任務(wù)6 51單片機實驗板基板的設(shè)計與制作

第二部分

學(xué)習(xí)情境1LED顯示

在該情景下，首先設(shè)計并制作51單片機實驗板的基板電路，然后用基板上的單片機最小系統(tǒng)8位LED跑馬燈電路入手，首先讓讀者大致了解單片機系統(tǒng)的開發(fā)工作過程，以便對單片機系統(tǒng)有初步的感性認識；并用母板上的8位LED跑馬燈電路作為實驗板，完成該情境下后續(xù)工作任務(wù)的學(xué)習(xí)，通過每個工作任務(wù)的動手實踐和理論學(xué)習(xí)，掌握單片機的結(jié)構(gòu)、工作原理及指令系統(tǒng)。6.1.1明確工作任務(wù)設(shè)計51單片機實驗板母板的電路原理圖，該電路包括51單片機工作基本電路、8位LED顯示電路、4位獨立式按鍵、ISP下載接口四個模塊。并根據(jù)所設(shè)計電路圖用萬用板上焊接調(diào)試實際的電路。任務(wù)651單片機實驗板基板的設(shè)計與制作

實驗板基板電路原理圖ISP下載接口獨立式按鍵8位LED燈顯示

6.1.2跟我想51單片機實驗板母板的作用是作為51單片機實驗板的基本模塊，其它實驗?zāi)K電路可以通過單排針與母板的單排座相連來完成相應(yīng)模塊的實驗，那么，其它模塊就不需要單片機了。因此母板電路必須有單片機工作基本電路，即時鐘電路、復(fù)位電路。為了能夠配合其它模塊方便使用，設(shè)計4個獨立式按鍵，分別接到定時/計數(shù)器和中斷引腳，這4個按鍵即可完成按鍵計數(shù)、按鍵中斷的實驗，也可以作為普通按鍵控制實驗。在母板設(shè)計8位LED顯示電路是51單片機最小系統(tǒng)，可以通過LED顯示完成單片機指令系統(tǒng)學(xué)習(xí)的相關(guān)實驗。為了實現(xiàn)做實驗時現(xiàn)場編程，設(shè)計在線編程接口（ISP）。為了實現(xiàn)母板與其它實驗?zāi)K連接，母板上的單片機I/O引腳分別與單排座相連。動手設(shè)計與制作51單片機實驗板之前，讓我們先學(xué)習(xí)一下有關(guān)51單片機I/O引腳結(jié)構(gòu)的相關(guān)理論知識。任務(wù)651單片機實驗板基板的設(shè)計與制作

6.1.3跟我學(xué)1．單片機并行I/O口的電路結(jié)構(gòu)

51系列單片機有4個8位的并行輸入/輸出（I/O）端口，分別稱為P0、P1、P0和P3口。每個端口的功能有所不同，其結(jié)構(gòu)也略有差異。每個I/O口即可實現(xiàn)字節(jié)操作，也可以實現(xiàn)位操作。

1）P0口

P0口即可作為通用的I/O口，也可以作為地址/數(shù)據(jù)復(fù)用口。（1）作為通用I/O端口使用。如圖6-1所示，P0口作為通用I/O使用時，CPU令控制信號低電平有效，使開關(guān)打向“2”端，并將鎖存器的反向輸出端與V2管的柵極接通，同時控制信號通過與門輸出低電平信號，使得V1截止，因此，P0口為漏極開路輸出電路，使用時必須外接上拉電阻才能有高電平輸出。

（2）作為數(shù)據(jù)/地址復(fù)用口。當(dāng)P0口輸出數(shù)據(jù)時，寫脈沖作為鎖存器的時鐘信號，在寫脈沖的作用下，鎖存數(shù)據(jù)到輸出端，鎖存的反相輸出端經(jīng)過多路開關(guān)到V2的柵極，則數(shù)據(jù)經(jīng)V2反相后送P0口的引腳輸出。當(dāng)P0口讀數(shù)據(jù)時，分兩種情況：讀鎖存器和讀引腳。讀存器的指令，如：ANLP0,A，CPU在執(zhí)行此指令時，通過讀鎖存器控制信號打開讀鎖存器的三態(tài)門，將鎖存器的數(shù)據(jù)讀入CPU內(nèi)部數(shù)據(jù)總線，CPU運算后再寫回P0口。讀引腳指令，如：MOVA,P0，CPU執(zhí)行指令時，用控制信號打開讀引腳的三態(tài)門，將引腳上的數(shù)據(jù)直接讀入CPU內(nèi)部數(shù)據(jù)總線。

2）P1口

P1口只能作為通用的I/O口用，其結(jié)構(gòu)如圖6-2所示。輸出時，內(nèi)部數(shù)據(jù)通過位鎖存器反相后送至V管柵極，再經(jīng)V管反相后輸出；輸入時，同樣有讀寄存器和讀引腳之分，其工作原理及應(yīng)用與P0口相同。

（3）P2口

P2口既可以作為通用的I/O口，又可以作為高8位地址輸出口，其結(jié)構(gòu)如圖6-3所示。

1）P2口作通用I/O口。P2口作為通用I/O時，中間的控制開關(guān)打至“2”，輸出時，內(nèi)部數(shù)據(jù)通過鎖存器接至一個非門反相后送至V管的柵極，在經(jīng)V管反相后輸出；輸入時，同樣有讀引腳和讀鎖存器兩種情況，器工作原理與應(yīng)用跟P0口相同。（2）P2口作地址口。當(dāng)P2口作為高8位地址輸出口時，中間的控制開關(guān)打至“1”端，地址信號通過非門接至V管的柵極，再經(jīng)V管反相后輸出。4）P3口P3口既可以作為通用I/O口，同時每個引腳均有其第二功能。其結(jié)構(gòu)如圖6-4所示。1）P3口作為通過I/O口。當(dāng)P3口作為通用I/O口用時，第二功能的輸出控制信號高電平，內(nèi)部數(shù)據(jù)通過鎖存，器接到與非門反相后接至V管的柵極，再經(jīng)V管反相后輸出；輸入時，也有讀鎖存器和讀引腳的分別，其工作原理及應(yīng)用與P0口相同。2）P3口的第二功能：

P3口作為第二功能輸入時，應(yīng)先將鎖存器置“1”，第二功能輸出信號自動置“1”，則V管截止，引腳上的數(shù)據(jù)進入第二功能輸入端。P3口作為第二功能輸出時，應(yīng)先將位鎖存器置“1”，則第二功能輸出信號經(jīng)與非門反相后接至V管的反相輸出。1.4跟我做單片機實驗?zāi)赴鍖崿F(xiàn)單片機工作的基本電路，其它學(xué)習(xí)情境的電路模塊可通過單排針跟母板的單排座連接。單片機實驗板母板電路原理圖如圖6-5所示，電路由單片機、時鐘電路、復(fù)位電路、鍵盤、編程下載接口及8個LED發(fā)光二極管顯示電路組成。其中，單片機選用ATMEL公司的AT89S51芯片；時鐘電路由一個12MHz晶振和兩個30pF的瓷片電容C1、C2組成；復(fù)位電路采用只由C3和R13構(gòu)成的上電復(fù)位電路；單片機的并行端口P0口經(jīng)上拉電阻（用10排阻）后各位分別連接8個LED發(fā)光二極管的陽極，陰極經(jīng)限流電阻后一起接電源負極（8個LED發(fā)光二極管共陰接法），當(dāng)P0口的某位輸出高電平時對應(yīng)的LED燈點亮，反之則對應(yīng)的LED燈熄滅；單片機VCC引腳接+5V直流