串并轉(zhuǎn)換接口設(shè)計(jì)

1、目 錄0 前言11 總體方案設(shè)計(jì)12 硬件電路設(shè)計(jì)22.1 單片機(jī)系統(tǒng)22.1.1 74LS164電路32.1.2 鍵盤53 軟件設(shè)計(jì)63.1 主程序63.2 串口工作方式084 調(diào)試分析85 結(jié)論及進(jìn)一步設(shè)想8參考文獻(xiàn)9課設(shè)體會(huì)10附錄1 電路仿真圖11附錄2 程序清單12沈陽航空航天大學(xué)課程設(shè)計(jì)論文 串并轉(zhuǎn)換接口設(shè)計(jì)串并轉(zhuǎn)換接口設(shè)計(jì)摘要：本文設(shè)計(jì)了一種基于單片機(jī)串并轉(zhuǎn)換方法，由單片機(jī)、74ls164、數(shù)碼管等組成。由于單片機(jī)在工業(yè)控制領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，單片機(jī)由芯片內(nèi)僅有CPU的專用處理器發(fā)展而來。最早的設(shè)計(jì)理念是通過將大量外圍設(shè)備和CPU集成在一個(gè)芯片中，使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)更小，更容易集成進(jìn)復(fù)雜的

2、而對(duì)體積要求嚴(yán)格的控制設(shè)備當(dāng)中。優(yōu)點(diǎn)是實(shí)現(xiàn)串并轉(zhuǎn)換簡單方便。關(guān)鍵詞：單片機(jī) ；74LS164 ；數(shù)碼管顯示0 前言 自從單片機(jī)誕生以來，就在工業(yè)自動(dòng)控制等諸多領(lǐng)域里發(fā)揮著巨大的作用，在傳統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域里，一般是用單片機(jī)配合市場上所能買到的邏輯器件完成系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)，盡管單片機(jī)功能強(qiáng)大，能將許多功能的實(shí)現(xiàn)放在軟件里，從而在較大程度上簡化了系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)，但是這種選擇通用元件來構(gòu)成硬件電路的方法并未改變。由于單片機(jī)在工業(yè)控制領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，單片機(jī)由芯片內(nèi)僅有CPU的專用處理器發(fā)展而來。最早的設(shè)計(jì)理念是通過將大量外圍設(shè)備和CPU集成在一個(gè)芯片中，使計(jì)算機(jī)系統(tǒng)更小，更容易集成進(jìn)復(fù)雜的而對(duì)體積要求嚴(yán)格的

3、控制設(shè)備當(dāng)中。 INTEL的Z80是最早按照這種思想設(shè)計(jì)出的處理器，當(dāng)時(shí)的單片機(jī)都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8031，此后在8031上發(fā)展出了MCS51系列單片機(jī)系統(tǒng)。因?yàn)楹唵慰煽慷阅懿诲e(cuò)獲得了很大的好評(píng)。盡管2000年以后ARM已經(jīng)發(fā)展出了32位的主頻超過300M的高端單片機(jī)，直到目前基于8031的單片機(jī)還在廣泛的使用。在很多方面單片機(jī)比專用處理器更適合應(yīng)用于嵌入式系統(tǒng)，因此它得到了廣泛的應(yīng)用。事實(shí)上單片機(jī)是世界上數(shù)量最多處理器，隨著單片機(jī)家族的發(fā)展壯大，單片機(jī)和專用處理器的發(fā)展便分道揚(yáng)鑣。 現(xiàn)代人類生活中所用的幾乎每件電子和機(jī)械產(chǎn)品中都會(huì)集成有單片機(jī)。手機(jī)、電話、家用電器

4、、電子玩具、以及鼠標(biāo)等電腦配件中都配有1-2部單片機(jī)。 汽車上一般配備40多部單片機(jī)，復(fù)雜的工業(yè)控制系統(tǒng)上甚至可能有數(shù)百臺(tái)單片機(jī)在同時(shí)工作！單片機(jī)的數(shù)量不僅遠(yuǎn)超過PC機(jī)和其他計(jì)算的總和，甚至比人類的數(shù)量還要多。1 總體方案設(shè)計(jì)針對(duì)本課題的設(shè)計(jì)任務(wù)，進(jìn)行分析得到：本次設(shè)計(jì)用74ls164實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的串行輸入，并行輸出。該串并轉(zhuǎn)換接口的設(shè)計(jì)，在總體上大致可分為以下幾個(gè)部分組成：1 鍵盤部分，2 單片機(jī)部分,3 74ls164芯片部分，4 數(shù)碼管部分。系統(tǒng)原理框圖如圖1所示。 74ls164芯片單片機(jī) 鍵盤 數(shù)碼管圖1 系統(tǒng)原理框圖整個(gè)電路的工作原理是鍵盤輸入串行數(shù)據(jù)，經(jīng)單片機(jī)處理由P3.0口輸出傳

5、給74ls164芯片并行輸出給數(shù)碼管顯示。2 硬件電路設(shè)計(jì)2.1 單片機(jī)系統(tǒng) 單片機(jī)又稱單片微控制器,它不是完成某一個(gè)邏輯功能的芯片,而是把一個(gè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)集成到一個(gè)芯片上。概括的講：一塊芯片就成了一臺(tái)計(jì)算機(jī)。它的體積小、質(zhì)量輕、價(jià)格便宜、為學(xué)習(xí)、應(yīng)用和開發(fā)提供了便利條件。同時(shí)，學(xué)習(xí)使用單片機(jī)是了解計(jì)算機(jī)原理與結(jié)構(gòu)的最佳選擇。 單片機(jī)內(nèi)部也用和電腦功能類似的模塊，比如CPU，內(nèi)存，并行總線，還有和硬盤作用相同的存儲(chǔ)器件，不同的是它的這些部件性能都相對(duì)我們的家用電腦弱很多，不過價(jià)錢也是低的，一般不超過10元即可.用它來做一些控制電器一類不是很復(fù)雜的工作足矣了。我們現(xiàn)在用的全自動(dòng)滾筒洗衣機(jī)、排煙罩、

6、VCD等等的家電里面都可以看到它的身影，它主要是作為控制部分的核心部件。它是一種在線式實(shí)時(shí)控制計(jì)算機(jī)，在線式就是現(xiàn)場控制，需要的是有較強(qiáng)的抗干擾能力，較低的成本，這也是和離線式計(jì)算機(jī)的（比如家用PC）的主要區(qū)別。 單片機(jī)是靠程序的，并且可以修改。通過不同的程序?qū)崿F(xiàn)不同的功能，尤其是特殊的獨(dú)特的一些功能，這是別的器件需要費(fèi)很大力氣才能做到的，有些則是花大力氣也很難做到的。一個(gè)不是很復(fù)雜的功能要是用美國50年代開發(fā)的74系列，或者60年代的CD4000系列這些純硬件來搞定的話，電路一定是一塊大PCB板！但是如果要是用美國70年代成功投放市場的系列單片機(jī)，結(jié)果就會(huì)有天壤之別！只因?yàn)閱纹瑱C(jī)的通過你編寫

7、的程序可以實(shí)現(xiàn)高智能，高效率，以及高可靠性！單片機(jī)系統(tǒng)如圖2所示： 圖2 單片機(jī)系統(tǒng)2.1.1 74LS164電路74HCT164 是高速硅門 CMOS 器件，與低功耗肖特基型 TTL (LSTTL) 器件的引腳兼容。74HC164、74HCT164 是 8 位邊沿觸發(fā)式移位寄存器，串行輸入數(shù)據(jù)，然后并行輸出。數(shù)據(jù)通過兩個(gè)輸入端（DSA 或 DSB）之一串行輸入；任一輸入端可以用作高電平使能端，控制另一輸入端的數(shù)據(jù)輸入。兩個(gè)輸入端或者連接在一起，或者把不用的輸入端接高電平，一定不要懸空。時(shí)鐘 (CP) 每次由低變高時(shí)，數(shù)據(jù)右移一位，輸入到 Q0， Q0 是兩個(gè)數(shù)據(jù)輸入端（DSA和 DSB）的邏

8、輯與，它將上升時(shí)鐘沿之前保持一個(gè)建立時(shí)間的長度。主復(fù)位 (MR) 輸入端上的一個(gè)低電平將使其它所有輸入端都無效，同時(shí)非同步地清除寄存器，強(qiáng)制所有的輸出為低電平。 74ls164功能圖如圖3所示： 圖3 74ls164功能圖CLOCK 時(shí)鐘輸入端CLEAR 同步清除輸入端（低電平有效）A，B 串行數(shù)據(jù)輸入端QAQH 輸出端極限值電源電壓 7V輸入電壓 5.5V工作環(huán)境溫度54LS164 -5512574LS164 -070儲(chǔ)存溫度 -65150 74LS164是八位并出串行移位寄存器.功能是將數(shù)據(jù)串行移入,并行輸出.P!4=VCC,P7=GND. P1=A,P2=B,兩腳是數(shù)據(jù)串行移入口，P8=

9、時(shí)鐘，P9=清除. P3=QA,P4=QB,P5=QC,P6=QD,P10=QE,P11=QF,P12=QG,P13=QH是并行輸出口。 74ls164與單片機(jī)、數(shù)碼管的連接圖如圖4所示： 圖4 74ls164連接圖2.1.2 鍵盤 鍵盤采用獨(dú)立式鍵盤，對(duì)于這樣編碼的獨(dú)立式鍵盤，CPU可以通過直接讀取I/O口的狀態(tài)來獲取按鍵的直接狀態(tài)編碼值，根據(jù)這個(gè)值直接進(jìn)行按鍵識(shí)別。這種形式的鍵盤機(jī)構(gòu)簡單，按鍵的識(shí)別容易。獨(dú)立式鍵盤的缺點(diǎn)是需要占用較多的I/O口線。當(dāng)單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)鍵盤中需要的按鍵比較少或I/O口線比較富裕時(shí)，可以采用這種類型的鍵盤。鍵盤如圖5所示： 圖5 鍵盤3 軟件設(shè)計(jì)本課題的軟件設(shè)計(jì)采

10、用了模塊化設(shè)計(jì)的思想。針對(duì)分布式開發(fā)的挑戰(zhàn)，其技術(shù)解決方案就是模塊化。在一大塊緊密耦合的代碼中，每個(gè)單元都可能與其他單元進(jìn)行直接的接口。而模塊化應(yīng)用則正相反，它由小塊的、分散的代碼塊組成，每一塊都是獨(dú)立的。于是，這些代碼塊可以由不同的團(tuán)隊(duì)進(jìn)行開發(fā)，而他們都有各自的生命周期和時(shí)間表。最終的成果則可以由另一個(gè)獨(dú)立的個(gè)體，即發(fā)行者，進(jìn)行集成。 模塊化思維就是要程序員在完成任何一個(gè)功能模塊或函數(shù)的時(shí)候要多想一些,不要局限在完成當(dāng)前任務(wù)的簡單思路上,想想看該模塊是否可以脫離這個(gè)系統(tǒng)存在,是否可以通過簡單的修改參數(shù)的方式在其他系統(tǒng)系統(tǒng)和應(yīng)用環(huán)境下直接引用，這樣就能極大避免重復(fù)性的開發(fā)工作 。3.1 主程序

11、主程序流程如圖6所示。 開始 鍵值初始化 是否有鍵按下？ N Y 延時(shí)/去抖動(dòng) 識(shí)別按鍵 執(zhí)行按鍵所對(duì)應(yīng)功能 Y圖6 主程序流程圖3.2 串口工作方式0在方式0下，串行口作為同步移位寄存器使用，這時(shí)以 RXD（P3.0）端作為數(shù)據(jù)移位的入口和出口，而由TXD（P3.1）端提供移位時(shí)鐘脈沖。這種方式主要用于擴(kuò)展I/O接口。移位數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收以8位為一組，低位在前高位在后。其格式為：D0D1D2D3D4D5D6D7使用方式0實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的移位輸入輸出時(shí)，實(shí)際上是把串行口變成為并行口使用。串行口作為并行輸出口使用時(shí)，要有“串入并出”的移位寄存器（例如74LS164、74HC164等）配合 。4 調(diào)試分

12、析 當(dāng)按下“2”鍵時(shí)，數(shù)碼管顯示“2”.如圖7所示： 圖7 調(diào)試結(jié)果 當(dāng)按下其他鍵時(shí)，數(shù)碼管顯示對(duì)應(yīng)數(shù)字。調(diào)試結(jié)果正常。5 結(jié)論及進(jìn)一步設(shè)想根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，本設(shè)計(jì)基本完成了設(shè)計(jì)要求，但是由于個(gè)人能力原因還存在著鍵盤功能少的缺陷，可以通過掃描式鍵盤來進(jìn)一步改善電路的性能。本次課程設(shè)計(jì)是對(duì)我的綜合能力的檢驗(yàn)過程，是一個(gè)知識(shí)探索的過程，是將理論運(yùn)用于實(shí)際的一次嘗試。這次設(shè)計(jì)極大的鍛煉了我的動(dòng)手能力，使理論與實(shí)踐聯(lián)系起來，同時(shí)學(xué)到了很多在書本上學(xué)不到的東西?？梢哉f，這是對(duì)以前所學(xué)東西的一個(gè)鞏固，同時(shí)也是對(duì)所學(xué)知識(shí)的一個(gè)查漏補(bǔ)缺的過程，更是對(duì)今后所學(xué)知識(shí)的一個(gè)鋪墊過程。參考文獻(xiàn)1 周興華.手把手教你學(xué)單片

13、機(jī).北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2007.62 李斌，董慧穎.可重組機(jī)器人研究與發(fā)展現(xiàn)狀.沈陽工業(yè)學(xué)院院報(bào)，2000,19（4）：23-273 劉復(fù)華.單片機(jī)及其應(yīng)用系統(tǒng).北京:清華大學(xué)出版社,1992.34 肖金球. 單片機(jī)原理與接口技術(shù).M.北京:清華大學(xué)出版社,2004.125 郭天祥. 新概念51單片機(jī)C語言教程入門、提高、開發(fā)、拓展.電子工業(yè)出版社，2009.16 賴麒文.8051單片機(jī) C語言徹底應(yīng)用 北京：科學(xué)出版社，20027 李學(xué)海.標(biāo)準(zhǔn)80C51單片機(jī)基礎(chǔ)教程.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2006.8課設(shè)體會(huì)經(jīng)過兩周的單片機(jī)課程設(shè)計(jì)，最終完成了串并轉(zhuǎn)換接口的設(shè)計(jì)。從整體

14、情況來看，這次課程設(shè)計(jì)還是成功而且意義非常重大的，畢竟這次課程設(shè)計(jì)是在老師的耐心指導(dǎo)幫助下,通過自己親自編程，一步一步地調(diào)試運(yùn)行，最后得出設(shè)計(jì)結(jié)果，為畢業(yè)設(shè)計(jì)打下了一定的基礎(chǔ)。本次課程設(shè)計(jì)是對(duì)我們的綜合能力的檢驗(yàn)過程，是一個(gè)知識(shí)探索的過程，是將理論運(yùn)用于實(shí)際的一次嘗試。這次設(shè)計(jì)極大的鍛煉了我的動(dòng)手能力，使理論與實(shí)踐聯(lián)系起來，同時(shí)學(xué)到了很多在書本上學(xué)不到的東西。可以說，這是對(duì)以前所學(xué)東西的一個(gè)鞏固，同時(shí)也是對(duì)所學(xué)知識(shí)的一個(gè)查漏補(bǔ)缺的過程，更是對(duì)今后所學(xué)知識(shí)的一個(gè)鋪墊過程。本次課程設(shè)計(jì)和以往的課程設(shè)計(jì)有一個(gè)很大的不同點(diǎn)，就是動(dòng)手能力要求很高。通過對(duì)單片機(jī)的深入學(xué)習(xí)和掌握，學(xué)會(huì)了單片機(jī)的基礎(chǔ)編程和硬

15、件處理。雖然以前做過相關(guān)的實(shí)驗(yàn)，但這次課程設(shè)計(jì)讓我增長了更多的知識(shí)，單片機(jī)課程設(shè)計(jì)重點(diǎn)在于找到一種合理的設(shè)計(jì)方案，進(jìn)而安排硬件，配置參數(shù)，同時(shí)還需要很巧妙的軟件編程。程序編寫完了，需要一步一步地調(diào)試運(yùn)行，如果程序運(yùn)行有誤，可以通過單步運(yùn)行的形式運(yùn)行程序，以便檢查問題所在。從這次的課程設(shè)計(jì)中，我真真正正的意識(shí)到，在以后的學(xué)習(xí)中，要不斷加強(qiáng)理論知識(shí)的學(xué)習(xí)，并把所學(xué)的理論知識(shí)應(yīng)用到實(shí)際當(dāng)中，學(xué)習(xí)單片機(jī)也是如此，程序只有在經(jīng)常寫讀的過程中才能提高，這也是我在這次課程設(shè)計(jì)中最大的收獲。 2012年7月 20日完成附錄1 電路仿真圖 附錄2 程序清單ORG 0000HAJMP MAINORG 0030HM

16、AIN: MOV P3,#0FFH MOV A,#0FFH MOV P1,A MOV A,P1 CJNE A,#0FFH,GO1 AJMP MAIN GO1: ACALL DEL CJNE A,#0FFH,GO20 AJMP MAINGO20: MOV A,P1 CJNE A,#0FEH,GO21 AJMP PR0GO21: MOV A,P1 CJNE A,#0FDH,GO22 AJMP PR1GO22: MOV A,P1 CJNE A,#0FBH,GO23 AJMP PR2GO23: MOV A,P1 CJNE A,#0F7H,GO24 AJMP PR3GO24: MOV A,P1 CJNE

17、 A,#0EFH,GO25 AJMP PR4GO25: MOV A,P1 CJNE A,#0DFH,GO26 AJMP PR5GO26: MOV A,P1 CJNE A,#0BFH,MAIN AJMP PR6PR0: MOV SCON,#00H MOV A,#25H CLR P3.0 MOV SBUF,A CLR TI SETB P3.0 ACALL DEL CLR P3.0 AJMP MAINPR1: MOV SCON,#00H MOV A,#0DH CLR P3.0 MOV SBUF,A CLR TI SETB P3.0 ACALL DEL CLR P3.0 AJMP MAINPR2: MOV SCON,#00H MOV A,#98H CLR P3.0 MOV SBUF,A CLR TI SETB P3.0 ACALL DEL CLR P3.0 AJMP MAINPR3: MOV SCON,#00H MOV A,#049H CLR P3.0 MOV SBUF,A CLR TI SETB P3.0 ACALL DEL CLR P3.0 AJMP MAINPR4: MOV SCON,#00H MOV A,#041H CLR P3.0 MOV SBUF,A CLR TI SETB P3.0 ACALL DEL CLR