|
1 引言 MCS51是指由美國INTEL公司(對了，就是大名鼎鼎的INTEL)生產的一系列單片機的總稱，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是最早最典型的產品，該系列其它單片機都是在8051的基礎上進行功能的增、減、改變而來的，所以人們習慣于用8051來稱呼MCS51系列單片機，而8031是前些年在我國最流行的單片機，所以很多場合會看到8031的名稱。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閑置不用的口線作為選通信號來進行并行口的擴展，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口擴展成一個或幾個8位并行口，在每一個八位口上接入8個發光二極管做為輸出，二極 管是做開關量來使用的，在這里設計了跑馬燈和流水燈程序，做到對開關量的開斷控制;配合開關量的控制筆者設計了一個共陽led數碼管，用來顯示當前發光二極管發亮的序號，做到更加直觀的雙重控制效果，然后再將p0口通過d/a轉換器和一放大器輸出一個模擬信號，其結果可以通過示波器看出。這樣整個系統即有 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制造，與工業標準的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芯片中，ATMEL的 AT89C51是一種高效微控制器，AT89C2051是它的一種精簡版本。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廉的方案。 眾所周知，c51系列的單片機都有四個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，所以這次設計，我們就是使用閑置不用的p3口做為選能信號線來將p1口進行并行口擴展。 (1) 種方式的并行口擴展優點 連線簡單; 不占用存儲器空間; (2) 編程也方便靈活。但也有很大的缺點 并行口擴展能力有限，(如使用74ls573(74ls373)且不進行驅動處理，則最多可擴展4個同樣類型的并行輸出端口，當然還需要與之對應的四個選通信號。) 如擴展較多，選通信號占用并行口位數太多，例如欲擴展8個并行輸出端口，則需要8個選能信號，此時，僅選能信號就占用了一個8位并行口，這對在 i/o端口線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(帶三態輸出的八進制透明d型鎖存器)對p1 口進行了一個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D/A轉換器，簡稱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個部分組成，即權電阻網 絡、運算放大器、基準電源和模擬開關。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，簡稱ADC,它是把連續的模擬信號轉變為離散的數 字信號的器件。最常見的數模轉換器是將并行二進制的數字量轉換為直流電壓或直流電流，它常用作過程控制計算機系統的輸出通道，與執行器相連，實現對生產過 程的自動控制。數模轉換器電路還用在利用反饋技術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，必須額外增加一個運算放大器，才能得到電壓信號，在本次電路中使用了1個lm741放大器來放大信號輸出，lm741是一個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點。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，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周期的正弦波，通過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 靜態數碼管顯示的電路設計 靜態驅動也稱直流驅動。靜態驅動是指每個數碼管的每一個段碼都由一個單片機的I/O端口進行驅動，或者使用如BCD碼二-十進制譯碼器譯碼進行驅動。靜態驅動的優點是編程簡單，顯示亮度高，缺點是占用I/O端口多，如驅動5個數碼管靜態顯示則需要5×8=40根I/O端口來驅動，要知道一個 89S51單片機可用的I/O端口才32個呢：)，實際應用時必須增加譯碼驅動器進行驅動，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發光二極管單元(多一個小數點顯示);按能顯示多少個"8"可分為1 位、2位、4位等等數碼管; 數碼管要正常顯示，就要用驅動電路來驅動數碼管的各個段碼，從而顯示出我們要的數字，因此根據數碼管的驅動方式的不同，可以分為靜態式和動態式兩類。這里 我們所設計的電路顯示是屬于靜態顯示那種，是兩位靜態數碼管顯示，其主要的功能是顯示當前發光led的序號，比如如果當前是l1燈在亮的話，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8位的移位寄存器(74hc164)，和兩個八段的led數碼管(共陽的)加上2個 8×330ω的排阻構成。靜態數碼管顯示的優點在于，編寫程序相對比較簡單，一旦將欲顯示的數據發送出去，只要當前顯示的數據沒有變化，就無須理睬它。不足之處在于，如果顯示的位數太多，硬件的開銷和電源的功耗問題將會很嚴重(比如這里，只需顯示兩位，就需要用到兩塊74hc164和2個排阻)。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 整個電路系統使用9v~12v的直流電源供電，故使用一個拔碼開關和一個二極管，以起保護作用，這里拔碼開關只起到電源開關的作用。由于cpu電源為5v,所以使用l7805三端穩壓來供cpu電源，電源指示燈一個。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復位芯片max706p來設計的，并帶有復位按鈕一個。這里復位是低電平有效的，有手動復位按鈕，當程序跑飛或無響應時可以選用手動復位。復位信號來自于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 程序已經調試通過，整個程序實現的功能如下： p1口的八位擴展，控制8個開關led指示燈，程序實驗了對這8個指示燈的開關跑馬控制，實驗程序可以編寫從l1至l8的循環發亮，在每個發光 二極管發光的同時，數碼管顯示當前發亮led的序號，比如11、22、33等等。也可讓每個二極管閃爍，可以規定閃爍時間為半秒鐘或更長，然后再在每一個 led指示燈閃爍的同時，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，數碼管顯示11字樣，l2燈閃爍時，數碼管顯示22字樣等等。 在數模轉換這一子函數的編寫上，是使用指針數組來寫的，dac0832實現da的轉換的芯片，實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，示波器將輸出一正弦波圖形。主程序流程圖如(圖6)所示。以上所述是整個系統的功能，所有的程序都已經通過調試試驗，實驗證明是可行的。 4 結束語 整個系統的軟件已經完全通過調試，證明是切實可行的，整個系統的硬件設計是本著單片機系統設計的簡單化原則來設計，顯的簡煉有序，軟件編寫也非常簡單易懂。本系統設計比較適合于在小型系統中應用。 |
