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1、扩展 8 个输出端口设计方案1. 设计背景MCS-51 系列单片机有 4 个并行口(P0，P1，P2，P3 口)，但对一个稍微复杂的应用系统来说，真正可供用户使用的并行口数量是有限的，况且常常因扩展 I2C 和 SPI的器件需占用某些并行口，这就迫使我们不得不扩展并行口以满足实际的需要。在RXD 和 TXD 没被使用的情况下，可以利用 RXD 和 TXD 端口和移位寄存器 74LS164 将串行口扩展为多组八位的并行输出口，这样就可以用本来闲置不用的端口进行并行口的扩展，能充分利用单片机有限的 I/O 资源，并扩展了并行口的数量。单片机的应用越来来越广泛，上述扩展并行口只是为了单片机更复杂的应
2、用， 作为将来的相关技术人员，应该时刻关注单片机的的发展现状和未来的发展趋势， 首先先将动手能力和理论知识的结合起来，锻炼动手能力，扎实掌握基础知识，为将来更深入学习和工作做准备。2.设计方案2.1 原理图设计方案1.方案比较与选择AT89C52 单片机有 4 个并行口，当内部并行口不够用时可以外扩并行口芯片。可扩展的的并行口芯片很多，分成两类：不可编程的并行口芯片（74LS64）和可编程并行接口芯片（8255）。将用不可编程的并行口芯片 74LS64 扩展作为方案一，将用可编程并行接口芯片 8255 扩展作为方案二。2.系统框图根据课程设计要求，作为控制模块的AT89C52 单片机要工作需要
3、最小系统，而最小系统由晶振电路部分、复位电路部分和电源模块组成，由于要扩展八位并行输出口必定有扩展部分，作为扩展成功的标志输出显示部分势必不可少的，故系统框图如图 2.1电源模块主控复位电路晶振电路模块（AT 89C52）扩展部分输出显示部分1图 2.1 系统框图3.元器件简介对 AT89C52 进行和 74LS164 进行简介。4.根据设计要求，依据系统框图用 Proteus 画原理图。下面先对 Proteus 进行一下简介： Proteus 的 ISIS 是一款 Labcenter 出品的电路分析实物仿真系统，可仿真各种电路和IC，并支持单片机，元件库齐全，使用方便，是不可多得的专业的单片
4、机软件仿真系统。按下列步骤进行原理图的绘制：（1）新建文件 DSN 文件；（2）在元件库中搜索所需的元件，按下列顺序进行绘制a.完成 AT89C52 最小系统；b.经移位寄存器芯片 74ls164 扩展出 8 个输出口；c.接八只 LED 输出显示；d.由桥堆 2w10、7805 完成电源电路。放在 DSN 文件里，按要求接线后保存。2.2 程序设计方案1.设计程序流程图根据课题要求 ,进行分析： (1)单片机工作在串行口方式 0 则需要对 SCON 设置,SM0,SM1,必须置 0；（2）串行口中断,需要对 RI,TI 清零；（3）要使 LED 按不同的顺序依次亮，则需要通过串行口向外依次输
5、出不同的数据；（4）由晶振为11.0592MHZ，频率过高，需要编写延时程序，每次对串行口输出数据后调用，才能够看清设计的结果是否满足课题要求；（5）在程序设计中，需要对程序进行仿真，则要求对仿真软件能很好的把握。软件设计时，我提出了两种不同的思路：一、对数据输出时，顺序依次编写出输出程序，编写程序时，要多次重复写出送数据到 SBUF调用、延时等程序，在此过程中，需要占用大量的存储空间，且反复书写，冗长单调。二、利用查表法对数据进行输出， 把将要输出的数据放在一个 TAB 表中，依次排列，调用时，让地址依次增加，取得的数据送入 SBUF 中，这样做，程序简单明了，占用的存储空间比较小。对此，仅
6、列出第二种思路的流程图。如图 2.2：2开始设置程序起始地址0000hTi=0？把查表次数送至r7YN设置地址指针Ti 清零，r0 增 1设置串行口为方式 0NR7-1=0？启动串行口进行查表发送Y调用延时子程序图 2.2 程序流程图2.依据程序流程图用 Keil 软件设计应用程序，并利用 Keil 和 Proteus 级联来验证编写的程序是否符合设计要求。3. 方案实施3.1 原理图设计方案1.方案比较与选择方案一：由 AT89C52 的串行口 RXD 输出信息由 74ls64 的管脚 1，2，由 TXD 输出的脉冲信号与 74LS164 的 CLOCK 管脚相连控制 74LS164 的输出
7、锁存与变换，将转化成并行数据输出到 led 上显示。如图 3.1 所示3图 3.1 用 74ls164 扩展并行输出口方案二：用P0 口作为 8255 的输入信号，用P2.5 和 P2.6 控制 A0 和 A1 作为工作方式控制信号，P2.7 作为片选信号，RD 与 WR 和单片机的 RD 与 WR 相连，硬件电路连好后， 要想使 8255 工作还需要对 8255 进行初始化，显然编程比较麻烦，但是 8255 扩展的并行输出口个数可由工作方式选择，这是其优点。如图 3.2 所示图 3.2用 8255 扩展并行输出口本设计中若要用 8255 将 P0 口扩展成一个或几个 8 位并行口，在其中一个
8、八位口上接入 8 个发光二极管做为输出，即可满足要求；若要用74LS164 虽然一片只能扩展八个并行输出口，但也可以用多片74LS164 并联来弥补扩展口输出数量的不足，即使扩展三AT 89C52 的五个管脚，在并行输出口紧缺的情况时是可取的，另外 74LS164 为非可编程并行口输出芯片，不需要进行初始化， 软件编程比较简单，但是以增加电路复杂度为代价的因此选择方案二。个八位的并行输出口，如图 3.3 所示也只需要4图 3.3 用74ls164扩展3组并行口2.元器件简介：(1)AT89C52AT89C52是一个低功耗，高性能8位单片机，片内含8KB 的可反复擦写1000次的Flash只读程
9、序存储器，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存储技术制造，兼容标准MCS-51指令系统，芯片内集成了通用 8位中央处理器和 Flash 存储单元，功能强大的AT89C52可为许多嵌入式控制应用系统提供高性价比的解决方案。AT89C52有40个引脚， 32个外部双向输入/输出（I/O）端口，同时内含2个外中断口，3个16位可编程定时计数器,2个全双工串行通信口，2个读写口线，AT89C52可以按照常规方法进行编程,但不可以在线编程(S 系列的才支持在线编程)其将通用的微处理器和 Flash 存储器结合在一起，特别是可反复擦写的Flash 存储器可有效地降低开发成本。表3.1P1口引脚的
10、第二功能P1.0P1.1 P1.5 P1.6P1.7T2（定时器/计数器T2的外部计数输入），时钟输出T2EX（定时器/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向控制） MOSI（在系统编程用） MISO（在系统编程用）SCK（在系统编程用）5图 3.4 AT89C52 引脚图表 3.2 P3 口的第二功能P3.0RXD（串行输入）P3.1TXD（串行输出）P3.2INT0(外部中断 0)P3.3P3.3 INT0(外部中断0)P3.4T0（定时器 0 外部输入）P3.5T1（定时器 1 外部输入P3.6WR(外部数据存储器写选通)P3.7RD(外部数据存储器写选通)RST: 复位输入。晶振工作时，
11、RST 脚持续 2 个机器周期高电平将使单片机复位。ALE/PROG：地址锁存控制信号（ALE）是访问外部程序存储器时，锁存低8 位地址的输出脉冲；PSEN:外部程序存储器选通信号（PSEN）是外部程序存储器选通信号；EA/VPP:访问外部程序存储器控制信号。为使能从0000H 到FFFFH的外部程序存储器读取指令，EA必须接GND。为了执行内部程序指令，EA应该接VCC；XTAL1:振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端； XTAL2:振荡器反相放大器的输出端。6图(2)74LS164 简介74LS164 是一个串入并出的 8 位移位寄存器引出端符号：Q0Q7 （3，4，5，6，10，1
12、1，12，13）并行输出端 ；A,B（1，2）串行输入端；CLR（9） 清除端,为0时，输出清零；CLK（8） 时钟输入端；3.5 74LS164引脚图串行输入带锁存,串行输入带缓冲； 最高时钟频率可高达 36Mhz当清除（CLEAR）为低电平时，输出端（QA-Q 均为低电平。输入端 A,B 为可控数据端，当 AB 任意一个为低电平则禁止新数据的输入，在时钟端（CLOCK）脉冲上升沿作用 Q0 为低电平。当 AB 一个为高电平，则另一个就允许输入数据， 并在 CLOCK 上升沿作用下决定 Q0 的状态。表 3.3 74ls164 真值表L低电平H高电平任意电平3. 确定选取方案一之后选取 AT
13、89S52 、晶振 11.0592MHZ 、电容、LED 指示灯、74LS164、桥堆 2W10、7805、40 脚 IC 插座、万能板、电阻 、按键等器件。4.设计原理图：（1）时钟电路晶振全称是晶体震荡器，晶振的作用是为系统提供基本的时钟信号，相当于单片机的心脏，本设计用 11.0592MHZ 的晶振和两个 33uf 电容完成时钟电路，如图 3.6。7（2）复位电路图 3.6 时钟电路复位是单片机的初始化操作，只需给 MCS-51 的复位引脚 RST 加上大于两个机器周期的高电平，就可使 MCS-51 复位。复位电路主要有两种：1.上电自动复位 2.按键复位。在设计中，采用按键、两个 68
14、0 欧姆电阻、1000uf 电容的按键复位，电路如图 3.7。图 3.7 复位电路（3）电源模块TR1(P1)TR1U278051VIVO3BR1D N GR131k22W10GC4C61000UF104C7C51041000UFTRAN-2P2SD18LED日常用到的都是 220V 的交流电源，所以需要用变压器、桥堆2w10 转换成线路中所用到的直流电源。此转换后的直流电源为+12V,而线路中的芯片工作所需电压是+5V,因此还需要 12V 到 5V 的转换电路，此转换采用 7805、电容完成，并接电源开关和 LED 电源指示灯，如图 3.8。图 3.8 电源电路（4）主控部分主控部分由 AT89C52 单片机充当，串行输出端口P3.0 有 SBUF 缓冲器，单片机将数8据写入 SBUF，然后输出，P3.0 有输出的同时 P3.1 会有脉冲信号，这是由单片机的内部电路决定的。（5）扩展部分AT89C52 串行口 P3.0 接移位寄存器芯片 74LS164 输入端口（1,2）P3.1 口给 74LS164提供脉冲信号扩展出 8 位并行输出口，连线如图 3.9。图 3.9 74ls164 扩展并行输出口（6）显示模块74ls164 输出口经电阻接八只共阴极 LED，当 74LS1
