简单，不但从性能上优于方案一和方案二，而且在使用上及其功能的实现上都较其他方案简洁，并且由于单片机具有优越的高集成电路性，使其工作速度更快、效率更高。另外单片机采用12MHz的晶振，提高了信号的测量精度，并且使该系统可以通过软件改进来扩张功能。该模式充分体现了原有系统性能的改进，功能的扩展及其他同类系统的不同之处，它包括硬件逻辑图与软件流程图，比较经济实用，所以我们选用单片机的方案。

2.2 智能抢答器模块化设计

该抢答器系统的硬件设计是以单片机为中心控制模块，采用模块化设计的八路抢答器，具有六个模块，分别为：按键输入模块、显示模块、时钟与复位模块、报警模块、电源模块、核心控制模块。

系统的主要功能模块原理框图如图2-1所示。

图2-1 主要功能模块原理框图

按键输入模块共有14个按键，分为抢答按键和控制按键。抢答按键共有八个，分别为S1―S8，供抢答选手进行抢答使用，P1口为八个按键抢答信号的输入口，低电平有效。控制按键有六个，分别为S9―S14， 其中S9和S10分别为“抢答时间调整键”和“回答时间调整键”， 其对应的I∕O接口分别为P3.2和P3.3；S11和S12分别为时间“加1”和“减1”按键，其对应的I∕O接口分别为P3.4和P3.5；S13和S14分别为“抢答开始按键”和“抢答停止按键”，其对应的I∕O接口分别为P3.0和P3.1；

显示模块本系统采用四个共阳极LED数码管显示，一个数码管用来显示抢答到问题的选手的号码，两个用来显示倒计时时间，一个未使用的数码管作为以

后的扩展使用。数码管采用74LS244来驱动，74LS244是TTL8输入3态缓冲器∕线驱动器，它的输出电流可以达到24mA。

时钟与复位模块包括时钟电路和复位电路，单片机的最小系统就是由时钟电路、复位电路、电源电路及单片机构成。单片机的时钟信号用来提供单片机片内各种操作的时间基准，单片机的时钟信号通常用两种电路形式得到：内部振荡方式和外部振荡方式。复位操作则使单片机的片内电路初始化，使单片机从一种确定的初态开始运行。根据应用的要求，复位操作通常有两种基本形式：上电复位或开关复位。当5l系列单片机的复位引脚RST(全称RESET)出现2个机器周期以上的高电平时，单片机就执行复位操作。如果RST持续为高电平，单片机就处于循环复位状态。

报警模块在本系统中为附加模块，它的主要用途就是起到提示并引起人们的注意。它只有在两种情况下才发出报警，一是“开始抢答”按键没有按下时，选手就按下了“抢答键”，报警电路发出报警，提示有选手发生抢答；二是每道题的抢答时间和问题的回答时间在倒计时5秒时，报警电路发出报警，提示选手倒计时的时间即将耗尽。

电源模块是为了增强本系统应用的广泛性而设计的模块，在我们常用的单片机或其他外围芯片的电源供给电压一般为直流+5V、+3V和+12V，现实中的使用电压为交流220V，为了增加其现实意义，故设计了电源模块，它的主要任务是将交流220V电压转换为本系统中可以直接使用的直流+5V。

核心控制模块就是人们所谓的CPU，它是整个系统的总控制部分，本系统的核心控制模块为51系列的单片机，只有我们通过软件程序的编写，并将程序写入单片机，该系统才会正确的工作。

3 硬件设计

本设计分为硬件设计和软件设计，这两者相互结合，不可分离。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。为使硬件电路设计尽可能合理，应注意以下几方面：

(1) 工业上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，否则因为程序空间不够使不得不进行空间扩展。

(4) RAM空间，大部分51系列单片机的内部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。

3.1核心控制模块

3.1.1单片机的选型

单片机实际上就是把CPU、RAM、ROM、定时器/计数器、I/O接口电路等微型机的主要部件集成在一块芯片上，因此称之为单片机Mircocontroller。由于它具有体积小，性价比高，耗电少，可靠性高，有易于掌握和使用，所以现在微型机不仅占领了原来实用小型机的各个领域，而且广泛应用于过程控制等场合，此外还可应用于过去计算机无法深入的方面，如测量仪器、教学装置、医疗设备、家用电器等。

经过多年的发展，8位单片机已有60多个系列，近600多个种类，市场上可见到的如美国Fairchild公司的F8系列，Intel公司的MCS-48、MCS-51、MCS-196系列产品，Motorola公司的6801、6805系列产品，Zilog公司的Z8、Supper8系列产品，Rockwell公司的6501、6502系列产品，Philips公司的80C51系列产品,Microchip公司的PIC系列和Ateml公司的AT89系列等，Intel公司的单片机在市场上占主流地位，其中MCS-51系列产品又占主导地位。我国应用引进的单片机主流产品是MCS-51、MCS-96系列。

MCS-51单片机是美国INTE公司于1980年推出的产品，典型产品有 8031（内部没有程序存储器，实际使用方面已经被市场淘汰）、8051（芯片采用HMOS，功耗是630mW，是89C51的5倍，实际使用方面已经被市场淘汰）和8751等通用产品，一直到现在， MCS-51内核系列兼容的单片机仍是应用的主流产品（比如目前流行的89S51、89C51等），各高校及专业学校的培训教材仍与MCS-51单片机作为代表进行理论基础学习。有些文献甚至也将8051泛指MCS-51系列单片机，8051是早期的最典型的代表作，MCS-51内核实际上已经成为一个8位单片机的标准。

其他的公司的51单片机产品都是和MCS-51内核兼容的产品而以。同样的一段程序，在各个单片机厂家的硬件上运行的结果都是一样的，如ATMEL的89C51、89S51， PHILIPS（菲利浦），和WINBOND（华邦）等，我们常说的89C51指的是ATMEL公司的 AT89C51单片机，同时是在原基础上增强了许多特性，如时钟，更优秀的是由Flash（程序存储器的内容至少可以改写1000次）存储器取带了原来的ROM（一次性写入），AT89C51的性能相对于8051已经算是非常优越的了。

总体来说单片机的种类很多，在实际设计和工作中选择好单片机非常重要，