1、桂 林 電 子 科 技 大 學 設 計 報 告 用 紙 桂 林 電 子 科 技 大 學單片機最小應用系統(tǒng) 設 計 報 告 指導老師：吳 兆 華 學 生： 王 竣 民機電工程學院單片機最小應用系統(tǒng)設計報告目錄一、設計題目3二、設計內容與要求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55.1流程圖55.2源程序55.2.1程序設計思想55.2.2源程序清單5六、系統(tǒng)功能分析與說明66.1系統(tǒng)主要組成部分66.1.1 單片機最小系統(tǒng)部分66.1.2 可編程的并行接口芯片8255A76.1.3 輸入輸出部分76.2 可編程的并行接口8255A接口電路部分86.2.1 8255A的引

2、腳86.2.2 8255A的內部結構96.2.3 8255A的工作方式106.2.4 8255A的控制字126.3 開關狀態(tài)的讀入與顯示部分146.4 指示燈顯示部分146.5 電路板的制作146.5.1 PCB圖的制作156.5.2 電路板的腐蝕、鉆孔和元器件的焊接166.6 系統(tǒng)連線說明分析16七、設計體會17八、參考文獻18一、設計題目可編程的并行接口芯片8255A控制繼電器實現(xiàn)開關狀態(tài)顯示控制。采用AT89S51單片機讀取外部（8255的A口）的開關信號并將相應的信號通過8255的B口用LED顯示出來端口。二、設計內容與要求用8051單片機和8255讀取開關狀態(tài)并顯示開關狀態(tài)。用825

3、5的A口接8個開關，B口接8個發(fā)光二極管，讀取開關狀態(tài)后，將狀態(tài)通過8個發(fā)光二極管顯示出來。三、設計目的意義1、掌握單片機擴展外部數據存儲器的方法。2、掌握可編程的并行接口芯片8255A與單片機的硬件接口電路、8255A內部結構及其編程方法。3、掌握單片機的最小系統(tǒng)的設計。4、掌握電路板的設計與制作。5、了解程序編寫與調試的方法和技巧。6、綜合掌握所學的單片機指令系統(tǒng)和硬件接口電路知識，進行簡單的最小系統(tǒng)開發(fā)。四、系統(tǒng)硬件電路圖系統(tǒng)硬件圖(圖1)包括單片機最小系統(tǒng)（復位電路、晶振電路和相關的控制信號）、外部擴展芯片8255A部分、外電路接通顯示部分、及電源顯示部分。設計硬件電路圖時，其基本思想

4、：先通過萬能板搭建試驗平臺，將編好的程序下載到51中，等可以達到預期要求后，最后在PROTEL中設計原理圖與PCB，做出電路板。圖1 系統(tǒng)硬件圖五、程序流程圖與源程序5.1流程圖 5.2源程序5.2.1程序設計思想單片機通入電源后，一直讓單片機對8255的A口進行采集，將8255的A口的開關信號送入8255的B口，原因是8255的B口要時時顯示開關的通與段的狀態(tài)。5.2.2源程序清單#include<reg51.h>#include<absacc.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned int#define

5、COM8255 XBYTE0x0300/*命令口地址*/#define PA8255 XBYTE0x0000/*口A*/#define PB8255 XBYTE0x0100/*口B*/void delay200ms(void)/*延時函數*/ unsigned char i,j,k; for(i=5;i>0;i-) for(j=132;j>0;j-) for(k=150;k>0;k-); void delay1s(void) unsigned char i,j,k; for(i=10;i>0;i-) for(j=132;j>0;j-) for(k=150;k>

6、;0;k-); void main(void) /*主函數*/ uchar m;delay200ms(); COM8255=0x90;/*確定A,B口工作方式，A口輸入，B口輸出*/while(1)delay200ms();m=PA8255;/*單片機讀入8255 A口開關信號*/ P1=m;/*中間信號，便于調試*/ PB8255=m;/*將讀入信號顯示到8255 B口的LED上*/ 六、系統(tǒng)功能分析與說明6.1系統(tǒng)主要組成部分6.1.1 單片機最小系統(tǒng)部分（1）單片機的最小系統(tǒng)部分包括晶振電路、復位電路、主電源引腳Vss和Vcc、控制引腳/EA。（2）晶振電路為單片機正常工作時提供的時鐘信

7、號，由兩個30pf的無極性電容和晶體壓電瓷片組成外部振蕩電路，把單片機的XTAL1（19）和XTAL2（18）分別接到外晶體的兩端，使電容的另外一端接地就完成了單片機的晶振電路部分的設計，硬件圖見圖2晶振電路所示。（3）復位電路，當振蕩器正常工作時，在單片機的復位引腳（9）連續(xù)保持出現(xiàn)兩個機器周期以上的高電平時，就會使單片機復位。AT89S51單片機復位電路主要有上電復手動復位和自動復位兩種，在本次試驗中我采用手動復位。按鍵手動復位的工作原理是：當按下按鍵時，電源對外接電容進行充電，使RST端為高電平，復位鍵松開后，電容通過內部下拉電阻放電，逐漸使RST端恢復低電平。具體電路見圖2復位電路。圖

8、2 手動復位電路主電源引腳Vss（20）接地，Vcc（40）正常操作時接+5V電源?？刂埔_/EA（31），當/EA保持高電平時，訪問內部程序存儲器（4KB），當PC值超過0FFFH時,將自動轉向執(zhí)行外部程序存儲器中的程序。當/EA接低電平時，則只訪問外部程序存儲器（從0000H開始），不管單片機內部是否有程序存儲器。本系統(tǒng)采用第一種接法，直接將/EA端接高電平。6.1.2 可編程的并行接口芯片8255A（此部分見5.2可編程的并行接口8255A接口電路部分）6.1.3 輸入輸出部分 本系統(tǒng)采用P0口作為和8255A的數據總線接口；用P2.0和P2.0口分別和8255A的地址選通信號端A1和A

9、0口相連，作為地址總線，直接將單片機的/WR（16）和/RD（17）及RST（9）與8255A的/WR（36）和/RD（5）及REST（35）相連作為控制總線。 單片機的P0口是8位的雙向三態(tài)輸入/輸出接口。它既可以作為地址/數據總線使用，又可以作為通用的I/O口使用。當連接外部存儲器時，P0口一方面作為8位數據輸入/輸出口，另一方面用來輸出外部存儲器的低8位地址，作為輸出口時，輸出漏極開路，驅動NMOS電路時應該接上拉電阻；作為輸入口之前，應先向鎖存器中寫“1”，使輸出的兩個場效應管均關閉，引腳處于浮空狀態(tài)，這樣高阻輸入，以保證讀取引腳信號而不是讀鎖存器狀態(tài)。當P0口作為地址/數據總線時，就

10、不能再把它作為通用的I/O口使用了。由于本系統(tǒng)正是采用P0口作為數據總線使用，所以就不能把P0口作為通用的I/O口了。6.2 可編程的并行接口8255A接口電路部分 6.2.1 8255A的引腳圖3 8255引腳圖 8255A具有40個引腳，采用雙列直插封裝形式，其引腳圖如圖3所示，各引腳的功能如下：D7D0:三態(tài)雙向數據引腳，與單片機的數據總線相連，用于CPU與各I/O之間的數據傳輸；PA7PA0：A口輸入/輸出引腳；PB7PB0：B口輸入/輸出引腳；PC7PC0：C口輸入/輸出引腳；/CS：片選信號線，低電平有效，表示芯片被選中；/RD：讀信號線，低電平有效，控制數據讀出；/WR：寫信號線

11、，低電平有效，控制書局寫入；RESET：復位信號線，高電平有效；A1、A0：地址線，輸入三個端口和控制寄存器的地址。6.2.2 8255A的內部結構8255A由3個數據輸入/輸出端口、二個工作方式控制電路、一個讀/寫控制邏輯電路和一個總線數據緩沖器組成，其內部結構如圖4所示。圖4 8255內部結構（1）端口A、B、CA口：具有8位數據輸出鎖存/緩沖器和一個8位數據輸入鎖存器；B口：具有一個8位數據輸入/輸出鎖存/緩沖器和一個8位數據輸入緩沖器；C口：具有一個8位數據輸出鎖存/緩沖器和一個8位數據輸入緩沖器（不鎖存）；三個端口中A口和B口總是作為數據輸入/輸出端口，C口有時控制信號和狀態(tài)信號的輸

12、入/輸出端口。（2）工作方式控制電路工作方式控制電路由兩個，即A組控制電路和B組控制電路，分別控制A口和C口上半部、B口和C口下半部。工作方式控制電路根據控制字寄存器的內容控制A組和B組的工作方式，也可根據控制字寄存器的內容對C口按位進行操作。(3)總線數據緩沖器總線數據緩沖器是一個三態(tài)雙向8位緩沖器。它的一端作為8255A與單片機的數據總線的接口，另一端與A口、B口、C口和控制字寄存器相連，作為單片機與I/O口和控制字寄存器之間的數據緩沖器。讀/寫控制邏輯電路讀/寫控制邏輯電路輸入的控制信號由/RD、/WR、RESET和A1、A0。它根據這些信號控制I/O口及控制寄存器的讀/寫操作。其中地址

13、線A1、A0用來選擇I/O口和控制寄存器，與讀/寫控制信號/RD和/WR構成各種工作狀態(tài)，如表1-1所示。表1 8255端口讀/寫操作表A1 A0/RD /WR /CS工作狀態(tài)0 00 11 00 1 00 1 00 1 0A口數據數據總線B口數據數據總線C口數據數據總線0 00 11 01 11 0 01 0 01 0 01 0 0總線數據A口總線數據B口總線數據C口總線數據控制字寄存器× ×1 1× ×× × 10 1 01 1 0數據總線三態(tài)非法狀態(tài)數據總線三態(tài)6.2.3 8255A的工作方式8255A有3種工作方式，即工作方式

14、0、工作方式1和工作方式2.。（1）工作方式0工作方式0為基本輸入/輸出方式，其功能概括如下：具有二個8位端口（A口、B口）和二個4位端口（C口的上、下半部分）；任意一個端口都可以設定為輸入或輸出，各端口的輸入/輸出狀態(tài)可構成16種 組合；數據輸出全部鎖存，輸入不鎖存。在工作方式0狀態(tài)下，A口、B口、和C口都作為I/O端口，沒有設置控制/狀態(tài)信號時，單片機可以通過訪問外部數據存儲器指令，對任一端進行讀/寫操作。本系統(tǒng)要求CPU讀取外部輸入的開關信號，判斷是哪一位的按鍵信號，然后，通過8255A的PB0、PB1端口輸出，直接采用方式1無條件輸入輸出方式。（2）工作方式1：選通輸入輸出方式端口A和

15、端口B可以設置為這種工作方式，可以是選通的輸入方式，或者是選通的輸出方式。當A口或B口設置為方式1時，由端口C的某些位固定地為端口A或端口B提供聯(lián)絡信號或者狀態(tài)信號，其中包括專門用于中斷請求的信號，以便于8255A和外設之間，或者是8255A和CPU之間傳送狀態(tài)信息以及中斷請求信號。這種聯(lián)絡信號是由8255A內部規(guī)定的，不是由使用者指定的。 方式1可以使用在查詢方式的數據傳送和中斷方式的數據傳送中。（3）工作方式2：雙向方式只有端口A可以選擇這種方式，這時，端口A既可以輸入也可以作為輸出。當然，這種雙向的數據傳送也不是同時進行，但可以是在這個時刻輸入操作，在下一個時刻進行輸出操作，而不需要對傳

16、送的方向重新設置。端口A工作方式2時，仍然默認為時選通的輸入/輸出方式，即在C口種規(guī)定了輸入和輸出的狀態(tài)信息，這些狀態(tài)信息的位置和A口 工作在方式1時基本相同。如果這時端口A要按無條件傳送方式來使用，C口的這些位仍然是保留作為狀態(tài)位。但是這時的端口A并沒有全部占用端口C的狀態(tài)聯(lián)絡線，端口B在方式1時所需要的狀態(tài)聯(lián)絡線仍然可以被B口所使用，所以，端口B此時可以設置為方式1，也可以設置為方式0。端口C可在選擇方式1或方式2工作的情況下作為聯(lián)絡信號使用，其聯(lián)絡信號分布情況見表2，其中空白的位置表示這些位此時沒有用于聯(lián)絡線，仍然還可以用于一般的輸入/輸出操作。各種聯(lián)絡信號的含義如下：表2 8255A方

17、式1和方式2時C口的聯(lián)絡信號C口的位方式1方式2輸入輸出輸入輸出PC7/OBFA/OBFAPC6/ACKA/ACKAPC5IBFAIBFAPC4/STBA/STBAPC3INTRAINTRAINTRAINTRAPC2/STBB/ACKBPC1IBFB/OBFBPC0INTRBINTRB用于輸入的聯(lián)絡信號的意義：/STB8：選通脈沖輸入，低電平有效。當外設送來/STB信號時，輸入數據裝入8255的鎖存器。IBF：輸入緩沖器滿，高電平有效，輸出信號。IBF=1時，表示數據已經裝入鎖存器，可作為狀態(tài)信號。INTR：中斷請求信號，高電平有效，是在IBF為高時變?yōu)橛行?，用來向CPU申請中斷。/OBF：輸

18、出，低電平有效，輸出緩沖器滿信號。當CPU把一數據寫入8255A鎖存器后有效，可用來通知外設開始接受信號。/ACK：輸入，低電平有效，外設響應信號。當外設取走并已經處理完8255A的數據后發(fā)出響應信號。如果需要，可以通過軟件使C口對應于/STB或/OBF的相應位的置位/復位，來實現(xiàn)8255A對外聯(lián)絡信號的置位和復位。6.2.4 8255A的控制字8255A作為可編程器件，其工作方式通過軟件來選擇，并且對于C端口也可以通過軟件對其中的每一位進行置位或復位，以便更好地實現(xiàn)控制功能，共用到兩種控制字：（1）工作方式控制字8255A的三個端口工作于什么方式，使輸入還是輸出，都由工作方式字來控制。825

19、5A工作方式的格式見圖5所示。其中D7=1是方式控制字的特征位。在方式1和方式2工作時，對C口的定義都不影響作為聯(lián)絡信號使用的各位的功能，但未作為聯(lián)絡信號使用的位仍可以用于工作方式控制字中的D0或D3口來定義。圖5 8255方式控制字的各位定義（2）端口C置位復位控制字C口的各可以通過控制字來使之置位或復位，以實現(xiàn)某些控制功能?？刂谱值母袷揭妶D6所示。D7=0時控制字的特征位。每次只能對C口中的一位置位或復位。這兩個控制字都應該寫入8255A的控制寄存器（A1A0=11）,由于兩個控制字各有自己的特征標志（D7為1或為0），因此它們寫入控制字的順序可以任意，并且可以在需要的時候，隨時對C口的位

20、置位或復位圖6 端口C按位置位/復位控制字6.3 開關狀態(tài)的讀入與顯示部分6.3.1 硬件電路圖（見圖7所示）圖7 驅動電路圖6.4 指示燈顯示部分輸入信號由8個開關提供，信號的輸出采用8個發(fā)光二極管顯示，相應的信號燈對應相應的開關，用共陰極的連接方法，輸入高電平導通。電源上電顯示部分用一個1K的電阻串聯(lián)一個發(fā)光二極管來顯示，燈亮表示有電，反之，則電路板沒電。6.5 電路板的制作6.5.1 PCB圖的制作采用了PROTEL DXP 電路繪圖軟件進行原理圖和PCB圖的制作，首先，安裝此軟件，安裝完成后，打開該軟件，新建工程（DOCUMENT）文件，而以后所建立的原理圖文件（*.SCH）、PCB文

21、件（*.PCB）及生成的網路文件（*.NET）都在此工程內。建立原理圖文件時，首先，調用庫文件中常用的元器件庫文件（MISCELLANEOUS DEVICES.LIB）可以調入常用的電阻、電容、開關、晶振、繼電器等常用的電器元件，通過ADD/REMOVE按鈕可以調入庫文件（以INTEL為開頭的庫文件 ），從而調入8255A和80S51芯片以及其它電子元件。原理圖建立后，再生成網路圖，這一步驟只要通過DESIGN-CREATE NETLISTS 即可生成網絡圖。建立PCB圖，首先應按照原理圖的要求認真準確地填好每一個電器元件的封裝，系統(tǒng)沒有封裝的，必須根據實物畫出特別元件的封裝，而且，注意元器件

22、的管腳號必須與封裝的管腳號相同（比如說，三極管發(fā)元器件的管腳是B、E、C，而封裝庫中的管腳卻是1、2、3，必須改變其中之一，使兩者一致），否則出錯，生成的PCB圖不正確。通過檢查PCB圖，如果沒有元器件丟失、管腳丟失和網絡連接正確便可以合理地布線，最終生成和覆銅板尺寸一致的PCB圖。最終生成的PCB圖如圖9所示。圖9 PCB電路圖6.5.2 電路板的腐蝕、鉆孔和元器件的焊接將生成好的PCB 圖，用電熨斗印刷在基板上，再用FECL3 進行腐蝕、鉆孔、焊接相對應的元器件。便完成了電路板的制作。 6.6 系統(tǒng)連線說明分析根據題目要求實現(xiàn)8255的A口讀入開關信號，8255的B口顯示信號，電路相對簡單

23、，所以8255A采用了工作方式0無條件的輸入和輸出方式，直接將單片機的相關信號線和8255A的對應端相對接即可完成片外芯片的擴展?，F(xiàn)在再簡要說明一下數據總線、控制總線和地址總線的建立情況。數據總線。將單片機的P0口的8個引腳分別和8255A 的8個地址總線接口D0口到D7口相連。地址總線。將單片機的P2.1口和P2.0口分別和8255A的A1和A0相連，即可。/CS(片選信號)聯(lián)結到P2.2,這時只要通過改變P2.1和P2.2口的值，即可改變輸出地址，從而向8255A控制字端口寫控制字，或者選擇PA和PB進行輸入和輸出控制?？刂瓶偩€。只要將單片機的/WR和/RD的引腳分別和8255A的/WR和

24、/RD相連接，RST端口和8255A的REST端口相連接，即可完成控制總線的建立。CPU會根據不同的指令識別，進行控制讀/寫信號的選通。由于8255A復位時，各個端口自動保持方式0的工作方式，必須重新寫入控制字信息和各個端口的工作方式，查閱相關資料，了解到8255的復位時間比51的復位時間略長，所以在同時給兩個芯片復位后，經一段延時后再向8255寫入控制字等數據。七、設計體會1、通過此次單片機最小系統(tǒng)的應用開發(fā)，增加了我對電路控制專業(yè)的興趣，尤其是通過單片機進行自動控制方面，在設計及單片機最小系統(tǒng)中，我既掌握了新知識（主要是8255A可編程的并行口芯片的應用），又加深了對所學過的知識認識（主要是編程指令的靈活應用、單片機最小系統(tǒng)的理解和PROTEL DXP 軟件的靈活使用），還提高了自己的分析問題和解決問題的能力和方法（主要是在調試程序時8255A的控制上），最后提高了動手能力（主