过查表将字型码送给8段数码管显示的数字。
2.2 控制器选择
控制器主要用于对显示、抢答、声音、计分等模块进行控制。
采用ATMEL公司的AT89C51作为系统控制器的CPU方案。单片机算术运算功能强，软件编程灵活、自由度大，可以用软件编程实现各种算法和逻辑控制，并且由于其功耗低、体积小、技术成熟和成本低等优点，使其在各个领域应用广泛。
2.3 键盘选择
键盘是单片机不可缺少的输入设备，是实现人机对话的纽带。键盘按结构形式可以分为非编码键盘和编码键盘，前者用软件方法产生键码，而后者则用硬件方法来产生键码。在单片机中使用的都是非编码键盘，因为非编码键盘结构简单，成本低廉，非编码键盘的类型很多，常用的有独立式键盘，行列式键盘等。本设计采用独立式键盘：
键盘接口中使用多少根I/O线，键盘中就有几个按键，键盘接口使用了8根I/O口线，该键盘就有8个按键，这种类型的键盘，其按键比较少，且键盘中各按键的工作互不干扰。因此可以根据实际需要对键盘中的按键灵活的编码。如图2-2。
最简单的编码方式就是根据I/O输入口所直接反映的相应按键，按下的状态进行编码，
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称按键直接状态码，对于这样编码的独立式键盘，CPU可以通过直接读取I/O口的状态来获取按键的直接状态编码值，根据这个值直接进行按键识别，这样形式的键盘结构简单，按键识别容易。
独立式键盘的缺点是需要占用比较多的I/O口线，当单片机应用系统键盘中需要的按键比较少或I/O口线比较富余时，可以采用这样类型的键盘。
图2-2 独立式键盘 2.4 时钟频率电路的设计
单片机必须在时钟的驱动下才能工作。在单片机内部有一个时钟振荡电路，只需要外接一个振荡源就能产生一定的时钟信号送到单片机内部的各个单元，决定单片机的工作速度。时钟电路如下图所示。
图 2-3 外部振荡源电路
一般选用石英晶体振荡器。此电路在加电大约延迟10ms后振荡器起振，在XTAL2引脚产生幅度为3V左右的正弦波时钟信号，其振荡频率主要由石英晶振的频率确定。电路中两
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个电容C1，C2的作用有两个：一是帮助振荡器起振；二是对振荡器的频率进行微调。
单片机在工作时，由内部振荡器产生或由外直接输入的送至内部控制逻辑单元的时钟信号的周期称为时钟周期。其大小是时钟信号频率的倒数。图中时钟频率为12MHz。
2.5 复位电路的设计
单片机的第9脚RST为硬件复位端，只要将该端持续4个机器周期的高电平即可实现复位，复位后单片机的各状态都恢复到初始化状态，其电路图如下所示：
图2-4 按键复位电路
2.6 报警电路
利用程序来控制单片机某个口线的“高”电平或“低”电平，接上蜂鸣器就能发出声音，若再利用延时程序控制“高”或“低”电平的持续时间，就能改变蜂鸣器鸣叫的时间。
本文设计如下图所示。图中利用单片机的I/O端口P1^6，单片机通过设定该端口的高、低电平使蜂鸣器发声。
图 2-5 发声电路
3.系统硬件连接原理总图
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图2-6 系统硬件连接原理图
4.元器件清单
4位8段数码管 2只； AT89C51芯片 1只； 12M晶振 1只； 30PF瓷片电容 2只； 10UF电解电容 1只； 电阻1KΩ、200Ω、2.2KΩ 各一只； 按键BUTTON 11只； 三极管8550 1只； 蜂鸣器 1只； 排阻471、102 各一只； 74LS245 一只；
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第三章 软件的设计
3.1程序流程图
开始 设置定时器 检测抢答开始键是否按下 启动定时器、蜂鸣器 检测抢答键是否按下 显示选手编号 倒计时是否完成 检测加分键是否按下 对应数码管加一 检测减分键是否按下 对应数码管减一 检测抢答复位键是否按下 图3-0
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