單片機(jī)課程設(shè)計(jì)---擴(kuò)展8個(gè)輸出端口設(shè)計(jì)

1、<p>　　課 程 設(shè) 計(jì) 說 明 書</p><p>　　課程名稱： 《單片機(jī)技術(shù)》 </p><p>　　設(shè)計(jì)題目 擴(kuò)展8個(gè)輸出端口設(shè)計(jì) </p><p>　　院 系： 電子信息與電氣工程學(xué)院 </p><p>　　學(xué)生姓名： ______________</p&

2、gt;<p>　　學(xué) 號(hào)： ____________</p><p>　　專業(yè)班級(jí)： _____________________</p><p>　　指導(dǎo)教師： __________</p><p>　　2012年 5月 18 日</p><p>　　課 程

3、 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書</p><p>　　擴(kuò)展8個(gè)輸出端口設(shè)計(jì)</p><p>　　摘 要：由晶振和電容組成起振電路，對(duì)AT89S52提供工作頻率。由橋堆2W10接變壓器將交流電轉(zhuǎn)化為直流電，經(jīng)穩(wěn)壓集成電路7805穩(wěn)壓和電容濾波后得到+5V的電源電壓，對(duì)芯片和電路供電。在單片機(jī)AT89S52串行口的方式0工作下，將串行口擴(kuò)展8個(gè)并行輸出口，接八只LED輸出顯示。利用匯編對(duì)單片機(jī)進(jìn)行編程，

4、讓8個(gè)LED燈實(shí)現(xiàn)：每四個(gè)為一組,亮燈從中間向左移動(dòng)一次,再從中間向右移動(dòng)一次,接著從右向中間移動(dòng)一次,再從左向中間移動(dòng)一次,然后閃爍兩次,不斷循環(huán)。并通過電源開關(guān)及復(fù)位鍵對(duì)其進(jìn)行管理。</p><p>　　關(guān)鍵詞：AT89S52 移位寄存器芯片74LS164 橋堆2w10 串口擴(kuò)展 輸出端口 LED</p><p><b>　　目 錄</b><

5、/p><p>　　1.設(shè)計(jì)背景…………………………………………………………………… 5</p><p>　　1.1課題提出的意義……………………………………………………… 5</p><p>　　1.2對(duì)單片機(jī)的發(fā)展前景的展望………………………………………… 5</p><p>　　2.設(shè)計(jì)方案 …………………………………………………………………

6、… 6</p><p>　　2.1 原理圖設(shè)計(jì)方案 …………………………………………………… 6</p><p>　　2.1.1電源模塊的設(shè)計(jì)…………………………………………………… 6</p><p>　　2.1.2復(fù)位電路的設(shè)計(jì)…………………………………………………… 6</p><p>　　2.1.3時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)……………………………

7、………………………… 6</p><p>　　2.1.4主芯片架構(gòu)設(shè)計(jì)…………………………………………………… 6 </p><p>　　2.2程序設(shè)計(jì)方案……………………………………………………… 6</p><p>　　3.方案實(shí)施……………………………………………………7</p><p>　　3.1原理圖設(shè)計(jì)方案的實(shí)施………………………

8、…………………7</p><p>　　3.2程序設(shè)計(jì)方案的實(shí)施……………………………………………10</p><p>　　4.實(shí)物制作過程………………………………………………………12</p><p>　　5.結(jié)果與結(jié)論……………………………………………………12</p><p>　　5.1設(shè)計(jì)結(jié)果…………………………………………………… 1

9、2</p><p>　　5.2設(shè)計(jì)結(jié)論和心得體會(huì)…………………………………………12</p><p>　　6.收獲與致謝…………………………………………………………13</p><p>　　7.參考文獻(xiàn)……………………………………………………………13</p><p>　　8.附件…………………………………………………………………14<

10、/p><p><b>　　1. 設(shè)計(jì)背景</b></p><p>　　1.1課題提出的意義</p><p>　　MCS-51系列單片機(jī)有4個(gè)并行口(P0，P1，P2，P3口)，但對(duì)一個(gè)稍微復(fù)雜的應(yīng)用系統(tǒng)來說，真正可供用戶使用的并行口數(shù)量是有限的，況且常常因擴(kuò)展I2C和SPI的器件需占用某些并行口，這就迫使我們不得不擴(kuò)展并行口以滿足實(shí)際的需要。在RX

11、D和TXD沒被使用的情況下，可以利用RXD和TXD端口和移位寄存器74LS164將串行口擴(kuò)展為多組八位的并行輸出口，這樣就可以用本來閑置不用的端口進(jìn)行并行口的擴(kuò)展，能充分利用單片機(jī)有限的I/O資源，并擴(kuò)展了并行口的數(shù)量。本課題以變傳統(tǒng)的“接受式學(xué)習(xí)”為“主動(dòng)式學(xué)習(xí)”為宗旨。以AT89S52為基礎(chǔ)，對(duì)其與日常生活，生產(chǎn)實(shí)際聯(lián)系較為密切的應(yīng)用性知識(shí)進(jìn)行深加工，提高我們的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力。通過實(shí)習(xí)在我們深入學(xué)習(xí)理論知識(shí)的基礎(chǔ)上通過實(shí)踐來檢驗(yàn)

12、我們所學(xué)的知識(shí)，理論和實(shí)踐相結(jié)合，使我們更加牢固的掌握所學(xué)的知識(shí)。</p><p>　　1.2對(duì)單片機(jī)發(fā)展前景的展望</p><p>　　單片機(jī)的應(yīng)用越來來越廣泛，上述擴(kuò)展并行口只是為了單片機(jī)更復(fù)雜的應(yīng)用。隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)應(yīng)用的發(fā)展，單片機(jī)廣泛應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)控制、智能化儀表、計(jì)算機(jī)外部設(shè)備的控制和順序控制、家用電器、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、并行處理等系統(tǒng)中，同時(shí)，由于許多新穎技術(shù)應(yīng)用于單片機(jī).使單

13、片機(jī)的功能趨向于多樣化、專用化,指令的功能越來越強(qiáng)。縱觀單片機(jī)的發(fā)展過程，可以預(yù)測(cè)單片機(jī)的幾個(gè)發(fā)展趨勢(shì)：低功耗CMOS化、微型單片化、主流與多品種共存、大容量高性能、串行擴(kuò)展技術(shù)?？梢娢覀兩畹母鱾€(gè)領(lǐng)域都離不開單片機(jī)，單片機(jī)改變著我們的生活，所以說它有著廣泛的應(yīng)用前景。 </p><p><b>　　2.設(shè)計(jì)方案</b></p&

14、gt;<p>　　2.1原理圖設(shè)計(jì)方案</p><p>　　2.1.1.電源模塊的設(shè)計(jì)</p><p>　　電源模塊是實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入交流電的整流，通過橋堆2W10實(shí)現(xiàn)交流電的單向輸出，利用7085穩(wěn)壓及電容的儲(chǔ)電特性，組成穩(wěn)壓電路，從而實(shí)現(xiàn)5V的直流輸出。</p><p>　　2.1.2復(fù)位電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　單片機(jī)AT

15、89S52的有效復(fù)位電平是至少兩個(gè)機(jī)器周期的高電平。本次設(shè)計(jì)的時(shí)鐘頻率為12MHz，兩個(gè)機(jī)器周期即為2us，為了實(shí)現(xiàn)兩個(gè)機(jī)器周期的持續(xù)高電平，選擇了極性電容與電阻串接，按鍵短路電容的方式組成復(fù)位電路。</p><p>　　2.1.3時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)</p><p>　　本次課題設(shè)計(jì)采用內(nèi)部時(shí)鐘的方式，AT89S52單片機(jī)內(nèi)部已有一個(gè)用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器，它的輸入端為芯片引腳XTAL

16、1，輸出端為引腳XTAL2，只需在這兩引腳跨接晶振和微調(diào)電容，構(gòu)成一個(gè)穩(wěn)定的自激振蕩器。</p><p>　　2.1.4主芯片架構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　本次課題使用了AT89S52及74LS164芯片，74LS164是一個(gè)移位寄存器，其真值表為下圖（1）</p><p>　　圖（1）74LS164真值表 </p><p>　　H = HI

17、GH（高）電平 　</p><p>　　h = 先于低-至-高時(shí)鐘躍變一個(gè)建立時(shí)間 (set-up time) 的 HIGH（高）電平 　</p><p>　　L = LOW（低）電平 　　</p><p>　　l = 先于低-至-高時(shí)鐘躍變一個(gè)建立時(shí)間 (set-up time) 的 LOW（低）電平 　</p><p>　　q = 小寫字

18、母代表先于低-至-高時(shí)鐘躍變一個(gè)建立時(shí)間的參考輸入 (referenced input) 的狀態(tài) </p><p>　　AT89S52通過串行口RXD與74ls164的A、B輸入端口相接，負(fù)責(zé)傳輸數(shù)據(jù)，而TXD端口與74ls164的clk端口相接，提供同步時(shí)鐘信號(hào)。XTAL1與XTAL2分別接晶振的兩端，與外部電路構(gòu)成時(shí)鐘電路</p><p><b>　　2.2程序設(shè)計(jì)方案<

19、;/b></p><p>　　AT89S52單片機(jī)內(nèi)部有4個(gè)并行口，當(dāng)內(nèi)部并行口不夠用時(shí)可以外擴(kuò)并行口芯片?？蓴U(kuò)展的的并行口芯片很多，分成兩類：不可編程的并行口芯片（74LS64）和可編程并行接口芯片（8255）。</p><p>　　本課題軟件編譯的的關(guān)鍵核心就是對(duì)串口的控制，讓其實(shí)現(xiàn)不同數(shù)據(jù)的并口輸出。</p><p><b>　　方案一：<

20、;/b></p><p>　　由AT89S52的串行口RXD輸出信息由74ls64的管腳1，2，由TXD輸出的脈沖信號(hào)與74LS164的CLOCK管腳相連控制74LS164的輸出鎖存與變換，將轉(zhuǎn)化成并行數(shù)據(jù)輸出到led上顯示。</p><p>　　首先根據(jù)要實(shí)現(xiàn)的LED燈的亮滅不同，編寫八位二進(jìn)制數(shù)，繪出數(shù)表，寫入單片機(jī)。</p><p>　　單片機(jī)通過查表分

21、別傳出各個(gè)八位二進(jìn)制數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)LED燈的亮閃功能。</p><p>　　然后要實(shí)現(xiàn)數(shù)表中數(shù)據(jù)的依次輸出，每次查詢數(shù)表中一個(gè)數(shù)據(jù)后，數(shù)據(jù)指針地址加一指向下一數(shù)據(jù)，便下一次查表讀取數(shù)據(jù)，延遲一秒后，讀取下一數(shù)據(jù)，直至數(shù)表中數(shù)據(jù)讀取完畢。</p><p>　　最后設(shè)計(jì)循環(huán)體，實(shí)現(xiàn)數(shù)表的循環(huán)讀取輸出。</p><p><b>　　方案二：</b><

22、;/p><p>　　在LED燈閃滅控制的數(shù)據(jù)輸出時(shí)，采用按照其要求結(jié)果依次編寫輸出程序。不過在編寫程序時(shí)，不免產(chǎn)生了多次重復(fù)的寫入數(shù)據(jù)到SBUF、調(diào)用、延時(shí)等程序，占用了大量的存儲(chǔ)空間，如此的反復(fù)書寫，顯得冗長(zhǎng)單調(diào)硬件電路連好后，要想使8255工作還需要對(duì)8255進(jìn)行初始化，顯然編程比較麻煩，但是8255擴(kuò)展的并行輸出口個(gè)數(shù)可由工作方式選擇，這是其優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　74LS164為非

23、可編程并行口輸出芯片，不需要進(jìn)行初始化，軟件編程比較簡(jiǎn)單，但是以增加電路復(fù)雜度為代價(jià)的因此選擇方案一。</p><p><b>　　3. 方案實(shí)施</b></p><p>　　3.1原理圖設(shè)計(jì)方案的實(shí)施</p><p>　　原理圖的制作選擇了用Altium.Designer設(shè)計(jì)，因?yàn)槠涞脑忑R全，使用方便，在繪制過程中有許多快捷功能，快熟實(shí)現(xiàn)

24、所要求的設(shè)計(jì)結(jié)果。</p><p>　　實(shí)現(xiàn)電源模塊，用一header連接外部電源，接到橋堆2W10上實(shí)現(xiàn)單相整流，再利用7805跨接調(diào)節(jié)電容實(shí)現(xiàn)電壓的穩(wěn)定輸出。</p><p><b>　　圖3.1電源模塊</b></p><p>　　復(fù)位電路，用一極性電容與2k電阻串聯(lián)，用一個(gè)觸發(fā)按鈕短接電容，當(dāng)按鍵按下時(shí)，短路電容，提供以高電平，并且電容

25、放電，松開后電容充電繼續(xù)提供一個(gè)高電平復(fù)位信號(hào)，滿足至少2us的高電平的設(shè)計(jì)要求。</p><p><b>　　圖3.2復(fù)位電路</b></p><p>　　實(shí)現(xiàn)晶振外接電路，晶振兩端跨接兩30uf電容，與內(nèi)部反相器構(gòu)成自激振蕩產(chǎn)生時(shí)鐘信號(hào)。</p><p>　　圖 3.3 12M晶振部分</p><p>　　主芯片AT

26、89S52的端口連接。XTAL1與XTAL2端口分別晶振外部電路相連，RST端口接復(fù)位電路，P3.0端口與74LS164的A、B段并接，P3.1接74LS164的CLK端。74LS164的MR端、VCC端接VCC電源。GND端接GND電源。</p><p>　　圖3.4 74ls164擴(kuò)展并行輸出口</p><p>　?。?）LED顯示部分電路。為保護(hù)LED燈，分別與之串聯(lián)一個(gè)電阻，構(gòu)成8

27、個(gè)并聯(lián)的分支電路。8個(gè)LED燈共陰的方式接在GND上，分支電路分別接在74LS164的Q0-Q7的輸出端口。</p><p>　　圖4.4LED顯示電路</p><p>　　3.2程序設(shè)計(jì)方案的實(shí)施</p><p>　　繪制出軟件流程圖如下：</p><p>　　用Keil設(shè)計(jì)應(yīng)用程序：</p><p>　?。?）Pr

28、oject/New u Vision Project/輸入工程名liubing點(diǎn)擊保存，選擇單片機(jī)型號(hào)為Atmel/AT89S52,點(diǎn)擊OK;</p><p>　?。?）File/New新建完之后再按File/Save輸入liubing.asm保存，然后按下列步驟將liubing.Asm添加到liubing工程里，右鍵點(diǎn)擊Source Group 1/Add File to Group ‘Source Group

29、 1’/liubing.Asm/Add；</p><p>　?。?）在asm文件里用匯編語言編寫下列程序</p><p>　　org 1000h; 程序起始地址</p><p>　　mov scon,#00h; 設(shè)置串行口為方式0</p><p>　　mov sbuf,#00H; 將SBUF初始化為零</p>

30、;<p>　　clr p3.0; 將P3.0初始化</p><p>　　START: mov r1,#0ch ; 令r1=12</p><p>　　mov dptr,#tab; 查表</p><p>　　mov r0,#00h; 令r0=0</p><p>　　RE

31、C: mov a,r0; 從表頭開始查表</p><p>　　movc a,@a+dptr </p><p>　　mov sbuf,a; 將查表所得值移入串行口緩存器</p><p>　　wait: jnb ti,wait; 當(dāng)串口傳數(shù)據(jù)時(shí)一直等待 </p><p>　　clr ti;

32、 當(dāng)串口傳完數(shù)據(jù)后將發(fā)送標(biāo)志位清零</p><p>　　lcall delay; 調(diào)用延時(shí)子程序 </p><p>　　inc r0; r0自加一</p><p>　　djnz r1,REC;循環(huán)12次查表，在led上輸出 </p><p>　　ajmp START;

33、循環(huán)十二次之后，重新開始執(zhí)行</p><p>　　delay: mov r2,#100;令r2=100</p><p>　　del2: mov r3,#100; 令r3=100</p><p>　　del1: mov r4,#100; 令r4=100</p><p>　　del0: djnz

34、 r4,del0; del0循環(huán)100次</p><p>　　djnz r3,del1 ; del1循環(huán)100次</p><p>　　djnz r2,del2 ; del2循環(huán)100次</p><p><b>　　ret </b></p><p>　　tab: db 3ch,78h,3

35、ch,1eh; led輸出表</p><p>　　db 0fh,1eh,0f0h,78h </p><p>　　db 00h,0ffh,00h,0ffh</p><p><b>　　end</b></p><p>　　執(zhí)行，若有錯(cuò)誤會(huì)提示出現(xiàn)錯(cuò)誤處，對(duì)程序進(jìn)行修改，直至程序正確之后，進(jìn)行相關(guān)設(shè)置會(huì)生成HEX文件。

36、</p><p>　?。?）雙擊DSN文件里AT89S52，選擇Keil生成的hex文件，點(diǎn)擊運(yùn)行，對(duì)程序和軟件進(jìn)行調(diào)試。</p><p><b>　　4. 實(shí)物制作過程</b></p><p><b>　　4.1實(shí)物的焊接</b></p><p>　　首先，依照PCB模板上生成器件封裝圖，按照各個(gè)

37、模塊分區(qū)域，之后按連線就近原則排布器件。</p><p>　　其次，將元器件按照PCB板上的排布固定在萬能板上。本著元器件在電路板上插裝的順序先低后高，先小后大，先輕后重，先易后難，先一般元器件后特殊元器件，且上道工序安裝后不能影響下道工序的安裝原則來安裝元器件。而且元器件應(yīng)分布均勻，排列整齊美觀，不能斜排，不能一邊高一邊低，立體交叉和重疊排列。</p><p>　　然后，進(jìn)行焊接，要準(zhǔn)備

38、一個(gè)有條理整潔的焊接環(huán)境， 在焊接的過程中，不應(yīng)該有毛刺、空隙、污垢。要嚴(yán)格遵守以下原則：一，焊頭與引腳的接觸時(shí)間盡量不要超過3秒為宜，防止燒壞器件。二，要使焊錫均勻包住引腳，不能出現(xiàn)虛焊情況。三，集中精力以防焊錯(cuò)出現(xiàn)元器件間的短路情況。焊接完畢后要檢查一下是否有虛焊、漏焊、錯(cuò)焊、橋接，并清理掉焊點(diǎn)的焊料保證焊板焊點(diǎn)光滑、過度均勻、無毛刺、元件排列整齊美觀。</p><p><b>　　5. 結(jié)果與結(jié)論

39、</b></p><p><b>　　5.1 設(shè)計(jì)結(jié)果</b></p><p>　　在指導(dǎo)老師的指導(dǎo)和我們小組四個(gè)成員的集體努力下我們最終完成了擴(kuò)展8個(gè)輸出端口設(shè)計(jì)，實(shí)物電路的焊接，經(jīng)調(diào)試后滿足實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)要求，即接通電源后8個(gè)LED燈4個(gè)為一組，使亮燈的4個(gè)從中間開始向左移動(dòng)一次，再從中間開始向右移動(dòng)一次，接著從最右端向中間移動(dòng)一次，在從最右端向中間移動(dòng)一

40、次，然后閃爍兩次，不斷循環(huán)。按下復(fù)位按鍵便重新開始循環(huán)。</p><p>　　5.2設(shè)計(jì)結(jié)果和心得體會(huì)</p><p>　　在這兩周的課程設(shè)計(jì)中，在本次設(shè)計(jì)中我主要負(fù)責(zé)電源模塊的設(shè)計(jì)，交流電源經(jīng)過變壓通過橋堆2W10和 7805經(jīng)過電容進(jìn)行濾波，并實(shí)現(xiàn)了交流電壓變?yōu)?V的直流電源，從而直接給單片機(jī)提供正常的工作電壓的功能。</p><p>　　我們小組成員經(jīng)過各種方

41、案的論證和精心的設(shè)計(jì)，最總完成了課程要求，擴(kuò)展8個(gè)輸出端口設(shè)計(jì)的實(shí)物在我們手中誕生，在作品調(diào)試時(shí)候，晶振出現(xiàn)了一些問題，但是經(jīng)過檢修電路，對(duì)焊接點(diǎn)的改正，最終實(shí)現(xiàn)了起跳的功能，單片機(jī)正常工作，達(dá)到了我們預(yù)期的效果。</p><p><b>　　6. 收獲與致謝</b></p><p>　　為期兩周的課程設(shè)計(jì)結(jié)束了，我感觸頗多，畢竟是第一次做單片機(jī)課程設(shè)計(jì)，難免會(huì)遇到很

42、多問題，在設(shè)計(jì)中遇到的問題困難重重，從選題到定稿，從理論到實(shí)踐，我們經(jīng)歷了很多困難，但最終都克服了。同時(shí)設(shè)計(jì)過程中發(fā)現(xiàn)了自己很多的不足。這次課程設(shè)計(jì)不僅鞏固了以前學(xué)過的知識(shí)，還讓我學(xué)到了很多書本上沒有的東西，通過課程設(shè)計(jì)不僅加深了對(duì)單片機(jī)課程的理解，還使我懂得了理論與實(shí)踐結(jié)合的必要性，只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有把所學(xué)的理論與實(shí)踐結(jié)合起來，從理論中得出結(jié)論，才能真正為社會(huì)服務(wù)，同時(shí)也培養(yǎng)了創(chuàng)新精神。感覺到自己對(duì)以前學(xué)的知識(shí)理解的不夠深

43、刻，掌握的不夠牢固，對(duì)單片機(jī)匯編語言掌握的不好，通過這次課程設(shè)計(jì)我一定要把課本上知識(shí)好好溫習(xí)溫習(xí)。</p><p>　　在我國(guó) ,單片機(jī)已廣泛的應(yīng)用在工業(yè)自動(dòng)化控制，自動(dòng)檢測(cè)，智能儀器儀表、家用電器、電力電子、機(jī)電一體化設(shè)備等各個(gè)方面。</p><p>　　在單片機(jī)的實(shí)際應(yīng)用系統(tǒng)中，如果串行口未被占用，那么將它用來拓展并行I/O既不占用片外RAM地址，又節(jié)省硬件開銷，是一種經(jīng)濟(jì)實(shí)用的方法，

44、前景不可估量，所以掌握好單片機(jī)術(shù)非常重要。</p><p>　　在設(shè)計(jì)的過程中，**老師、**老師給了我們很大的支持，我們碰到了很多困難，若不是他們給出的寶貴意見和悉心指導(dǎo)、耐心解答，我們也不會(huì)這么順利的完成課題設(shè)計(jì)。在此，我對(duì)**老師和**老師表示深深的謝意！</p><p><b>　　7. 參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 杜

45、尚豐. CAN總線測(cè)控技術(shù)及其應(yīng)用.北京：電子工業(yè)出版社，2007.1</p><p>　　[2] 杜樹春.單片機(jī)C語言和匯編語言混合編程實(shí)例詳解.北京：北京航空航天大學(xué)出版社，2006.6</p><p>　　[3] 邱關(guān)源，羅先覺.電路 (第五版) [M].北京：高等教育出版社，2006.03</p><p>　　[4] 朱宇光.單片機(jī)應(yīng)用新技術(shù)教程.西安：電子

46、工業(yè)出版社，2004.</p><p><b>　　8. 附件</b></p><p><b>　　附件一：</b></p><p><b>　　元器件清單</b></p><p><b>　　附件二：</b></p><p>&l