4 系统设计
本系统是用单片机采用模块化设计的八路抢答器，包括8路抢答按钮、计时显示、提示功能等、开始与结束控制按钮、时限设定、各种相关显示调控功能等。
本系统除抢答功能外，还有人性化的提示功能和时间提示功能，并设定了主持人控制按钮；主控系统的控制按钮做开始与结束的控制，根据活动参赛者的抢答次序，把提前抢答者的抢答行为设定为非法抢答，对抢答时限及回答问题时限设为倒计时的功能，并有LED数码管的数字显示作为提示。系统的主要功能模块方框图如图4.1所示。
4位数码管显示 AT89C52复位电路 开始、结束 按键输入 加一、减一 按键输入 单片机声音电路 8路抢答 按键输入
图4.1 系统功能模块图
在抢答比赛中广泛应用，各组分别有一个抢答按钮。一共有8个按键输入，分别对应8路选手的抢答按键。主持人有开始和结束键。在后台主持人可以修改抢答时间和选手回答问题的时间设置，初始状态下抢答时间为20s，回答问题时间为30s。通过加键和减键修改上述时间，改完后结束键确定。新时间开始有效，主持人按键开始后，选手开始抢答为有效，数码显示屏显示抢答时间倒计时和选手号，在最后五秒扬声器发生提示。如果主持人没有按下开始键而选手就抢答视为犯规，数码显示屏显示犯规者的代号，扬声器持续发生。主持人可按键结束，新一轮抢答开始。
系统需求分析
? 在抢答中，只有开始后抢答才有效，如果在开始抢答前抢答为无效。
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? 抢答限定时间和回答问题的时间可以在1～99s设定。
? 可以显示是哪位选手有效抢答和无效抢答，正确按键后有报警提示。 ? 抢答时间和回答问题时间倒记时显示，时间完后系统自动复位。 抢答器的基本工作原理：在抢答竞赛或呼叫时，有多个信号同时或不同时送入主电路中，抢答器内部的寄存器工作，并识别、记录第一个号码，同时内部的定时器开始工作，记录有关时间并产生超时信号。在整个抢答器工作过程中，显示电路、声音电路等还要根据现场的实际情况向外电路输出相应信号。抢答器的工作流程分为：系统复位、正常流程、违例流程等几部分。
4.1 设计思路
本设计分为硬件设计和软件设计；从时间上看，硬件设计的绝大部分工作量是在最初阶段，到后期往往还要做一些修改。只要技术准备充分，硬件设计的大返工是比较少的；软件设计的任务贯彻始终，到中后期基本上都是软件设计任务，随着集成电路技术的飞速发展，各种功能很强的芯片不断出现，使硬件电路的集成度越来越高，硬件设计的工作量在整个项目中的所占的比重逐渐下降。本设计根据以下思路设计：
(1) 尽可能采用功能强的芯片，以简化电路，功能强的芯片可以代替若干普通芯片，随着生产工艺的提高，新型芯片的的价格不断下降，并不一定比若干普通芯片价格的总和高。
(2) 留有设计余地。在设计硬件电路时，要考虑到将来修改扩展的方便。因为很少有一锤定音的电路设计，如果现在不留余地，将来可能要为一点小小的修改或扩展而被迫进行全面返工。
(3) 程序空间，选用片内程序空间足够大的单片机，本设计采用AT89C52单片机。
(4) RAM空间，AT89C52内部RAM不多，当要增强软件数据处理功能时，往往觉得不足。如果系统配置了外部RAM，则建议多留一些空间。如选用8155作I/O接口，就可以增强256字节RAM。如果有大批数据需要处理，则应配置足够的RAM，如6264，62256等。随着软件设计水平的提高，往往只要改变或增加软件中的数据处理算法，就可以使系统功能提高很多，而系统的硬件不必做任何更换就使系统升级换代。只要在硬件电路设计初期考虑到这一点，就应该为系统将来升级留足够的RAM
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空间，哪怕多设计一个RAM的插座，暂不插芯片也好。
(5) I/O端口：在样机研制出来后进行现场试用时，往往会发现一些被忽视的问题，而这些问题不是靠单纯的软件措施来解决的。如有些新的信号需要采集，就必须增加输入检测端；有些物理量需要控制，就必须增加输出端。如果在硬件电路设计就预留出一些I/O端口，虽然当时空着没用，那么用的时候就派上用场了。
4.2 硬件设计
电路主要应用单片机AT89C52。8路抢答按键分别接到单片机的P1.0~P1.7中。开始按键与结束按键分别接到单片机的P3.7-6脚。抢答时间调整按键和回答时间调整按键分别接到单片机的P3.5-4管脚， 4位数码管段选P0口。4位数码管的位选接P2口低3位，蜂鸣器输出为P3.0口。系统原理图如4.2所示。
图4.2 系统原理图
4.2.1 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。时钟电路如图4.3所示。
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图4.3 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。C1，C2的典型值为33PF。
4.2.2 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，其电路图如图4.4所示。
图4.4 复位电路
按键以及电解电容C3、电阻R2构成按键及上电复位电路。由于单片机是高电平复位，所以当按键RESET1按下时候，单片机的9脚RESET管脚处于高电平，此时单片机处于复位状态。当上电后，由于电容的缓慢充电，单片机的9脚电压逐步由高向低转化，经过一段时间后，单片机的9脚处于稳定的低电平状态，此时单片机上电复位完毕，系统程序从0000H开始执行。
值得注意的是，在设计当中使用到了硬件复位和软件复位两种功能，由上面的硬件复位后的各状态可知寄存器及存储器的值都恢复到了初始值，而前面的功能介绍中提到了倒计时的时间的记忆功能，该功能的实现的前提条件就是不能对单片机进行硬
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件复位，所以设定了软复位功能。软复位实际上就是当程序执行完毕之后，将程序指针通过一条跳转指令让它跳转到程序执行的起始地址。
4.2.3 显示电路的设计
显示功能与硬件关系极大，当硬件固定后，如何在不引起操作者误解的前提下提供尽可能丰富的信息，全靠软件来解决。在这里我们使用的是七段数码管显示，通常在显示上我们采用的方法一般包括两种：一种是静态显示，一种是动态显示。其中静态显示的特点是显示稳定不闪烁，程序编写简单，但占用端口资源多；动态显示的特点是显示稳定性没静态好，程序编写复杂，但是相对静态显示而言占用端口资源少。在本设计中根据实际情况采用的是动态显示方法。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口低3位为字选段输入端。在这里我们通过查表将字型码送给7段数码管显示的数字，数码管显示原理图4.5所示。
图4.5共阴极数码管
数码管采用的是4位七段共阴数码管，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----COM4分别接到单片机的P2.0----P2.3，由单片机来决定当前该显示的是哪一位。在图中还有八个1K的电阻，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。
4.2.4 键盘电路的设计
键盘是人与单片机打交道的主要设备。关于键盘硬件电路的设计方法也可以在文
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