基于單片機的擴展8個輸入端口的設(shè)計

1、摘 要：本設(shè)計主要利用型號為AT89S52的單片機及并行輸入8位移位寄存器74LS165擴展了8個單片機的輸入端口，并利用編程軟件Keilc51及仿真軟件Proteus編寫與設(shè)計要求匹配的程序并進行了仿真。由于利用匯編語言編寫單片機程序循環(huán)次數(shù)最大為255，故循環(huán)次數(shù)受限。而利用C語言無限循環(huán)語句編寫程序則循環(huán)次數(shù)可以達到很大，可解決此問題。關(guān)鍵詞：AT89S52，74LS165，擴展，串行口通信目 錄1.設(shè)計背景12.設(shè)計方案1方案一：查詢方式和P1口低電平輸出1方案二：中斷方式和P1口高電平輸出13.方案實施1硬件設(shè)計11 電源電路的設(shè)計12 復(fù)位電路設(shè)計23 時鐘電路設(shè)計24并行輸入8位

2、移位寄存器74LS165設(shè)計3軟件設(shè)計41 流程圖設(shè)計52 程序的編寫與仿真53.3 實物制作64.結(jié)果與結(jié)論6設(shè)計結(jié)果6設(shè)計結(jié)論65.收獲與致謝66.參考文獻67.附件6附件一：程序6附件二：電路原理圖8附件三：程序流程圖9附件四：元器件清單10附件五：實物圖照片111.設(shè)計背景隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，越來越多的電子產(chǎn)品的設(shè)計都向數(shù)字化、智能化、自動化方向發(fā)展，各種電子設(shè)備及通信系統(tǒng)的復(fù)雜度、集成度越來越高，大批主導(dǎo)電子產(chǎn)品，如計算機、數(shù)字音響、數(shù)字電視、數(shù)控機床等都廣泛應(yīng)用了單片機技術(shù)。為了趕上時代的步伐，同時也為了培養(yǎng)大學(xué)生的實際動手能力、開發(fā)能力、獨立思考能力分析實踐能力，將理論應(yīng)用于社

3、會生產(chǎn)實踐的能力，故而開展此次課程設(shè)計活動。2.設(shè)計方案方案一：查詢方式和P1口低電平輸出 編寫程序通過對串行口接收中斷標志位RI狀態(tài)的查詢控制程序的執(zhí)行順序并利用P1口輸出低電平驅(qū)動發(fā)光二極管顯示結(jié)果。方案二：中斷方式和P1口高電平輸出編寫程序通過對串行口接收中斷標志位RI狀態(tài)的查詢產(chǎn)生中斷請求，控制程序的執(zhí)行順序并利用P1口輸出高電平驅(qū)動發(fā)光二極管顯示結(jié)果。由于AT89S52單片機本身的中斷數(shù)量僅有5個，為了以后功能的擴展、節(jié)省中斷源且本設(shè)計對效率要求不高，故采用查詢方式。又考慮到灌電流與拉電流的優(yōu)缺點，利用P1口輸出低電平驅(qū)動發(fā)光二極管。基于以上兩方面的考慮，本設(shè)計采用方案一實現(xiàn)設(shè)計要求

4、。3.方案實施硬件設(shè)計利用并行輸入8位移位寄存器74LS165、型號為AT89S52的單片機、電容、電阻、撥動開關(guān)、11.0592MHz晶振、橋堆2W10、三端集成穩(wěn)壓器7805、發(fā)光二極管等器件完成硬件原理圖的設(shè)計。3.11 電源電路的設(shè)計 利用橋堆2W10對變壓器輸出的9V電壓進行整流并利用三端穩(wěn)壓器7805對其穩(wěn)壓和變壓輸出5V電壓。其中C4、C5、C6、C7作為旁路電容，濾除高頻分量使輸出穩(wěn)定。，具體電路原理圖如圖3-1所示。3-1 電源電路原理圖3.12 復(fù)位電路設(shè)計為了防止程序出錯（如程序跑飛）或操作錯誤使系統(tǒng)處于死鎖狀態(tài)，需設(shè)計復(fù)位電路使AT89S51能夠擺脫“跑飛”或“死鎖”狀

5、態(tài)而重新啟動程序。當(dāng)給復(fù)位腳RST加上大于2個機器周期（即24個時鐘振蕩周期）的高電平就可以使AT89S52復(fù)位，使程序從0000H單元開始執(zhí)行。復(fù)位電路可采用上電自動復(fù)位和按鍵手動復(fù)位兩種方式，而按鍵手動復(fù)位又可以分為按鍵電平復(fù)位和按鍵脈沖復(fù)位兩種方式。本設(shè)計采用按鍵電平復(fù)位方式，電路圖如下圖3-2所示。3-2按鍵電平復(fù)位方式電路圖3.13 時鐘電路設(shè)計時鐘頻率直接影響單片機的速度，時鐘電路的質(zhì)量也直接影響單片機系統(tǒng)的穩(wěn)定性。常用的時鐘電路有兩種方式，一種是內(nèi)部時鐘方式，另一種是外部時鐘方式，本設(shè)計采用內(nèi)部時鐘方式。AT89S52內(nèi)部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，輸入端為芯片引腳X

6、TAL1，輸出端為引腳XTAL2。這兩個引腳跨接石英晶體振蕩器和微調(diào)電容，構(gòu)成一個穩(wěn)定的自激振蕩器 。C1和C2的典型值通常選擇為30pF，本設(shè)計采用的電容值為33pF。電容大小會影響振蕩器頻率高低、振蕩器的穩(wěn)定性和起振的快速性。晶振頻率范圍通常是1.212MHz，本設(shè)計采用晶振的頻率為11.0592MHz。晶體頻率越高，單片機速度就越快。速度快對存儲器的速度要求就高，則要求線間的寄生電容要小。晶體和電容應(yīng)盡可能與單片機靠近，以減少寄生電容，保證振蕩器穩(wěn)定、可靠地工作。本設(shè)計的時鐘電路圖如圖3-3所示。3-3 時鐘電路3.14并行輸入8位移位寄存器74LS165設(shè)計當(dāng)74LS165的端口1由高

7、到低跳變時，并行輸入端的數(shù)據(jù)被置入寄存器；當(dāng)端口1為高電平，且時鐘禁止端（第15腳）為低電平時，允許TXD（P3.1）串行移位脈沖輸入，這時在移位脈沖作用下，數(shù)據(jù)由右向左方向移動，以串行方式進入串行口的接收緩沖器中。TXD（P3.1）作為移位脈沖輸出與所有75LS165的移位脈沖輸入端CP相連；RXD（P3.0）作為串行數(shù)據(jù)輸入端與74LS165的串行輸出端7相連；P2.0與端口1相連，用來控制74LS165的串行移位或并行輸入；74LS165的時鐘禁止端（第15腳）接地，表示允許時鐘輸入。74LS165原理圖如下圖3-4所示。 3-474LS165原理圖軟件設(shè)計利用查詢方式查詢串行口接收中斷

8、標志位RI狀態(tài)控制程序的執(zhí)行順序，若RI=1，則調(diào)用服務(wù)子程序，否則繼續(xù)查詢；并通過特殊功能寄存器A將數(shù)據(jù)送入P1口控制發(fā)光二極管的狀態(tài)。3.21 流程圖設(shè)計3.22 程序的編寫與仿真建立工程項目和文本文件利用匯編語言編寫程序并保存為文件名為“擴展8個輸入端口設(shè)計.A51”文件。調(diào)試程序時出錯，由于不存在指令DEC DPTR，未能編譯成功，后來將其刪除并利用其他指令完成了相同的功能，調(diào)試且編譯成功。程序見附件一。打開仿真軟件Proteus，按照預(yù)先畫好的電路原理圖在Proteus軟件中繪制相應(yīng)圖形。繪制完畢后將由Keilc51生成的.hex文件導(dǎo)入單片機進行仿真。電路圖見附件二。3.3 實物制

9、作元器件布局并按照原理圖在萬能板上安裝器件，將晶振緊靠AT89S52以減少寄生電容，保證振蕩器穩(wěn)定、可靠地工作。且將撥動開關(guān)與其所對應(yīng)的發(fā)光二極管相對應(yīng)。安裝完畢后進行焊接并檢查是否有虛焊和漏焊。4.結(jié)果與結(jié)論設(shè)計結(jié)果設(shè)計完成任務(wù)且實物電路能很好的實現(xiàn)設(shè)計要求中所規(guī)定的內(nèi)容。設(shè)計結(jié)論在元器件的布局中未設(shè)計電源線和地線的多點接入出，使得焊接過程中電源線和地線的焊接困難，將書友電源線接至一點，地線接到一點，致使電路板的美觀性下降。改進措施：可以將萬能電路板上的矩形銅條割斷，一側(cè)為電源，一側(cè)為地即可。5.收獲與致謝通過兩周的課程實習(xí)，理解了“紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行”的道理。理論和實際間的差距

10、相當(dāng)大，平常學(xué)習(xí)的原理大多在理想的條件下，在實際的情況下不能完全適用。而要想克服實際與理論間的溝壑，必須對課本知識有深刻的理解。雖然課本知識不能完全的解決現(xiàn)實中的問題，但實際問題的解決絕對離不開課本知識。此外，在這次實習(xí)中我要感謝給予我?guī)椭椭笇?dǎo)的楊欣老師以及我的同學(xué)，離開了他們的幫助我不可能又快又好的完成設(shè)計任務(wù)。在此，我要將最真摯的感謝送給他們。6.參考文獻1 張毅剛.單片機原理與應(yīng)用.北京：高等教育出版社，2004.12 何立民.單片機應(yīng)用技術(shù)選編.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，1993.6附件一：程序ORG 0000HLJMP MAINORG 0100HMAIN : MOV SP,#3

11、0H ;設(shè)置堆棧指針LCALL DELAY;調(diào)用延時子程序START: CLR P2.0 ;并行置入數(shù)據(jù)SETB P2.0 ;允許串行移位MOV SCON , #10H;設(shè)置串口方式0，允許接收，啟動接收SINT: JNB RI ,SINT;未接收完一幀，等待CLR RI;RI標志清零，準備下一次接收MOV A,SBUF;讀入數(shù)據(jù)并送至P1口MOV P1,ALCALL DELAY0;調(diào)用延時子程序 SJMP STARTSJMP $DELAY : MOV R6,#100;延時子程序設(shè)計DEL0 : MOV R5,#100DEL1 : MOV R4,#50DEL2 : DJNZ R4,DEL2DJNZ R5,DEL1DJNZ R6,DEL0RET DELAY0 : MOV R3,#0FFH;延時子程序設(shè)計DEL00 : MOV R2,#0FFHDEL01 : DJNZ R2,DEL01DJNZ R3,DEL00RET END附件二：電路原理圖附件三：程序流程圖附件四：元器件清單名稱 型號與規(guī)格 數(shù)量電阻680R17電阻10K1電容32p2電容104p3電容1000u27805174LS1651AT89S521綠色發(fā)光二