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1 引言 MCS51是指由美國INTEL公司(對了，就是大名鼎鼎的INTEL)生產(chǎn)的一系列單片機的總稱(chēng)，這一系列單片機包括了好些品種，如8031,8051,8751,8032,8052,8752等，其中8051是最早最典型的產(chǎn)品，該系列其它單片機都是在8051的基礎上進(jìn)行功能的增、減、改變而來(lái)的，所以人們習慣于用8051來(lái)稱(chēng)呼MCS51系列單片機，而8031是前些年在我國最流行的單片機，所以很多場(chǎng)合會(huì )看到8031的名稱(chēng)。但如是對一般的系統而言，這些功能往往閑置不用。那么就可以選用一些本來(lái)閑置不用的口線(xiàn)作為選通信號來(lái)進(jìn)行并行口的擴展，這樣就能充分利用單片機有限的i/o資源，在本設計中是將p1口擴展成一個(gè)或幾個(gè)8位并行口，在每一個(gè)八位口上接入8個(gè)發(fā)光二極管做為輸出，二極 管是做開(kāi)關(guān)量來(lái)使用的，在這里設計了跑馬燈和流水燈程序，做到對開(kāi)關(guān)量的開(kāi)斷控制;配合開(kāi)關(guān)量的控制筆者設計了一個(gè)共陽(yáng)led數碼管，用來(lái)顯示當前發(fā)光二極管發(fā)亮的序號，做到更加直觀(guān)的雙重控制效果，然后再將p0口通過(guò)d/a轉換器和一放大器輸出一個(gè)模擬信號，其結果可以通過(guò)示波器看出。這樣整個(gè)系統即有 了數字信號輸出和模擬信號輸出，也有數碼管顯示功能，實(shí)用性能大提高了。 2 基于89c51的系統硬件設計 2.1 并行口的擴展的電路設計 AT89C51是一種帶4K字節FLASH存儲器(FPEROM- FlashProgrammableandErasableReadOnlyMemory)的低電壓、高性能CMOS8位微處理器，俗稱(chēng)單片機。 AT89C2051是一種帶2K字節閃存可編程可擦除只讀存儲器的單片機。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復擦除1000次。該器件采用ATMEL高密度 非易失存儲器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的 AT89C51是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡(jiǎn)版本。AT89C單片機為很多嵌入式控制系統提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。 眾所周知，c51系列的單片機都有四個(gè)i/o口(p0、p1、p2、p3)，那么at89c51也不例外，但我們通常僅僅使用p1口作為并行 口，而令其余口(p2、p3)處于閑置狀態(tài)，所以這次設計，我們就是使用閑置不用的p3口做為選能信號線(xiàn)來(lái)將p1口進(jìn)行并行口擴展。 (1) 種方式的并行口擴展優(yōu)點(diǎn) 連線(xiàn)簡(jiǎn)單; 不占用存儲器空間; (2) 編程也方便靈活。但也有很大的缺點(diǎn) 并行口擴展能力有限，(如使用74ls573(74ls373)且不進(jìn)行驅動(dòng)處理，則最多可擴展4個(gè)同樣類(lèi)型的并行輸出端口，當然還需要與之對應的四個(gè)選通信號。) 如擴展較多，選通信號占用并行口位數太多，例如欲擴展8個(gè)并行輸出端口，則需要8個(gè)選能信號，此時(shí)，僅選能信號就占用了一個(gè)8位并行口，這對在 i/o端口線(xiàn)有限的單片機系統中，如此浪費資源的現象是不能容忍的。在本次的設計中，采用芯片74hc573(帶三態(tài)輸出的八進(jìn)制透明d型鎖存器)對p1 口進(jìn)行了一個(gè)8位并行口的擴展，選通信號選用p3口的p3.3引腳。原理圖如圖1所示： 圖1 pi口擴展電路 2.2 擬信號輸出的電路設計 數模轉換器，又稱(chēng)D/A轉換器，簡(jiǎn)稱(chēng)DAC,它是把數字量轉變成模擬的器件。D/A轉換器基本上由4個(gè)部分組成，即權電阻網(wǎng) 絡(luò )、運算放大器、基準電源和模擬開(kāi)關(guān)。模數轉換器中一般都要用到數模轉換器，模數轉換器即A/D轉換器，簡(jiǎn)稱(chēng)ADC,它是把連續的模擬信號轉變?yōu)殡x散的數 字信號的器件。最常見(jiàn)的數模轉換器是將并行二進(jìn)制的數字量轉換為直流電壓或直流電流，它常用作過(guò)程控制計算機系統的輸出通道，與執行器相連，實(shí)現對生產(chǎn)過(guò) 程的自動(dòng)控制。數模轉換器電路還用在利用反饋技術(shù)的模數轉換器設計中。 模擬信號的輸出需要用到d/a轉換器，這里我使用最常用的8位的d/a轉換器dac0832來(lái)轉換數字電壓信號。因dac0832是并行d/a轉換集成電路， 其輸出為電流型，在使用時(shí)，必須額外增加一個(gè)運算放大器，才能得到電壓信號，在本次電路中使用了1個(gè)lm741放大器來(lái)放大信號輸出，lm741是一個(gè)普通的單操作的放大器，具有輸入電壓范圍大，短路電壓保護，高增益和不需頻率補償等優(yōu)點(diǎn)。dac0832的片選端口與單片機的p2.2相連，xfer和 wr2接地，使之一直處于使能狀態(tài)，即輸入數據寄存器中的數字信號可直接轉換為模擬信號。d/a轉換電路的輸出是一個(gè)周期的正弦波，通過(guò)外接示波器可以清淅的看到。另外模擬信號的輸出引在一個(gè)外接端子上，可以與其它系統相連接，做到通用性的效果。d/a轉換原理圖如圖2所示： 圖2 d/a轉換 2.3 靜態(tài)數碼管顯示的電路設計 靜態(tài)驅動(dòng)也稱(chēng)直流驅動(dòng)。靜態(tài)驅動(dòng)是指每個(gè)數碼管的每一個(gè)段碼都由一個(gè)單片機的I/O端口進(jìn)行驅動(dòng)，或者使用如BCD碼二-十進(jìn)制譯碼器譯碼進(jìn)行驅動(dòng)。靜態(tài)驅動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是編程簡(jiǎn)單，顯示亮度高，缺點(diǎn)是占用I/O端口多，如驅動(dòng)5個(gè)數碼管靜態(tài)顯示則需要5×8=40根I/O端口來(lái)驅動(dòng)，要知道一個(gè) 89S51單片機可用的I/O端口才32個(gè)呢：)，實(shí)際應用時(shí)必須增加譯碼驅動(dòng)器進(jìn)行驅動(dòng)，增加了硬件電路的復雜性。 數碼管按段數分為七段數碼管和八段數碼管，八段數碼管比七段數碼管多一個(gè)發(fā)光二極管單元(多一個(gè)小數點(diǎn)顯示);按能顯示多少個(gè)"8"可分為1 位、2位、4位等等數碼管; 數碼管要正常顯示，就要用驅動(dòng)電路來(lái)驅動(dòng)數碼管的各個(gè)段碼，從而顯示出我們要的數字，因此根據數碼管的驅動(dòng)方式的不同，可以分為靜態(tài)式和動(dòng)態(tài)式兩類(lèi)。這里 我們所設計的電路顯示是屬于靜態(tài)顯示那種，是兩位靜態(tài)數碼管顯示，其主要的功能是顯示當前發(fā)光led的序號，比如如果當前是l1燈在亮的話(huà)，數碼管將顯示 11,是l2燈亮，數碼管顯示22字樣等。電路的設計使用2個(gè)8位的移位寄存器(74hc164)，和兩個(gè)八段的led數碼管(共陽(yáng)的)加上2個(gè) 8×330ω的排阻構成。靜態(tài)數碼管顯示的優(yōu)點(diǎn)在于，編寫(xiě)程序相對比較簡(jiǎn)單，一旦將欲顯示的數據發(fā)送出去，只要當前顯示的數據沒(méi)有變化，就無(wú)須理睬它。不足之處在于，如果顯示的位數太多，硬件的開(kāi)銷(xiāo)和電源的功耗問(wèn)題將會(huì )很?chē)乐?比如這里，只需顯示兩位，就需要用到兩塊74hc164和2個(gè)排阻)。電路原理圖如圖3所示： 圖3 顯示電路 2.4 電源部分電路的設計 整個(gè)電路系統使用9v~12v的直流電源供電，故使用一個(gè)拔碼開(kāi)關(guān)和一個(gè)二極管，以起保護作用，這里拔碼開(kāi)關(guān)只起到電源開(kāi)關(guān)的作用。由于cpu電源為5v,所以使用l7805三端穩壓來(lái)供cpu電源，電源指示燈一個(gè)。電源部分電路圖如圖4所示： 圖4 電源電路 2.5 復位部分電路設計 本電路的復位電路是用一個(gè)復位芯片max706p來(lái)設計的，并帶有復位按鈕一個(gè)。這里復位是低電平有效的，有手動(dòng)復位按鈕，當程序跑飛或無(wú)響應時(shí)可以選用手動(dòng)復位。復位信號來(lái)自于cpu的p22口。復位電路原理圖如圖5所示。 圖5 復位電路 3 系統軟件部分設計與應用 程序已經(jīng)調試通過(guò)，整個(gè)程序實(shí)現的功能如下： p1口的八位擴展，控制8個(gè)開(kāi)關(guān)led指示燈，程序實(shí)驗了對這8個(gè)指示燈的開(kāi)關(guān)跑馬控制，實(shí)驗程序可以編寫(xiě)從l1至l8的循環(huán)發(fā)亮，在每個(gè)發(fā)光 二極管發(fā)光的同時(shí)，數碼管顯示當前發(fā)亮led的序號，比如11、22、33等等。也可讓每個(gè)二極管閃爍，可以規定閃爍時(shí)間為半秒鐘或更長(cháng)，然后再在每一個(gè) led指示燈閃爍的同時(shí)，讓led數碼管顯示當前閃爍的指示燈的序號，比如，l1燈閃爍時(shí)，數碼管顯示11字樣，l2燈閃爍時(shí)，數碼管顯示22字樣等等。 在數模轉換這一子函數的編寫(xiě)上，是使用指針數組來(lái)寫(xiě)的，dac0832實(shí)現da的轉換的芯片，實(shí)現的功能是輸出一正弦波模擬信號，當在端子口接一示波器時(shí)，示波器將輸出一正弦波圖形。主程序流程圖如(圖6)所示。以上所述是整個(gè)系統的功能，所有的程序都已經(jīng)通過(guò)調試試驗，實(shí)驗證明是可行的。 4 結束語(yǔ) 整個(gè)系統的軟件已經(jīng)完全通過(guò)調試，證明是切實(shí)可行的，整個(gè)系統的硬件設計是本著(zhù)單片機系統設計的簡(jiǎn)單化原則來(lái)設計，顯的簡(jiǎn)煉有序，軟件編寫(xiě)也非常簡(jiǎn)單易懂。本系統設計比較適合于在小型系統中應用。 |
