擴(kuò)展8個(gè)輸出端口設(shè)計(jì)方案

1 擴(kuò)展 8 個(gè)輸出端口設(shè)計(jì) 方案 1. 設(shè)計(jì)背景 個(gè)并行口 (，但對(duì)一個(gè)稍微復(fù)雜的應(yīng)用系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，真正可供用戶(hù)使用的并行口數(shù)量是有限的，況且常常因擴(kuò)展 就迫使我們不得不擴(kuò)展并行口以滿(mǎn)足實(shí)際的需要。在 被使用的情況下，可以利用 口和移位寄存器 74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(lái)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/擴(kuò)展了并行口的數(shù)量。 單片機(jī)的應(yīng)用越來(lái)來(lái)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，作為將來(lái)的相關(guān)技術(shù)人員，應(yīng)該時(shí)刻關(guān)注單片機(jī)的的發(fā)展現(xiàn)狀和未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，首先先將動(dòng)手能力和理論知識(shí)的結(jié)合起來(lái)，鍛煉動(dòng)手能力，扎實(shí)掌握基礎(chǔ)知識(shí)，為將來(lái)更深入學(xué)習(xí)和工作做準(zhǔn)備。 片機(jī)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。可擴(kuò)展的的并行口芯片很多，分成兩類(lèi)：不可編程的并行口芯片（ 74可編程并行接口芯片（ 8255）。將用不可編程的并行口芯片 74展作為方案一，將用可編程并行接口芯片 8255擴(kuò)展作為方案二。 根據(jù)課程設(shè)計(jì)要求，作為控制模塊的 片機(jī)要工作需要最小系統(tǒng)，而最小系統(tǒng)由晶振電路部分、復(fù)位電路部分和電源模塊組成，由于要擴(kuò)展八位并行輸出口必定有擴(kuò)展部分，作為擴(kuò)展成功的標(biāo)志輸出顯示部分勢(shì)必不可少的，故系統(tǒng)框圖如圖 源模塊 復(fù)位電路 晶振 電路 主 控 模 塊 （ 9 輸 出 顯 示 部 分 擴(kuò) 展 部 分 2 圖 統(tǒng)框圖 對(duì) 4行簡(jiǎn)介。 據(jù)系統(tǒng)框圖用 下面先對(duì) 行一下簡(jiǎn)介： 一款 品的電路分析實(shí)物仿真系統(tǒng)，可仿真各種電路和 支持單片機(jī)，元件庫(kù)齊全，使用方便，是不可多得的專(zhuān)業(yè)的單片機(jī)軟件仿真系統(tǒng)。 按下列步驟進(jìn)行原理圖的繪制： （ 1）新建文件 （ 2）在元 件庫(kù)中搜索所需的元件，按下列順序進(jìn)行繪制 4個(gè)輸出口； 7805 完成電源電路。放在 件里，按要求接線(xiàn)后保存。 根據(jù)課題要求 ,進(jìn)行分析： (1)單片機(jī)工作在串行口方式 0 則需要對(duì) 置 ,須置 0；（ 2）串行口中斷 ,需要對(duì) I 清零；（ 3）要使 不同的順序依次亮，則需 要通過(guò)串行口向外依次輸出不同的數(shù)據(jù)；（ 4）由晶振為 率過(guò)高，需要編寫(xiě)延時(shí)程序，每次對(duì)串行口輸出數(shù)據(jù)后調(diào)用，才能夠看清設(shè)計(jì)的結(jié)果是否滿(mǎn)足課題要求；（ 5）在程序設(shè)計(jì)中，需要對(duì)程序進(jìn)行仿真，則要求對(duì)仿真軟件能很好的把握。 軟件設(shè)計(jì)時(shí)，我提出了兩種不同的思路：一、對(duì)數(shù)據(jù)輸出時(shí)，順序依次編寫(xiě)出輸出程序，編寫(xiě)程序時(shí)，要多次重復(fù)寫(xiě)出送數(shù)據(jù)到 用、延時(shí)等程序，在此過(guò)程中，需要占用大量的存儲(chǔ)空間，且反復(fù)書(shū)寫(xiě)，冗長(zhǎng)單調(diào)。二、利用查表法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行輸出，把將要輸出的數(shù)據(jù)放在一個(gè) 次排列，調(diào)用時(shí)，讓地址依次增加，取得的數(shù)據(jù)送入 樣做，程序簡(jiǎn)單明了，占用的存儲(chǔ)空間比較小。 對(duì)此，僅列出第二種思路的流程圖。如圖 3 Y N N Y 圖 件設(shè)計(jì)應(yīng)用程序，并利用 3. 方案實(shí)施 方案一：由 串行口 4， 2，由 4腳相連控制 74輸出 鎖存與變換，將轉(zhuǎn)化成并行數(shù)據(jù)輸出到 圖 開(kāi)始 設(shè)置程序起始地址 0000h ？ 把查表次數(shù)送至 置地址指針 零， 1 設(shè)置串行口為方式 0 ？ 啟動(dòng)串行口進(jìn)行查表發(fā)送 調(diào)用延時(shí)子程序 4 圖 74方案二：用 255的輸入信號(hào)，用 0和 為工作方式控制信號(hào)， 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) 。如圖 圖 用 8255擴(kuò)展并行輸出口 本設(shè)計(jì)中若要用 8255 將 位并行口，在其中一個(gè)八位口上接入 8個(gè)發(fā)光二極管做為輸出，即可滿(mǎn)足要求；若要用 74也可以用多片 74使擴(kuò)展三個(gè)八位的并行輸出口，如圖 示也只需要 9五個(gè)管腳，在并行輸出口緊缺的情況時(shí)是可取的 ，另外 74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)的因此選擇方案二。 5 圖 74組并行口 (1)功耗，高性能 8位單片機(jī)，片內(nèi)含 8000次的 件采用 司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造，兼容標(biāo)準(zhǔn)片內(nèi)集成了通用 8位中央處理器和 儲(chǔ)單元，功能強(qiáng)大的0個(gè)引腳，32個(gè)外部雙向輸入 /輸出（ I/O）端口，同時(shí)內(nèi)含 2個(gè)外中斷口， 3個(gè) 16位可編程定時(shí)計(jì)數(shù)器 ,2個(gè)全雙工串行通信口， 2個(gè)讀寫(xiě)口線(xiàn)， 編程 ,但不可以在線(xiàn)編程 (S 系列的才支持在線(xiàn)編程 )其將通用的微處理器和 儲(chǔ)器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫(xiě)的 2（定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 時(shí)鐘輸出 2時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 重載觸發(fā)信號(hào)和方向控制） 系統(tǒng)編程用） 系統(tǒng)編程用） 系統(tǒng)編程 用） 6 圖 腳圖 表 行輸入） 行輸出） 部中斷 0) 部中斷 0) 0（定時(shí)器 0外部輸入） 1（定時(shí)器 1外部輸入 R(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通 ) D(外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器寫(xiě)選通 ) 復(fù)位輸入。晶振工作時(shí)， 個(gè)機(jī)器周期高電平將使單片機(jī)復(fù)位。 地址鎖存控制信號(hào)（ 訪(fǎng)問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器時(shí)，鎖存低 8 位地址 的輸出脈沖； 部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)（ 外部程序存儲(chǔ)器選通信號(hào)； 問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器控制信號(hào)。為使能 從 0000H 到 讀取指令， 了執(zhí)行內(nèi)部程序指令， 蕩器反相放大器和內(nèi)部時(shí)鐘發(fā)生電路的輸入端； 蕩器反相放大器的輸出端。 7 (2)7474位移位寄存器 引出端符號(hào)： 3， 4， 5， 6， 10， 11， 12， 13）并行輸出端 ； A,B（ 1， 2）串行輸入端； 9） 清除端 ,為 0時(shí)，輸出清零； 8） 時(shí)鐘輸入端； 4串行輸入帶鎖存 ,串行輸入帶緩沖； 最高時(shí)鐘頻率可高達(dá) 36清除（ 低電平時(shí)，輸出端（ 輸入端 A, A、 時(shí)鐘端（ 沖上升沿作用 A、 另一個(gè)就允許輸入數(shù)據(jù)， 并在 升沿作用下決定 表 4值表L 低電平 H 高電平 任意電平 振 容、 示燈、 74堆 27805、 40腳 能板、電阻 、按鍵等器件。 （ 1）時(shí)鐘電路 晶振 全稱(chēng)是 晶體震蕩器， 晶振 的作用是為系統(tǒng)提供基本的時(shí)鐘信號(hào) ，相當(dāng)于單片機(jī)的心臟，本設(shè)計(jì) 用 晶振和兩個(gè) 33容完成時(shí)鐘電路，如圖 8 圖 鐘電路 （ 2） 復(fù) 位電路 復(fù)位是單片機(jī)的初始化操作，只需給 復(fù)位引腳 上大于兩個(gè)機(jī)器周期的高電平，就可使 位。復(fù)位電路主要有兩種： 設(shè)計(jì)中，采用 按鍵、兩個(gè) 680歐姆電阻、 1000容的 按 鍵復(fù)位，電路 如圖 圖 （ 3） 電源模塊 日常用到的都是 220V 的交流電源，所以需要用變壓器、橋堆 2轉(zhuǎn)換后的直流電源為 +12V,而線(xiàn)路中的芯片工作所需電壓是 +5V,因此還需要 12轉(zhuǎn)換采用 7805、電容完成，并接電源開(kāi)關(guān)和 圖 B R 12 W 1 0 0 5T R 1T R A N - 2 P 2 0 0 U 0 0 U 31 1 ( P 1 ) 4 4D 1 8L E 源電路 （ 4） 主控部分 主控部分由 片機(jī)充當(dāng)，串行輸出端口 片機(jī)將數(shù) 9 據(jù)寫(xiě)入 后輸出， 有脈沖信號(hào)，這是由單片機(jī)的內(nèi)部電路決定的。 （ 5） 擴(kuò)展部分 移位寄存器芯片 74入端口（ 1,2） 4位并行輸出口，連線(xiàn)如圖 圖 4（ 6） 顯示模塊 74 74出引腳有高電平輸出時(shí) 電平時(shí)不亮，作為實(shí)現(xiàn)功能的輸出顯示，如圖 圖 用 10 美國(guó) 司出品的 51 系列兼容單片機(jī)程序語(yǔ)言軟件開(kāi)發(fā)系統(tǒng) 51 軟件提供豐富的庫(kù)函數(shù)和功能強(qiáng)大的集成開(kāi)發(fā)調(diào)試工具，全面，編碼效 率高。按下列步驟使用 行編程： （ 1） ew u 入工程名 擇單片機(jī)型號(hào)為 擊 （ 2） 建完之后再按 入 存，加到 程里，右鍵點(diǎn)擊 / （ 3）在 語(yǔ)言編寫(xiě)下列程序 00h ;程序起始地址 0 ;將 ;將 0 ;令 2 ;查表 00h ;令 00h ;設(shè)置串行口為方式 0 a, ;從表頭開(kāi)始查表 a,a+ a ;將查表所得值移入串行口緩存器 ti, ;當(dāng)串口傳數(shù)據(jù)時(shí)一直等待 ;當(dāng)串口傳完數(shù)據(jù)后將發(fā)送標(biāo)志位清零 ;調(diào)用延時(shí)子程序 ;r7, ;循環(huán) 12次查表，在 輸出 ;循環(huán)十二次之后，重新開(kāi)始執(zhí)行 20 ;令 0 255 ;令 55 255 ;令 55 r5,;55次 r6,;55次 11 r4,;0次 8h,3eh;出表 8h 0h,00h,0 （ 4） 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 （ 5）雙擊 件里 擇 成的 件，點(diǎn)擊運(yùn)行，對(duì)程序和軟件進(jìn)行調(diào)試。 4. 結(jié)果與結(jié)論 經(jīng)過(guò)我們小組同學(xué)的集體努力和指導(dǎo)老師的指導(dǎo)后完成了實(shí)物電路的焊接，焊接完之后又仔細(xì)檢查電路的連接，由于沒(méi)有變壓器，用手機(jī)充電器直接當(dāng)直流 +5V 電源 ,接在7805的輸出引腳上，接通電源之后電源指示燈和八個(gè)輸出顯示 經(jīng)檢查電源開(kāi)關(guān)接錯(cuò)，導(dǎo)致芯片沒(méi)有電源，電源開(kāi)關(guān)經(jīng)修改后通電，但是接通電源之后只有兩個(gè) ，然后直接用 +5V 電源經(jīng)電阻后連在 ，但仍然是原來(lái)的兩個(gè) 查 步判斷 壞，用好的 上電源之后八個(gè)輸出 電之后重新接電源，仍然閃亮一下不亮了，再次檢查電路之后，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，現(xiàn)在只能懷疑 壞，于是換了一片，燒進(jìn)程序后，使 8個(gè) 個(gè)為一組，亮燈從中間開(kāi)始向左移動(dòng)一次，再?gòu)闹虚g開(kāi)始向右移動(dòng)一次，接著 從最右端向中間移動(dòng)一次，再?gòu)淖钭蠖讼蛑虚g移動(dòng)一次，然后閃爍兩次，不斷循環(huán) ,實(shí)現(xiàn)了所要求的功能。為什么芯片和 損壞，現(xiàn)在懷疑剛開(kāi)始的時(shí)候是不是電源電壓過(guò)高，用萬(wàn)用表測(cè)量電源電壓大概為 +12V，而引線(xiàn)是從 7805之后輸出的，所以芯片和 此實(shí)現(xiàn)了課程設(shè)計(jì)所要求實(shí)現(xiàn)的任務(wù)，并明白了中間出現(xiàn)錯(cuò)誤的原因。 通過(guò)這次單片機(jī)實(shí)習(xí)，我們小組完成的實(shí)物電路板完全實(shí)現(xiàn)了任務(wù)書(shū)預(yù)期的要求。在實(shí)習(xí)的過(guò)程中也遇到了很多麻煩：第一，編寫(xiě)程序時(shí)感到知識(shí)不熟練不能熟悉地寫(xiě)出 12 程序，而 且沒(méi)有編程的思想，經(jīng)我們多方查閱資料，分析相關(guān)例子，并在一起研究探討以及和指導(dǎo)老師的指導(dǎo)矯正最終完成了程序；第二，在焊接過(guò)程中由于長(zhǎng)時(shí)間沒(méi)有進(jìn)行焊接而使焊接的結(jié)果不是很美觀，要焊接的芯片引腳太多太亂而感到無(wú)處下手，尤其是74盡管腳多而且??；第三，由于第一次使用萬(wàn)能板焊接元器件排線(xiàn)比較亂；盡管麻煩很多最終還是完成了電路板的焊接和調(diào)試，達(dá)到了預(yù)期要求。 雖然設(shè)計(jì)的電路圖不是太復(fù)雜也不是太實(shí)用，但是在這過(guò)程中遇到了很多問(wèn)題，說(shuō)明自己的理論知識(shí)和動(dòng)手能力欠缺，所以要加強(qiáng)理論知識(shí)的學(xué)習(xí)和增強(qiáng)動(dòng)手實(shí)踐的能力 。 在實(shí)際電路中，電路的復(fù)雜度，制作所需的生產(chǎn)成本，對(duì)整個(gè)電路元器件的選擇等問(wèn)題還值得我們進(jìn)一步研究和探討。 由于我們小組所做的課程設(shè)計(jì)比較簡(jiǎn)單，再把題目發(fā)下來(lái)的當(dāng)天就把原理圖和程序?qū)懲炅?，并且?仿真成功，然后就等著發(fā)元件進(jìn)行焊接，覺(jué)得實(shí)習(xí)報(bào)告是焊接之后的事，所以也沒(méi)有寫(xiě)，可是焊接和調(diào)試所用的時(shí)間太多，致使沒(méi)有充足的時(shí)間寫(xiě)實(shí)習(xí)報(bào)告，所以覺(jué)得應(yīng)該好好安排實(shí)習(xí)的時(shí)間，畢竟學(xué)校安排兩周的實(shí)習(xí)，是通過(guò)多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)得來(lái)的。 這段時(shí)間的實(shí)習(xí)，通過(guò)實(shí)習(xí)加深了對(duì)理論知識(shí)的理 解，同時(shí)發(fā)覺(jué)自己理論知識(shí)的不足，同時(shí)還深刻感受到了理論聯(lián)系實(shí)際的重要性，通過(guò)實(shí)踐可讓理論知識(shí)更加系統(tǒng)化，為今后的學(xué)習(xí)工作打下了基礎(chǔ)。我相信這次實(shí)習(xí)會(huì)對(duì)我有積極的影響。 在這里，首先我要感謝學(xué)校能給予我們這次設(shè)計(jì)機(jī)會(huì)以及給予我們莫大的物質(zhì)支持；其次，我要感謝我的指導(dǎo)老師和我的同學(xué)對(duì)我的無(wú)私幫助；最后，我要感謝我們的小組同學(xué)，由于我們?cè)趯?shí)習(xí)過(guò)程中的通力合作，我們能非常愉快和順利的完成設(shè)計(jì)。 1 杜尚豐 北京：電子工業(yè)出版社， 2 杜樹(shù)春 語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言混合編程實(shí)例詳解 京航空航天大學(xué)出版社， 3 張毅剛 北京：高等教育出版社， 4 徐愛(ài)鈞 北京：北京航空航天大學(xué)出版社， 5 于永，戴佳，常江 北京：電子工業(yè)出版社， 6 朱宇光 西安：電子工業(yè)出版社， 2004. 13 錄一 表 元器件清單 元件 數(shù)量 晶振 瓷片電容 33 瓷片電容 104 2 電解電容 1000 示燈 9 74 7805 1 橋堆 2 40 腳 座 1 撥動(dòng)開(kāi)關(guān) 1 按鍵 1 排線(xiàn) 2 萬(wàn)能板 1 電阻 300 8 電阻 680 2 電阻 1K 1 14 錄二 X T A L 218X T A L 119A L E 9P 0 A D 039P 0 A D 138P 0 A D 237P 0 A D 336P 0 A D 435P 0 A D 534P 0 A D 633P 0 A D 732P 1 T 21P 1 T 2 E . 23P 1 . 34P 1 . 45P 1 . 56P 1 . 67P 1 . 78P 3 R X T X I 12P 3 I 13P 3 T 014P 3 R . 6 / W T 115P 2 A 1 528P 2 A 821P 2 A 922P 2 A 1 023P 2 A 1 124P 2 A 1 225P 2 A 1 326P 2 A 1 427 8 9 S - 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