扩展8个输出端口设计.docx

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1、课程设计任务书设计题目|扩展8个输出端口设计学生姓名设计要求:1 .使用AT89C52的串行口，在工作方式0下，通过位移寄存器芯片74LS164实现8个输出端口 的扩展，接8个LED来显示8个输出端口的电平。具有电源开关及指示灯，有复位按键；2. 让8个LED灯4个为一组，实现亮灯的4个从中间开始向左移动一次，再从中间开始向右移 动一次，接着从最右端向中间移动一次，在从最右端向中间移动一次，然后闪烁两次，不断循环。学生应完成的工作：1. 设计电源模块、复位电路和输出模块。电源模块应该能把220V的交流电整流为5V的直流电， 还应该实现对电源导通的指示及电源的开关可控；复位电路，由开关键控制实现

2、；单片机AT89S52工 作在串行口，在工作方式0下，与位移寄存器芯片74LS164接通实现串口的8位输出端口的扩展，用 8个LED来指示8位输出端口的扩展情况。2. 用Proteus软件模拟仿真所设计的原理图。3. 根据所设计的电路原理图，进行实物系统制作。4. 撰写课程设计报告，该生主要负责单片机AT89C52的程序设计工作。参考文献阅读：1 杜树春.单片机C语言和汇编语言混合编程实例详解.北京：北京航空航天大学出版社，2006.62 张毅刚.单片机原理及应用.北京：高等教育出版社，2003.123 于永，戴佳，常江.51单片机实例精讲.北京：电子工业出版社，2006.044 朱宇光.单片

3、机应用新技术教程.西安：电子工业出版社，2000.045 胡汉才.单片机原理及其接口技术.清华大学出版社，20046 吴飞青等.单片机原理与应用实践指导.机械工业出版社2009.2工作计划：5月6号一7号完成原理图设计；5月8号一9号完成程序设计；5月10-11号电路仿真和调试；5月13号-16号电路板的焊接和调试17号完成课程设计说明书。任务下达日期：2013年5月6日任务完成日期：2013年5月17日指导教师（签名）：学生（签名）:扩展8个输出端口设计要：本文按课程设计要求，通过移位寄存器给AT89S52扩展8个输出端口，并通过给AT89S52编写相应程序来控制LED灯的闪亮规律。本设计

4、由桥堆2W10接变压器将交流电转化为直流电，经稳压集成电路7805稳压 和电容滤波后得到+5V的电源电压，对芯片和电路供电。由晶振和电容组成 时钟电路，对AT89S52提供工作频率。输出电路由移位寄存器和LED灯连 接而成。用汇编语言给AT89S52编写程序控制LED亮灯规律。经安装与调 试后制作出的系统圆满实现了课程设计的要求。关键词： AT89S52； 74LS164； LED；稳压管1. 设计背景11.1课题提出的意义11.2对单片机发展前景的展望12. 设计方案22.1硬件设计方案22.2程序设计方案33. 方案实施53.1原理图设计53.2程序设计83.3仿真结果113.4安装与调试

5、114. 结果与结论124.1设计结果1224.2设计结论1225.收获与致谢错误！未定义书签。36 .参考文献1337.附件1341. 设计背景1.1课题提出的意义单片机的问世事计算机技术发展史上的一个重要里程碑，因为它的诞生标志着计算 机正式形成了通用计算机系统和嵌入式计算机系统两大分支。单片机体积小、成本低， 可广泛地嵌入到如工业控制单元、机器人、智能仪器仪表、汽车电子系统、家用电器、 办公自动化设备、金融电子系统、玩具、个人信息终端及通信产品中。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

6、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 端口没有被使用的情况下，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。本次通过对单片机扩展8个 输出端口，将理论联系实际，增强了我们对课本知识的理解，增强了我们实际问题的分 析与解决能力。1.2对单片机发展前景的展望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用。随着 电子技术和计算机应用的发展，单片机广泛应用于工

7、业自动控制、智能化仪表、计算机 外部设备的控制和顺序控制、家用电器、计算机网络、并行处理等系统中，同时，由于 许多新技术应用于单片机，使单片机的功能趋向于多样化、专用化，指令的功能越来强 纵观单片机的发展过程，可以预测单片机的几个发展趋势：低功耗CMOS化、微型单片 化、主流与多品种共存、大容量高性能、串行扩展技术。可见我们生活的各个领域都离 不开单片机，单片机改变着我们的生活，所以说它有着广泛的应用前景。2. 设计方案根据此电路需要实现的功能选择合理的电路设计和软件设计。硬件设计包括对电源 电路，复位电路，晶振电路，主控电路，扩展电路，显示电路的设计。硬件电路需要简 洁，易连接，可靠性高等。

8、软件设计则选择利用最少单片机片上资源，选取最简单、正 确、可靠的程序方案。2.1硬件设计方案根据课程设计要求，作为控制模块的AT89C52单片机要工作需要最小系统，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。1. 硬件主要部分的方案比较与选择AT89S52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（74LS164）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，

9、将用可编程并 行接口芯片8255扩展作为方案二。方案一：由AT89S52的串行口 RXD输出信息给74LS164的管脚1和2，将这两个引 脚并联即可，由AT89S52的串行口 TXD输出的脉冲信号与74LS164的CLOCK管脚相连接， 控制74LS164的输出锁存与变换，并将转化成并行数据输出到LED上显示。如图2.2所 示。(ADOJPOJO (AD1JP0.1 (AD2JP02 (AD3JP03 (AD4JP0.4 (AD5JP0J(AL(5JPOj6 (AD7JP0.7(A8JP2J0(A9JP2.1 (A1OJP22 (A11JP23 (A12JP2.4 (A13JP2J (A14J

10、P2j6(A15JP2.7VCC GHD (EMDJP3J0 (TKDJP3.1 ALE/PROG 方案二：用P0 口作为8402074LS164扩展并行输出口的输入信号，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。本设计中若要用8255将P0 口扩展成一个或几个8位并行口，在其中一个八位口上 接入8个发光二极管作为输出，即可满足要求；也可用74LS164扩展八个并行输出口， 另外

11、74LS164为非可编程并行口输出芯片，相较8255不需要进行初始化，软件编程比 较简单，因此选择方案一。2.2程序设计方案1. 程序设计的要求分析根据课题要求，进行分析：（1）单片机工作在串行口方式0则需要对SCON设置写控制 字,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出不同的数据，根据循环的规律在Tab中编入 相应的与LED对应的编码；（4）由于晶振的频率为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延时程序，才能够看清设计的结果是否满足课题 要求；（5）当编好程序

12、时用Keil对其进行编译，并生成.HEX文件。（6）在程序设计中， 需要对程序进行仿真，并且对AT89C52的引脚要有一定的了解，要求对仿真软件能够大 致运用。2. 程序方案的设计和选择软件设计时，我提出了两种不同的思路。方案一：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，冗长单调切不易实际执行。方案二：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，依次循环即可达到实验要 求这样做，程序简单明了，占用的存储空间

13、比较小。对比两种方案，方案二是比较合适的，因此，此设计选择方案二3. 软件设计程序依据程序流程图用Keil软件设计应用程序，将写好的程序保存成.HEX文件,再启动 Proteus，点击AT89C52将.HEX文件添加入Proteus中的AT89C52之后就可以进行 仿真。3. 方案实施3.1原理图设计1.电源电路设计电源电路将220V的交流电整流为可供单片机使用的5V的直流电，同时也给整个所 设计的电路系统供电，设计的电源电路原理图如图3.1所示。变压器TR1将220v的交流电转变为9v的交流电，桥堆将交流电整流为直流电，7805稳压管起稳压作用，发光二极管是电源指示灯，R1是发光二极管的限流

14、电阻。2. 复位电路设计AT89S52的复位电路是由外部的复位电路实现的。按键手动电平复位是通过RST 端经电阻与电源VCC接通实现的，具体所设计的按键电平复位电路如图3.2所示。RST 引脚上的高电平必须持续足够长的时间，而RST引脚上的高电平的持续时间取决于电 容的充电时间，按下复位按钮后，外部复位电路给电容C充电加至RST引脚一个高电 平信号，此信号随着VCC对电容C的充电过程而逐渐回落，因此选择合适的电容C和 电阻R是保证复位电路能正常工作的必要条件。图3.2按键电平复位电路3. 晶振外接电路晶振外接电路如图3.3所示。两个引脚XTAL1和XTAL2跨接石英品体和微调电容来 构成一个稳

15、定的自激振荡器，给AT89C52提供时钟信号。图3.3晶振外接电路图4. AT89S52 概述AT89S52引脚图如图3.4所示。P1.0/TVccP1.1/TP1.2PO.OP1.3P0.1P1.4P0.2P1.5P0.3P1.6P0.4P1 7._ _ pn sAT89S5X M ZHr.DRST/TDP0.7F3.0/RXDEA-TPP3.1/TXDP3.2!，TNrOALE/OGPNP3.4/TOF3.5/T1K.7P3.6 WRP2.6PS.TRDK.5XTAL2P2.4K.3XT ALLK.2GndK.1K.OU1 1 5 1 7 f89图3.4 AT89S52引脚图本次设计所应用

16、的AT89S52引脚功能如下：引脚9：复位端；引脚10：第二功能时，作串行数据输入口；引脚11：第二功能时，作串行数据输出口；引脚18：片内振荡器反相放大器和时钟发生器电路的输入端;引脚19：片内振荡器的反相放大器的输入端引脚20:接地；引脚40：接5V电源，给单片机供电。5. 74LS164 简介74LS164是高速硅门CMOS器件，与低功耗肖特基型TTL (LSTTL)器件的引脚兼 容。74LS164是8位边沿触发式移位寄存器，串行输入数据，然后并行输出。数据通过 两个输入端(DSA或DSB)之一串行输入；任一输入端可以用作高电平使能端，控制另 一输入端的数据输入。两个输入端或者连接在一起

17、，或者把不用的输入端接高电平，一 定不要悬空。时钟(CP)每次由低变高时，数据右移一位，输入到Q0，Q0是两个数据输入端 (DSA和DSB)的逻辑与，它将上升时钟沿之前保持一个建立时间的长度。主复位(MR)输入端上的一个低电平将使其它所有输入端都无效，同时非同步地清 除寄存器，强制所有的输出为低电平。 器件功能作用：8位串入，并出移位寄存器 功能图图3.5 74LS164引脚图 引脚说明引脚1和引脚2：数据输入端口；引脚3到6和引脚10到13：数据输出端口；引脚7：接地端；引脚8：移位脉冲输入端；引脚9：复位端，低电平有效；引脚14：接电源端。6. LED输出电路LED输出电路如图3.6所示，

18、其中电阻为限流电阻。图3.6 LED输出电路3.2程序设计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出不同的数据；（4）因为晶振为11.0592MHZ， 频率过高，所以需要编写延时程序，每次对串行口输出数据后调用，以保证才能够看清 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 真软件能很好的操作。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

19、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，仅列出第二种思路的流程图，如图3.7。图3.7程序流程图2.以及延时子程序的源程序编写用汇编语言编写源程序，该程序主要包括查表程序，写控制字，编写及调用。延时子程序的编写如下:delay:mov r2,#100;令 r2=100del2:mov r3,#100;令 r3=100del1:mov r4

20、,#10;令 r4=10del0:djnz r4,del0;del0循环100次djnz r3,del1del1循环100次djnz r2,del2del2循环100次ret表中数据的设置:tab: db 10h,20h,40h,80h; led 输出表db08h,04h,02h,01hdb01h,02h,04h,08hdb80h,40h,20h,10hdb0ffh,00h,0ffh用汇编语言所编写的源程序如下:org 0000h;程序起始地址ajmp startstart:mov scon,#00h;设置串行口为方式0mov sbuf,#00H ;将SBUF初始化为零clr p3.0将P3.

21、0初始化mov r1,#12h令r1=18设置查表次数mov dptr,#tab;查表mov r0,#00h令 r0=0rec: mov a,r0;从表头开始查表movc a,a+dptrmov sbuf,a ;将查表所得值移入串行口缓存器wait: jnb ti,wait ;当串口传数据时一直等待clr ti ;当串口传完数据后将发送标志位清零lcall delay;调用延时子程序inc r0;r0自加一djnz r1,rec;ajmp start;delay: mov r2,#100;del2: mov r3,#100;dell:mov r4,#10;del0:djnz r4,del0;d

22、jnz r3,del1;djnz r2,del2;rettab:循环12次查表，在led上输出循环十二次之后，重新开始执行令 r2=100令 r3=100令 r4=10del0循环100次del1循环100次del2循环100次db 10h,20h,40h,80h;led输出表db 08h,04h,02h,01hdb 01h,02h,04h,08hdb 80h,40h,20h,10hdb 0ffh,00h,0ffh end3.3仿真结果在各单元电路设计好的基础上，按照总体电路图在仿真软件Proteus中一一选择 芯片并连接，将电路在Proteus上连接好后，为各个电阻和电容选取适当值，然后给芯

23、 片导入由已经编好的源程序生成的HEX文件，然后开始仿真，根据二极管发光的情况判 断设计是否有误。通过仿真，我们的电路原理图的设计以及程序的编写均正确无误，能 实现设计要求。3.4安装与调试实物的焊接对自己的实际动手能力要求很高，根据自己所设计的硬件电路，在万用 板上合理布局，在焊接时要注意虚焊等常见故障现象，保证正确焊接实物，在焊接完成 后用万用表检查，保证硬件没有虚焊和短路故障。然后将生成的HEX文件烧入到AT89S52 中，将芯片插入到电路板的插座上，然后给电路供电，二极管的亮灯规律能完全实现课 题要求。4 .结果与结论4.1设计结果在完成焊接后，起初系统并不能正常工作，没有出现预期的结

24、果，LED灯不是按所 要求的规律依次闪亮而是停留在一个地方不动，后来在指导老师的指导下，我们完成了 硬件电路的检查以及程序的修改，最后系统才能正常工作。但是在出现故障时，起初并 不清楚究竟是软件设计存在错误，还是硬件设计存在错误，还是焊接电路板时焊接存在 虚焊和短路错误等。但是在指导老师给我们提出可能出现的故障点后，我们一一排除并 校正，最后才使得电路能正常工作，实现了课程设计的要求，即接通电源后8个LED灯 4个为一组，使亮灯先从中间开始向左移动一次，再从中间开始向右移动一次，接着从 最右端向中间移动一次，在从最右端向中间移动一次，然后闪烁两次，不断循环，按下 复位按键便重新开始循环。4.2

25、设计结论虽然本次课程设计所设计的系统不是太复杂，但是在这实施方案过程中还是遇到了 很多问题，如常用元器件的安装以及整体电路的合理布局，以及焊接时要注意焊接工艺， 防止出现虚焊和短路的故障现象，因为在检修时是比较麻烦的。在焊接电路板时要注意 模块化的焊接，电源电路，和输出电路要分模块焊接，每个模块焊接完毕后，要注意检 查电路，如果有错误，立即改正，这样才能方便排查错误。5 .收获与致谢6 .参考文献1 杜树春.单片机C语言和汇编语言混合编程实例详解.北京：北京航空航天大学出版社，2006.62 张毅刚.单片机原理及应用.北京：高等教育出版社，2003.123 于永，戴佳，常江.51单片机实例精讲

26、.北京：电子工业出版社，2006.044 朱宇光.单片机应用新技术教程.西安：电子工业出版社，2000.045 胡汉才.单片机原理及其接口技术.清华大学出版社，20046 吴飞青等.单片机原理与应用实践指导.机械工业出版社2009.27.附件7.1附件一表7.1元器件清单元件数量AT89C521晶振 11.0592MHZ1瓷片电容33PF2瓷片电容1042电解电容1000UF3LED指示灯974LS164178051桥堆2W10140脚IC插座1拨动开关1按键17.2附件二AT：:：yS52Pl.O/TPl.l/TRST/VPDP3.0/KKDP3.1/T3mP；.2m-TT0P33ZINT1P3.4/T0P3.5/T1PM .3而豆P3.7/TI：-JCTALiMTALlALETRLIIjPSEII、仔11 3001 3001 3003001 300广1 300300图7.2系统连接图2-d，EfiOM3-3E图7.5实物工作图指导教师评语：课程设计报告成绩：，占总成绩比例：30%课程设计其它环节成绩：环节名称：考勤，成绩：，占总成绩比例：20%环节名称：综合，成绩：，占总成绩比例：50%总成绩：指导教师签字：年月 日