【正文】 電路、顯示電路、報(bào)警電路、時(shí)鐘電路、復(fù)位電路[6]。具體電路原理圖見(jiàn)附錄A。 電路組成框圖： 按鍵電路控制電路顯示電路報(bào)警電路 搶答器總體設(shè)計(jì)方框圖 競(jìng)賽搶答器各部分電路原理圖介紹 單片機(jī)最小系統(tǒng)總線型單片機(jī)非總線應(yīng)用的最小系統(tǒng)示意圖如圖3所示，只有單片機(jī)和時(shí)鐘電路、復(fù)位電路構(gòu)成的最簡(jiǎn)單電路，并行總線不用于外圍擴(kuò)展，可作為應(yīng)用系統(tǒng)的I/O口使用[7]。 單片機(jī)最小系統(tǒng) 的最小系統(tǒng)系統(tǒng)特點(diǎn)有大量可使用的I/O口；沒(méi)有并行擴(kuò)展，應(yīng)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；外圍器件只能通過(guò)UART口的串行移位方式或虛擬串行擴(kuò)展總線進(jìn)行擴(kuò)展。STC89C52的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖STC89C52的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖如圖4所示：ROM并行接口RAM串行接口定時(shí)器/計(jì)數(shù)器中斷系統(tǒng)內(nèi)部總線SFR特殊功能寄 存P0TXD RXDINTO INT1CPU微處理器P1P2P3內(nèi)部總線T0 T1 STC89C52內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖52單片機(jī)有4個(gè)8位并行輸入/輸出接口：P0、PP2和P3口這四個(gè)口既可以并行輸入或輸出8位數(shù)據(jù)，又可按位使用，即每一位均能獨(dú)立做輸入或輸出用[8]。圖5為各接口的電氣結(jié)構(gòu)示意圖。 P0、PPP3口的電氣結(jié)構(gòu)圖I/O端口的功能復(fù)用。P3口為復(fù)用的I/O端口，口內(nèi)有復(fù)用輸出功能的控制端；引腳也有復(fù)用輸入功能的控制端。： P3口的第二功能輸入引腳端口引腳第二功能說(shuō) 明RXD串行數(shù)據(jù)接受TXD串行數(shù)據(jù)發(fā)送外部中斷0申請(qǐng)外部中斷1申請(qǐng)T0定時(shí)/計(jì)數(shù)器0輸入T1定時(shí)/計(jì)數(shù)器1輸入外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器讀選通P0、PPP3口作為普通I/O口使用時(shí)，都是準(zhǔn)雙向口結(jié)構(gòu)，準(zhǔn)雙向口的典型結(jié)構(gòu)如圖(5)b所示，準(zhǔn)雙向口的輸入操作和輸出操作本質(zhì)不同，輸入操作是讀引腳狀態(tài)；輸出操作是對(duì)口鎖存器的寫(xiě)入操作。由口鎖存器和引腳電路可知，當(dāng)由內(nèi)部總線給口鎖存器置0或1時(shí)，鎖存器中的“1”或“0”狀態(tài)立即反映到引腳上。但是在輸入操作（讀引腳）時(shí)，如果口鎖存器狀態(tài)為“0”，引腳被鉗位在“0”狀態(tài)，導(dǎo)致無(wú)法讀出引腳的高電平輸入。 按鍵電路鍵盤(pán)掃描只是CPU工作的一部分，鍵盤(pán)處理只是在有鍵按下時(shí)才有意義[9]。對(duì)于是否有鍵按下的信息輸入方式有中斷方式和查詢方式兩種,行列式鍵盤(pán)工作原理。 按鍵電路行列式鍵盤(pán)又叫矩陣式鍵盤(pán)。用I/O線組成行、列結(jié)構(gòu)，按鍵設(shè)置在行與列的交點(diǎn)上，這樣可以節(jié)約I/O口線。4： 44矩陣式鍵盤(pán)的示意圖 四位共陰極LED動(dòng)態(tài) 顯示接口電路 首先由P1口的高四位輸出0電平，從P1口的低四位讀取鍵盤(pán)的狀態(tài)；再?gòu)腜1口的低四位輸出0電平，從P1口的高四位讀取鍵盤(pán)狀態(tài)。將兩次讀取的結(jié)果組合起來(lái)就可以得到一組特編碼，： 44矩陣式鍵盤(pán)鍵碼表按鍵名稱K0K1K2K3K4K5K6K7K8特征鍵碼77H7BH0BBH0DBH7DH0BDH0DDH7EH0BEH按鍵名稱K9KAKBKCKDKEKF未按特征鍵碼0DEH0B7H0D7H0EEHOEDH0EBH0E7H0FFH 顯示電路顯示電路為四位共陰極LED動(dòng)態(tài)顯示接口電路。單個(gè)共陰極7段數(shù)碼的段選碼如表3所示： 7段共陰數(shù)碼管段選碼表顯示字符0123456789共陰極段選碼3FH06H5BH4FH66H6DH7DH07H7FH6FH共陰極LED數(shù)碼管將發(fā)光二極管的陰極（負(fù)極）短接后作為公共陰極，當(dāng)驅(qū)動(dòng)信號(hào)為高電平、“”端接低電平時(shí)才能發(fā)光。這樣的多位顯示，將所有位的選線并聯(lián)在一起，由一個(gè)8位I/O口控制，實(shí)現(xiàn)各部分的分時(shí)選通。由于所有位選皆由一個(gè)I/O口控制，在每一瞬間6位LED會(huì)顯示相同的字符。想要每一位顯示不同的字符，就必須采用掃描方法輪流點(diǎn)亮各位LED，即在每一瞬間只使某一位顯示字符。在此瞬間，段選控制I/O口輸出相應(yīng)字型碼，而位選則控制I/O口在該顯示位送出低電平，以保證該位顯示相應(yīng)字符。如此輪流，使每一位分時(shí)顯示該位應(yīng)顯示字符。： 共陰極數(shù)碼管管腳配置及動(dòng)態(tài)顯示接口電路 報(bào)警電路考慮到實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有的元器件，設(shè)計(jì)中采用了蜂鳴器報(bào)警電路，如果有條件還可以采用更高級(jí)的語(yǔ)音報(bào)警電路，那樣更加直觀方便。 所示： XTAL2XTAL1晶振C2C1單 片 機(jī) 蜂鳴器報(bào)警電路 單片機(jī)外接晶體的接法工作工程：，“0”時(shí)，74LS04端輸出為“1”，晶體管導(dǎo)通，蜂鳴器兩端獲得約+5V的電壓而鳴叫；“1”時(shí)，三極管截止，蜂鳴器停止鳴叫。電路中74LS04不僅起到了反向作用，還有增大負(fù)載能力的作用。 時(shí)鐘電路時(shí)鐘電路用于產(chǎn)生單片機(jī)工作所需要的時(shí)鐘信號(hào)。設(shè)計(jì)中采用了比較典型的內(nèi)部時(shí)鐘方式， 所示：其工作原理是：片內(nèi)高增益反向放大器XTALXTAL2外接作為反饋元件的晶體（呈感性）與電容組成的并聯(lián)諧振回路構(gòu)成一個(gè)自激振蕩器向內(nèi)部時(shí)鐘電路提供振蕩時(shí)鐘。 復(fù)位電路復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作，其主要功能是將程序計(jì)數(shù)器PC初始化為0000H，使單片機(jī)從0000H單元開(kāi)始執(zhí)行程序。復(fù)位操作不影響片內(nèi)RAM的內(nèi)容，但是對(duì)SFR中的一些寄存器有影響。 復(fù)位電路單片機(jī)的復(fù)位是靠外部電路復(fù)位的。其復(fù)位方式有上電復(fù)位和按鍵手動(dòng)復(fù)位兩種。復(fù)位電路中的電阻、電容數(shù)值的設(shè)置，是為了保證在RST管腳處至少保持兩個(gè)機(jī)器周期（24個(gè)振蕩周期）的高電平而完成復(fù)位過(guò)程的，也就是在斯密特觸發(fā)器的輸入端維持在最低閥值電壓以上足夠長(zhǎng)時(shí)間，使斯密特觸發(fā)器產(chǎn)生一個(gè)正脈沖。電阻值通常為1K，電容值通常為22uF。 制板根據(jù)設(shè)計(jì)的電路原理圖，利用我們的制版軟件Altium Designer Winter 09 設(shè)置我們的PCB電路板。設(shè)計(jì)流程：設(shè)計(jì)原理圖、定義元件封裝、設(shè)置PCB圖紙、生成網(wǎng)表和加載網(wǎng)表、布線、調(diào)試及故障分析系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)。 設(shè)計(jì)原理圖創(chuàng)建一個(gè)新項(xiàng)目；創(chuàng)建一張新的原理圖圖紙；查找元件；在原理圖中放置元件；設(shè)置元件屬性；放置電源和接地符號(hào)；繪制原理圖。 定義元件封裝 原理圖設(shè)計(jì)完成后，元件的封裝有可能被遺漏或有錯(cuò)誤。對(duì)于用戶自己設(shè)計(jì)的元件或者是某些特殊元件，必須由用戶自己定義或修改元件的封裝。 設(shè)置PCB圖紙可以設(shè)定PCB電路板的結(jié)構(gòu)及尺寸，板層數(shù)目，通孔的類型，網(wǎng)格的大小等，既可以用系統(tǒng)提供的PCB設(shè)計(jì)模板進(jìn)行設(shè)計(jì)，也可以手動(dòng)設(shè)計(jì)PCB板。 生成網(wǎng)表和加載網(wǎng)表 網(wǎng)表是電路原理圖和印刷電路板設(shè)計(jì)的接口，只有將網(wǎng)表引入PCB系統(tǒng)后，才能進(jìn)行電路板的自動(dòng)布線。 布線調(diào)試及故障分析系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)設(shè)置布線規(guī)則后，先自動(dòng)布線，然后手工調(diào)整。在元件很少且布線簡(jiǎn)單的情況下，也可以直接進(jìn)行手動(dòng)布線。： 搶答器的PCB電路圖 系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)眾多軟件的聯(lián)合使用對(duì)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)起到了很重要的作用，在實(shí)物制作之前對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行仿真，可以檢驗(yàn)程序的執(zhí)行結(jié)果是否與設(shè)計(jì)的功能相同，這樣可以對(duì)程序進(jìn)行改進(jìn)。在這里用到了Keil C和Proteus，同時(shí)在電路制板時(shí)用到了Altium Designer Winter 09繪制PCB板。 主流程調(diào)用鍵值處理按鍵掃描是否有健按下 初始化開(kāi)始返回 N Y 主流程圖 按鍵掃描流程每一個(gè)按鍵都對(duì)應(yīng)一個(gè)處理子程序，包括了對(duì)矩陣鍵盤(pán)和調(diào)整時(shí)間按鍵的掃描。啟動(dòng)定時(shí)器T1倒計(jì)時(shí)60s Flag=0Flag3=2或者Flag3=4 Flag3=4ADD/SUB=0SCC++/SCC矩陣鍵盤(pán)掃描有鍵按下 Flag=1