單片機8255并行口擴展控制系統(tǒng)設計

1、單片機最小應用系統(tǒng) 設 計 報 告 指導老師： 學 生： 學 號： 機電工程學院 年 月 日目錄一、 設計題目3二、設計內(nèi)容與要求3三、設計目的意義3四、系統(tǒng)硬件電路圖3五、程序流程圖與源程序4六、系統(tǒng)功能分析與說明6七、設計體會12八、參考文獻13一、 設計題目8255并行口擴展控制系統(tǒng)設計。利用單片機AT89S51控制實現(xiàn)8255的PB口輸出數(shù)據(jù)等于PA口輸入數(shù)據(jù)。二、設計內(nèi)容與要求 （1）利用單片機AT89S51與8255A設計一個擴展控制系統(tǒng)設計。（3）要求使用的元器件數(shù)目最少，電路盡可能簡單。（4）電源電壓為5V。三、設計目的意義1、 通過8255并行口擴展控制，進一步熟悉和掌握單片

2、機的結(jié)構(gòu)及工作原理，加深對單片機理論知識的理解；2、 掌握單片機內(nèi)部功能模塊的應用；3、 掌握單片機的接口及相關外圍芯片的特性、使用與控制方法；4、 掌握單片機的編程方法，調(diào)試方法；5、 掌握單片機應用系統(tǒng)的構(gòu)建和使用，為以后設計和實現(xiàn)單片機應用系統(tǒng)打下良好的基礎。四、系統(tǒng)硬件電路圖(1) 8255并行口擴展控制硬件電路原理圖如下：圖1：電路原理圖(2) PCB圖如下：圖2：PCB圖五、程序流程圖與源程序PB口輸出PA狀態(tài)開 始8255初始化讀PA口狀態(tài)5.1 程序流程圖圖3：程序流程圖5.2 源程序#include <AT89x51.H>#define RD P0_3#defin

3、e WR P3_7#define A0 P0_0#define A1 P0_1#define REST P3_6#define CS P0_2void main(void)unsigned char get_data;CS=0;REST=1;REST=0;RD=1;P2=0x90;A0=1;A1=1;WR=0;WR=1;/ 以前是初始化P2=0xff;A0=0;A1=0;WR=0;WR=1;P2 = 0xff;while(1)A0=0;A1=0;RD=0;get_data=P2;RD=1;P2=get_data;A0=1;A1=0;WR=0;WR=1;P2 = 0xff;六、系統(tǒng)功能分析與說明

4、6.1 總體功能實現(xiàn)說明本次設計單片機采用AT89S51,它是一種低功耗、高性能的8位CMOS微控制器。片內(nèi)含有4KB的存儲器(EPEROM)，與8031引腳和指令系統(tǒng)完全兼容。89S51的VCC接+5V，VSS接地。復位引腳RESET外接RC電路和復位開關，可以實現(xiàn)人工復位。本系統(tǒng)采用按鍵電平復位，如硬件圖所示。XTAL1和XTAL2引腳外接12MHZ晶振和兩個30PF的電容。一般，單片機系統(tǒng)中高集成度芯片的電源端都應并聯(lián)慮波電容，但此系統(tǒng)中只需擴展一個8255并對發(fā)光二極管進行控制，而不需要精確控制，所以沒有接慮波電容。從系統(tǒng)實際運行情況看，沒有接慮波電容未對系統(tǒng)穩(wěn)定性造成影響。89S51

5、單片機中，沒有單獨的地址總線和數(shù)據(jù)總線，而是和P0口和P2口公用的：P0口分時地作為低8位地址線和8位數(shù)據(jù)線用，P2口則作為高8位地址線用。所以有16條地址線和8條數(shù)據(jù)線，但要注意，他們不是獨立的總線，而是和I/O端口合用的。本系統(tǒng)是擴展8255，用到了89S51的P2口作為低8位地址線和數(shù)據(jù)線，高8位地址則由P0口控制，P0.0接在8255的A0上，P0.1接在A1上，8255的片選由P0.2控制。本系統(tǒng)中要求實現(xiàn)8255的PB口輸出數(shù)據(jù)等于PA口輸入數(shù)據(jù)，我的做法是：在PA口接上開關，控制高低電平的變化；PB口則接上發(fā)光二極管，通過發(fā)光二極管的亮滅情況可知PB口的輸出狀態(tài)以及PA輸入狀態(tài)，

6、從而達到系統(tǒng)的要求。為了很好地保護發(fā)光二極管，在每個發(fā)光二極管的回路上接上限流電阻，大小為1K，PA口的排阻大小為10K。當按下PA口的開關時，PB口相應的發(fā)光二極管將亮起。本設計可用于搶答器設計等領域。6.2 功能介紹 (1) ATM89S51主要功能特性：圖4：MCS-51單片機的基本結(jié)構(gòu)AT89S51是一個低功耗，高性能CMOS 8位單片機，片內(nèi)含4k Bytes ISP(In-system programmable)的可反復擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器，器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術制造，兼容標準MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)，芯片內(nèi)集成了通用8

7、位中央處理器和ISP Flash存儲單元，功能強大的微型計算機的AT89S51可為許多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高性價比的解決方案。 AT89S51具有如下特點：40個引腳，4k Bytes Flash片內(nèi)程序存儲器，128 bytes的隨機存取數(shù)據(jù)存儲器（RAM），32個外部雙向輸入/輸出（I/O）口，5個中斷優(yōu)先級2層中斷嵌套中斷，2個16位可編程定時計數(shù)器,2個全雙工串行通信口，看門狗（WDT）電路，片內(nèi)時鐘振蕩器。此外，AT89S51設計和配置了振蕩頻率可為0Hz并可通過軟件設置省電模式?？臻e模式下，CPU暫停工作，而RAM定時計數(shù)器，串行口，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結(jié)振

8、蕩器而保存RAM的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復位。同時該芯片還具有PDIP、TQFP和PLCC等三種封裝形式，以適應不同產(chǎn)品的需求。主要功能特性：· 兼容MCS-51指令系統(tǒng)· 32個雙向I/O口· 2個16位可編程定時/計數(shù)器· 全雙工UART串行中斷口線· 2個外部中斷源· 中斷喚醒省電模式· 看門狗（WDT）電路· 靈活的ISP字節(jié)和分頁編程· 4k可反復擦寫(>1000次）ISP Flash ROM· 工作電壓· 時鐘頻率0-33MHz· 128

9、x8bit內(nèi)部RAM· 低功耗空閑和省電模式· 3級加密位· 軟件設置空閑和省電功能· 雙數(shù)據(jù)寄存器指針(2) 89S51 的并行接口89S51單片機有4個8位的并行接口，記作P0、Pl、P2和P3，共32根IO線。每個口主要由四部分構(gòu)成：端口鎖存器、輸入緩沖器、輸出驅(qū)動器和引至芯片外的端口引腳。它們都是雙向通道，每一條I/O線都能獨立地用作輸入或輸出。作輸出時數(shù)據(jù)可以鎖存，作輸入時數(shù)據(jù)可以緩沖。但這四個通道的功能不完全相同。P0口和P2口內(nèi)部各有一個2選1的選擇器，受內(nèi)部控制信號的控制，在如圖位置則是處在I/O口工作方式。四個接口在進行IO方式時，特性

10、基本相同：作為輸出口用時，內(nèi)部帶鎖存器，故可以直接和外設相連、不必外加鎖存器。作為輸入口用時，有兩種工作方式，即所謂讀端口和讀引腳。讀端口時實際上并不從外部讀人數(shù)據(jù)，而只是把端口鎖存器中的內(nèi)容讀人到內(nèi)部總線，經(jīng)過某種運算和變換后，再寫回到端口鎖存器。屬于這類操作的指令很多，加對端口內(nèi)容取反等等。而讀引腳時才真正地把外部的數(shù)據(jù)讀入到內(nèi)部總線。邏輯圖中各有兩個輸入緩沖器，CPU根據(jù)不同的指令，分別發(fā)出“讀端口”或“讀引腳”信號，以完成兩種不同的讀操作。在端口作為外部輸入線，也就是讀引腳時，要先通過指令，把端口鎖存器置l，然后再實行讀引腳操作，否則就可能讀人出錯。若不先對端口置1，端口鎖存器中原來狀

11、態(tài)有可能為0，加到輸出驅(qū)動場效應管柵極的信號為l，該場效應管就導通，對地呈現(xiàn)低阻抗。這時即使引腳上訪入的是1信號，也會因端口的低阻抗而使信號變低，使得外加的1信號讀人后不一定是1。若先執(zhí)行置1操作，則可以驅(qū)動場效應管截止，引腳信號直接加到三態(tài)緩沖器，實現(xiàn)正確的讀入。由于在輸入操作時還必須附加一個準備動作，所以這類I/O口被稱為“推雙向”口。這四個接口特性上的差別主要是P0、P2和P3都還有第二功能，而P1口則只能用作I/O口。89S51的芯片引腳中沒有專門的地址總線和數(shù)據(jù)總線，在向外擴展存貯器和接口時，由P2口輸出地址總線的高8位A15-A8，由P0口輸出地址總線的低8位A7-A0，同時對P0

12、口采用了總線復用技術，P0口又兼作8位雙向數(shù)據(jù)總線D7-D0，即由P0口分時輸出低8位地址或輸人/輸出8位數(shù)據(jù)，在不作總線擴展用時，P0口和P2口可以作為普通I/O口使用。P0口作為低8位地址總線和8位數(shù)據(jù)總線用時，內(nèi)部控制信號使MUX開關倒向上端，從而使地址/數(shù)據(jù)信號通過輸出驅(qū)動器輸出。當向外部存貯器讀寫時，P0口就用作低8位地址和數(shù)據(jù)總線用。這時P0口是一個真正的雙向口.P2口還可以作為高8位地址總線用，同樣通過Mux開關的倒換來完成。P2在外部存貯器讀寫時(地址大于FFH)作高8位地址線用。P3口的每一位都有各自的第二功能，見表2。通道位第二功能注 釋P3.0RXD串行輸入口P3.1TX

13、D串行輸出口P3.2INT0外部中斷0輸入P3.3INT1外部中斷1輸入P3.4T0計數(shù)器0計數(shù)輸入P3.5T1計數(shù)器1計數(shù)輸入P3.6WR外部數(shù)據(jù)RAM寫選通信號P3.7RD外部數(shù)據(jù)RAM讀選通信號表2：通道P3的第二功能四個接口的負載能力也不相同。P1、P2、P3口都能驅(qū)動三個LSTTLl，并且不需外加電阻就能直接驅(qū)動MOS電路。P0口在驅(qū)動TTL電路時能帶八個略TTL門，但驅(qū)動MOS電路時若作為地址/數(shù)據(jù)總線，可以直接驅(qū)動，而作為I/O口時，格外接上拉電阻(電阻接vcc)，才能驅(qū)動MOS電路.(3) 發(fā)光二級管的基本原理說明發(fā)光二極管（LED）是用半導體材料制作的正向偏置的PN結(jié)二極管.

14、其發(fā)光機理是當在PN結(jié)兩端注入正向電流時,注入的非平衡載流子（電子空穴對）在擴散過程中復合發(fā)光,這種發(fā)射過程主要對應光的自發(fā)發(fā)射過程.發(fā)光二極管具有可靠性較高,室溫下連續(xù)工作時間長、光功率電流線性度好等顯著優(yōu)點,而且由于此項技術已經(jīng)發(fā)展得比較成熟,所以其價格非常便宜.因此在一些簡易的光纖傳感器的設計中,如果LED能夠勝任,選用它作為光源即可大大降低整個傳感器的成本.然而LED的發(fā)光機理決定了它存在著很多的不足,如輸出功率小、發(fā)射角大、譜線寬、響應速度低等.因此,在一些需要功率高、調(diào)制速率快、單色性好的光源的傳感器設計中,就不得不以提高成本為代價,選用其它更高性能的光源.(4) 8255特性一個

15、并行輸入/輸出的LSI芯片，多功能的I/O器件，可作為CPU總線與外圍的接口。具有24個可編程設置的I/O口，即使3組8位的I/O口為PA口，PB口和PC口。它們又可分為兩組12位的I/O口，A組包括A口及C口(高4位,PC4PC7)，B組包括B口及C口(低4位,PC0PC3)。A組可設置為基本的I/O口，閃控(STROBE)的I/O閃控式，雙向I/O3種模式；B組只能設置為基本I/O或閃控式I/O兩種模式，而這些操作模式完全由控制寄存器的控制字決定。(5) 8255引腳功能RESET：復位輸入線，當該輸入端外于高電平時，所有內(nèi)部寄存器（包括控制寄存器）均被清除，所有I/O口均被置成輸入方式。

16、 CS：芯片選擇信號線，當這個輸入引腳為低電平時,即/CS=0時,表示芯片被選中，允許8255與CPU進行通訊；/CS=1時，8255無法與CPU做數(shù)據(jù)傳輸。 RD：讀信號線，當這個輸入引腳為低電平時，即/RD=0且/CS=0時，允許8255通過數(shù)據(jù)總線向CPU發(fā)送數(shù)據(jù)或狀態(tài)信息，即CPU從8255讀取信息或數(shù)據(jù)。 WR：寫入信號，當這個輸入引腳為低電平時，即/WR=0且/CS=0時，允許CPU將數(shù)據(jù)或控制字寫入8255。 D0D7：三態(tài)雙向數(shù)據(jù)總線，8255與CPU數(shù)據(jù)傳送的通道，當CPU 執(zhí)行輸入輸出指令時，通過它實現(xiàn)8位數(shù)據(jù)的讀/寫操作，控制字和狀態(tài)信息也通過數(shù)據(jù)總線傳送。 PA0PA7

17、：端口A輸入輸出線，一個8位的數(shù)據(jù)輸出鎖存器/緩沖器，一個8位的數(shù)據(jù)輸入鎖存器。 PB0PB7:端口B輸入輸出線，一個8位的I/O鎖存器， 一個8位的輸入輸出緩沖器。 PC0PC7:端口C輸入輸出線，一個8位的數(shù)據(jù)輸出鎖存器/緩沖器， 一個8位的數(shù)據(jù)輸入緩沖器。端口C可以通過工作方式設定而分成2個4位的端口， 每個4位的端口包含一個4位的鎖存器，分別與端口A和端口B配合使用，可作為控制信號輸出或狀態(tài)信號輸入端口。'A0，A1：地址選擇線，用來選擇8255的PA口，PB口，PC口和控制寄存器。當A0=0，A1=0時，PA口被選擇；當A0=0，A1=1時，PB口被選擇；當A0=1，A1=0

18、時，PC口被選擇；當A0=1，A1=1時，控制寄存器被選擇。七、設計體會微機綜合設計是對我們大學所學知識的總結(jié)和運用，對我們的綜合能力有很大的幫助和提高。 隨著科學技術發(fā)展的日新日異，單片機已經(jīng)成為當今計算機應用中空前活躍的領域，在生活中可以說得是無處不在。因此作為二十一世紀的大學來說掌握單片機的開發(fā)技術是十分重要的。因為課程所學的都是理論知識，而從理論到實踐是需要一定過程的，微機綜合設計就是一次很好的鍛煉機會對于我們這些以后可能從事控制行業(yè)的人來說有著舉足輕重的作用。時間過得很快，兩周的微機綜合設計就這樣結(jié)束了。之前我對自己沒什么信心，總聽別人說,做電路板容易調(diào)電路板才是真正煩人的事，還沒開

19、始我就擔心自己不能順利完成，不過我還是對自己說了，在學校這樣一個好的平臺，這樣一個小小任務都完成不了那以后走上工作崗位了我還能有什么作為。經(jīng)過師兄們的輔導之后我信心倍增，相信只要自己努力了肯定會有收獲的，況且在我們之前那么多師兄師姐也都走過去了，我又不比別人差，肯定能順利完成任務的?；仡櫰鸫舜螁纹瑱C課程設計，至今我仍感慨頗多。的確，從選題到確定所用的元器件，從理論到實踐，在整整兩個星期里，可以說得是酸甜苦辣啊，但是我卻真正從這次課設中學到很多很多的東西，經(jīng)過這次課設不僅可以鞏固以前所學過的知識，而且學到了很多在書本上所沒有提過的知識。經(jīng)過這次課設讓我更加注意到理論與實踐相結(jié)合的重要性，雖然我在理論的學習中成績很不錯，但一到實踐還是遇到很多困難，畢竟在這之前沒有接觸過這樣的設計，所以說這次課程設計對我的意義重大。這次設計要求每個人單獨完成。由于我選的題目接線比較復雜，如果用萬用板來完成這次設計，那么板上的布線將會很復雜，也不美觀，