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C51單片機并行口擴展設計及應用(LM741放大器放大信號輸出)
2 基于89C51的系統(tǒng)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口做為選能信號線來將P1口進行并行口擴展。
(1) 種方式的并行口擴展優(yōu)點
連線簡單;
不占用存儲器空間;
(2) 編程也方便靈活。但也有很大的缺點
并行口擴展能力有限,(如使用74LS573(74LS373)且不進行驅動處理,則最多可擴展4個同樣類型的并行輸出端口,當然還需要與之對應的四個選通信號。)
如擴展較多,選通信號占用并行口位數太多,例如欲擴展8個并行輸出端口,則需要8個選能信號,此時,僅選能信號就占用了一個8位并行口,這對在I/O端口 線有限的單片機系統(tǒng)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)輸出的八進制透明D型鎖存器)對P1口進行了一 個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:
圖1 PI口擴展電路
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,必須額外增加一個運算放大器,才能得到電壓信號,在本次電路中使用了1個LM741放大器來放大信號輸出,LM741是一 個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。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周期的正弦波,通過外接示波器可以清 淅的看到。另外模擬信號的輸出引在一個外接端子上,可以與其它系統(tǒng)相連接,做到通用性的效果。D/A轉換原理圖如圖2所示:
圖2 D/A轉換
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 要進行的操作等。按照顯示方法的不同,可分為靜態(tài)顯示和動態(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,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8位的移位寄存器 (74HC164),和兩個八段的LED數碼管(共陽的)加上2個8×330Ω的排阻構成。靜態(tài)數碼管顯示的優(yōu)點在于,編寫程序相對比較簡單,一旦將欲顯 示的數據發(fā)送出去,只要當前顯示的數據沒有變化,就無須理睬它。不足之處在于,如果顯示的位數太多,硬件的開銷和電源的功耗問題將會很嚴重(比如這里,只 需顯示兩位,就需要用到兩塊74HC164和2個排阻)。電路原理圖如圖3所示:
圖3 顯示電路
2.4 電源部分電路的設計
整個電路系統(tǒng)使用9V～12V的直流電源供電,故使用一個拔碼開關和一個二極管,以起保護作用,這里拔碼開關只起到電源開關的作用。由于CPU電源為5V,所以使用L7805三端穩(wěn)壓來供CPU電源,電源指示燈一個。電源部分電路圖如圖4所示:
圖4 電源電路
2.5 復位部分電路設計
本電路的復位電路是用一個復位芯片MAX706P來設計的,并帶有復位按鈕一個。這里復位是低電平有效的,有手動復位按鈕,當程序跑飛或無響應時可以選用手動復位。復位信號來自于CPU的P22口。復位電路原理圖如圖5所示。
圖5 復位電路
3 系統(tǒng)軟件部分設計與應用
程序已經調試通過,整個程序實現的功能如下:
P1口的八位擴展,控制8個開關LED指示燈,程序實驗了對這8個指示燈的開關跑馬控制,實驗程序可以編寫從L1至L8的循環(huán)發(fā)亮,在每個發(fā)光二極管發(fā)光 的同時,數碼管顯示當前發(fā)亮LED的序號,比如11、22、33等等。也可讓每個二極管閃爍,可以規(guī)定閃爍時間為半秒鐘或更長,然后再在每一個LED指示 燈閃爍的同時,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,數碼管顯示11字樣,L2燈閃爍時,數碼管顯示22字樣等等。在數模轉換 這一子函數的編寫上,是使用指針數組來寫的,DAC0832實現DA的轉換的芯片,實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,示波器將 輸出一正弦波圖形。主程序流程圖如(圖6)所示。以上所述是整個系統(tǒng)的功能,所有的程序都已經通過調試試驗,實驗證明是可行的。
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