一種C51單片機并行口擴展設計及應用

1 引言

C51單片機是我們生活中最常用的系列，MCS-51系列單片機有4個(gè)并行口(P0，P1，P2，P3口)，但對一個(gè)稍微復雜的應用系統來(lái)說(shuō)，真正可供用戶(hù)使用的并行口，只有P1口可用，況且常常因擴展I2C和SPI的器件需占用某些P1口，迫使用戶(hù)不得不擴展并行口以滿(mǎn)足實(shí)際的需要。習慣上，常用的并行口接口芯片有8255、8155，這兩種芯片功能比較齊全，可以使用在相對比較復雜的系統中，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(lái)閑置不用的口線(xiàn)作為選通信號來(lái)進(jìn)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(gè)或幾個(gè)8位并行口，在每一個(gè)八位口上接入8個(gè)發(fā)光二極管做為輸出，二極管是做開(kāi)關(guān)量來(lái)使用的，在這里設計了跑馬燈和流水燈程序，做到對開(kāi)關(guān)量的開(kāi)斷控制;配合開(kāi)關(guān)量的控制筆者設計了一個(gè)共陽(yáng)LED數碼管，用來(lái)顯示當前發(fā)光二極管發(fā)亮的序號，做到更加直觀(guān)的雙重控制效果，然后再將P0口通過(guò)D/A轉換器和一放大器輸出一個(gè)模擬信號，其結果可以通過(guò)示波器看出。這樣整個(gè)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(shí)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

眾所周知，C51系列的單片機都有四個(gè)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(tài)，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(xiàn)來(lái)將P1口進(jìn)行并行口擴展。

(1) 種方式的并行口擴展優(yōu)點(diǎn)

連線(xiàn)簡(jiǎn)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(diǎn)

并行口擴展能力有限，(如使用74LS573(74LS373)且不進(jìn)行驅動(dòng)處理，則最多可擴展4個(gè)同樣類(lèi)型的并行輸出端口，當然還需要與之對應的四個(gè)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(gè)并行輸出端口，則需要8個(gè)選能信號，此時(shí)，僅選能信號就占用了一個(gè)8位并行口，這對在I/O端口線(xiàn)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(tài)輸出的八進(jìn)制透明D型鎖存器)對P1口進(jìn)行了一個(gè)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:

2.2 擬信號輸出的電路設計

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(lái)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(shí)，必須額外增加一個(gè)運算放大器，才能得到電壓信號，在本次電路中使用了1個(gè)LM741放大器來(lái)放大信號輸出，LM741是一個(gè)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(yōu)點(diǎn)。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(tài)，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(gè)周期的正弦波，通過(guò)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(gè)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:

2.3 靜態(tài)數碼管顯示的電路設計

數碼管顯示器是各種儀器設備所不可缺少的重要組成部分，是儀器設備與人對話(huà)的一種重要形式，它告訴人們機器的運行狀態(tài)、數據處理結果、提示操作人員下一步要進(jìn)行的操作等。按照顯示方法的不同，可分為靜態(tài)顯示和動(dòng)態(tài)顯示兩種，這里我們所設計的電路顯示是屬于靜態(tài)顯示那種，是兩位靜態(tài)數碼管顯示，其主要的功能是顯示當前發(fā)光LED的序號，比如如果當前是L1燈在亮的話(huà)，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(gè)8位的移位寄存器 (74HC164)，和兩個(gè)八段的LED數碼管(共陽(yáng)的)加上2個(gè)8×330Ω的排阻構成。靜態(tài)數碼管顯示的優(yōu)點(diǎn)在于，編寫(xiě)程序相對比較簡(jiǎn)單，一旦將欲顯示的數據發(fā)送出去，只要當前顯示的數據沒(méi)有變化，就無(wú)須理睬它。不足之處在于，如果顯示的位數太多，硬件的開(kāi)銷(xiāo)和電源的功耗問(wèn)題將會(huì )很?chē)乐?比如這里，只需顯示兩位，就需要用到兩塊74HC164和2個(gè)排阻)。電路原理圖如圖3所示:

2.4 電源部分電路的設計

整個(gè)電路系統使用9V～12V的直流電源供電，故使用一個(gè)拔碼開(kāi)關(guān)和一個(gè)二極管，以起保護作用，這里拔碼開(kāi)關(guān)只起到電源開(kāi)關(guān)的作用。由于CPU電源為5V，所以使用L7805三端穩壓來(lái)供CPU電源，電源指示燈一個(gè)。電源部分電路圖如圖4所示:

2.5 復位部分電路設計

本電路的復位電路是用一個(gè)復位芯片MAX706P來(lái)設計的，并帶有復位按鈕一個(gè)。這里復位是低電平有效的，有手動(dòng)復位按鈕，當程序跑飛或無(wú)響應時(shí)可以選用手動(dòng)復位。復位信號來(lái)自于CPU的P22口。復位電路原理圖如圖5所示。

3 系統軟件部分設計與應用

程序已經(jīng)調試通過(guò)，整個(gè)程序實(shí)現的功能如下:

P1口的八位擴展，控制8個(gè)開(kāi)關(guān)LED指示燈，程序實(shí)驗了對這8個(gè)指示燈的開(kāi)關(guān)跑馬控制，實(shí)驗程序可以編寫(xiě)從L1至L8的循環(huán)發(fā)亮，在每個(gè)發(fā)光二極管發(fā)光的同時(shí)，數碼管顯示當前發(fā)亮LED的序號，比如11、22、33等等。也可讓每個(gè)二極管閃爍，可以規定閃爍時(shí)間為半秒鐘或更長(cháng)，然后再在每一個(gè)LED指示燈閃爍的同時(shí)，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(shí)，數碼管顯示11字樣，L2燈閃爍時(shí)，數碼管顯示22字樣等等。在數模轉換這一子函數的編寫(xiě)上，是使用指針數組來(lái)寫(xiě)的，DAC0832實(shí)現DA的轉換的芯片，實(shí)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(shí)，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(gè)系統的功能，所有的程序都已經(jīng)通過(guò)調試試驗，實(shí)驗證明是可行的。

4 結束語(yǔ)

整個(gè)系統的軟件已經(jīng)完全通過(guò)調試，證明是切實(shí)可行的，整個(gè)系統的硬件設計是本著(zhù)單片機系統設計的簡(jiǎn)單化原則來(lái)設計，顯的簡(jiǎn)煉有序，軟件編寫(xiě)也非常簡(jiǎn)單易懂。本系統設計比較適合于在小型系統中應用。