《单片机原理及应用》课程设计.docx

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《单片机原理及应用》课程设计

目录

引言……………………………………………………………………………………………

（2）

一、设计目的和要求…………………………………………………………………………

（2）

二、设计任务和主要内容……………………………………………………………………

（2）

51单片机基于8155、8255、ADC0809的应用设计……………………………………………（3）内容提要……………………………………………………………………………………（3）

关键词………………………………………………………………………………………（3）

一、8051单片机简介………………………………………………………………………（3）

1）单片机的概述…………………………………………………………………………（3）

2）引脚及功能介绍………………………………………………………………………（3）

二、51单片机的应用设计…………………………………………………………………（5）

1）系统组成框图（总图）………………………………………………………………（5）

2）设计电路原理图（总图）……………………………………………………………（6）

3）设计原理说明………………………………………………………………………（6）

1、51单片机基于8155芯片的扩展应用设计…………………………………………（6）

1.18155的内部结构及引脚说明…………………………………………………（6）

1.28155芯片扩展并口设计………………………………………………………（8）

（1）设计电路图………………………………………………………………（8）

（2）程序流程图………………………………………………………………（8）

（3）程序清单…………………………………………………………………（9）

（4）小结……………………………………………………………………（11）

2、51单片机基于8255芯片的扩展应用设计…………………………………………（11）

2.1功能说明……………………………………………………………………（11）

2.28255扩展并口设计…………………………………………………………（12）

（1）设计电路图………………………………………………………………（12）

（2）程序流程图………………………………………………………………（13）

（3）程序清单…………………………………………………………………（14）

（4）小结………………………………………………………………………（15）

3、51单片机基于ADC0809的扩展应用设计…………………………………………（15）

3.1功能说明……………………………………………………………………（16）

3.2ADC0809扩展设计…………………………………………………………（17）

（1）设计电路图………………………………………………………………（17）

（2）程序流程图………………………………………………………………（17）

（3）程序清单…………………………………………………………………（18）

（4）小结………………………………………………………………………（19）

三、结束语………………………………………………………………………………（19）

参考文献……………………………………………………………………………………（20）

引言

一、设计目的和要求

1．进一步熟悉和掌握单片机的结构及工作原理。

2．巩固和加深对单片机原理知识的理解，提高学生综合运用课程所学知识的能力及相应的自学能力，并初步建立起开发单片机应用系统的系统概念和整体设计的思想。

3．通过课程设计，掌握以单片机核心的电路设计的基本方法和技术，了解相关电路参数的计算方法。

4．通过实际程序设计和调试，逐步掌握模块化程序设计方法和调试技术。

5．通过完成一个包括电路设计和程序开发的完整过程，使学生了解开发单片机应用系统的全过程，为今后从事设计开发工作打下基础。

6．掌握单片机的接口技术和常用扩展接口芯片如8155、8255、ADC0809等的外特性、使用及控制方法，熟悉汇编程序设计方法，能够达到熟练调试程序的程度，能在教师的指导下，完成课题任务。

7．根据个人的设计调试过程，按照课程设计报告的规范撰写设计报告。

二、设计任务和主要内容

结合MCS-51单片机，74LS373，74LS138，8155，8255，A/D0809等芯片，自拟课题，完成单片机设计。

根据设计原理图、程序流程图，编写程序并调试，说明所设计电路的功能，以及各个功能模块的作用，并写出设计心得，完成课程设计报告。

a）原理图设计

1．原理图设计要符合项目的工作原理，连线要正确。

2．图中所使用的元器件要合理选用，电阻，电容等器件的参数要正确标明。

3．原理图要完整，CPU，外围器件，扩展接口，输入/输出装置要一应俱全。

b）程序设计

1．根据要求，将总体功能分解成若干个子功能模块，每个功能模块完成一个特定的功能。

2.根据总体要求及分解的功能模块，确定各功能模块之间的关系，设计出完整的程序流程图。

3.编写程序，并执行该程序进行调试，检查该程序、是否达到设计要求，若未达到，修改程序，直到达到要求为止。

51单片机基于8155、8255、ADC0809的应用设计

【内容摘要】单片计算机即单片微型计算机。

由RAM、ROM、CPU构成，定时、计数和多种接口于一体的微型控制器。

它体积小，成本低，功能强，广泛应用于智能产业和工业自动化上。

而51系列单片机是个单片机中最为典型和最有代表性的一种。

这次课程设计通过对它的学习、应用，从而达到学习、设计、开发软、硬件的能力。

本次设计主要设计了一个基于8051单片机来扩展外围芯片（8155、8255、ADC0809），分别实现相应的功能，通过编写相应程序，来控制51单片机，进而分别控制三块芯片，可实现按键的采集和显示功能（使用8155芯片）、0—9循环显示的功能（使用8255芯片）、对模拟电压信号的采样以及数字化转换功能（使用ADC0809芯片）。

【关键字】51单片机、8155、8255、ADC0809、扩展

一、8051单片机简介

1）单片机的概述

80C51是Intel公司MCS-51系列单片机中最基本的产品，它采用Intel公司可靠的CHMOS工艺技术制造的高性能8位单片机，属于标准的MCS-51的HCMOS产品。

它结合了HMOS的高速和高密度技术及CHMOS的低功耗特征，它继承和扩展了MCS-48单片机的体系结构和指令系统。

80C51内置中央处理单元、128字节内部数据存储器RAM、32个双向输入/输出（I/O）口、2个16位定时/计数器和5个两级中断结构，一个全双工串行通信口，片内时钟振荡电路。

此外，80C51还可工作于低功耗模式，可通过两种软件选择空闲和掉电模式。

在空闲模式下冻结CPU而RAM定时器、串行口和中断系统维持其功能。

掉电模式下，保存RAM数据，时钟振荡停止，同时停止芯片内其它功能。

80C51有PDIP（40pin）和PLCC（44pin）两种封装形式。

2）引脚及功能介绍

图1为8051单片机的引脚图，单片机的40个引脚大致可分为4类：

电源、时钟、控制和I/O引脚。

1．电源

⑴VCC—芯片电源，接+5V；

⑵VSS—接地端；

图18051引脚图

⒉时钟:

XTAL1、XTAL2—晶体振荡电路反相输入端和输出端。

⒊控制线:

控制线共有4根

⑴ALE/PROG:

地址锁存允许/片内EPROM编程脉冲

●ALE功能：

用来锁存P0口送出的低8位地址

●PROG功能：

片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，此引脚输入编程脉冲。

⑵PSEN:

片外ROM读选通信号。

⑶RST/VPD:

复位/备用电源。

●RST（Reset）功能：

复位信号输入端。

●VPD功能：

在Vcc掉电情况下，接备用电源。

⑷EA/Vpp:

片内、片外ROM选择/片内EPROM编程电源。

●EA功能：

片内、片外ROM选择端。

●Vpp功能：

片内有EPROM的芯片，在EPROM编程期间，施加编程电源Vpp。

⒋输入/输出（I/O）引脚P0、P1、P2、P3（共32根）

●P0口（39脚至32脚）：

是双向8位三态I/O口，在外接存储器时，与地址总线的低8位及数据总线复用，能以吸收电流的方式驱动8个LS型的TTL负载。

●P1口（1脚至8脚）：

是准双向8位I/O口。

由于这种接口输出没有高阻状态，输入也不能锁存，故不是真正的双向I/O口。

P1口能驱动（吸收或输出电流）4个LS型的TTL负载。

●P2口（21脚至28脚）：

是准双向8位I/O口。

在访问外部存储器时，它可以作为扩展电路高8位地址总线送出高8位地址。

在对EPROM编程和程序验证期间，它接收高8位地址。

P2口可以驱动（吸收或输出电流）4个LS型的TTL负载。

●P3口（10脚至17脚）：

是准双向8位I/O口，在MCS-51中，这8个引脚还用于专门功能，是复用双功能口。

P3能驱动（吸收或输出电流）4个LS型的TTL负载。

作为第一功能使用时，就作为普通I/O口用，功能和操作方法与P1口相同。

作为第二功能使用时，用于特殊信号输入输出和控制信号（属控制总线）。

二、51单片机的应用设计

本设计为51单片机基于8155、8255、ADC0809的应用设计，可实现按键的采集和显示功能（使用8155芯片）、0—9循环显示的功能（使用8255芯片）、对模拟电压信号的采样以及数字化转换功能（使用ADC0809芯片）。

1）系统组成框图（总图）

统组成框图中省略了译码器（74LS138）和锁存器（74LS373），74LS138作用是作8155、8255、ADC0809芯片的片选信号输入端，而74LS373的作用是用于锁存51单片机P0口输出的低8位地址。

当选中8155芯片时可实现按键的采集和显示功能，当选中8255芯片时可实现0—9循环计数的功能，当选中ADC0809芯片时可实现对模拟电压信号的采样以及数字化转换功能。

2）设计电路原理图（总图）

设计电路原理图如图所示。

3）设计原理说明

如设计原理图所示，8051单片机的EA端接地，说明只使用片外ROM（即2764），片内ROM失去作用，因此只要将设计的程序存放在2764芯片内，就能控制8051单片机，进而控制各个扩展的芯片。

8051芯片的P0口分别接8155、8255、ADC0809三块芯片的AD0-AD7、D0-D7、2-1~2-8引脚，P2.5、P2.6、P2.7分别接74LS138的A、B、C口,74LS138的输出口Y0、Y1、Y2分别作8155，8255，ADC0809芯片片选信号，因此，当P2.5、P2.6、P2.7输出为000时选通8155，P2.5、P2.6、P2.7输出为001时选通8255，P2.5、P2.6、P2.7输出为010时选通ADC0809,即只要设置合理的端口地址，就能选通不同的芯片，设计不同的程序就能使8155、8255、ADC0809中的一块芯片，按照设计好的程序完成相应的功能。

下面对8155、8255、ADC0809这三块芯片分别与51单片机扩展设计的功能作出说明。

1、51单片机基于8155芯片的扩展应用设计

8155是能并行传送8位数据，具有256字节内部RAM、1个计数器、3个通道、4种工作方式的可编程并行接口芯片（40引脚）。

由此定义可比较容易的理解8155的内部结构、8155引脚与CPU的连接方式等。

1．18155的内部结构及引脚说明

8155内部结构及引脚图如图2所示，现按8155定义，叙述其内部结构。

图28155内部结构及引脚图

（1）内部RAM

8155有256字节单元的内部RAM数据存储器，供用户作数据缓冲器等使用。

（2）定时器

8155还有一个14位的定时器，该定时器有一个计数器脉冲输入端TIMERIN与定时器输出端TIMEROUT。

定时器输入和定时器输出分别用于输入计数器的脉冲信号、输出矩形波或脉冲波。

（3）3个通道

8155有3个通道A、B、C与外设连接，其中A、B通道有8个引脚与外设连接，C通道口有6个引脚。

C口的6个引脚常用于6位数据的输入与输出，或应答方式的通信线。

（4）与外设连接部分

①地址/数据总线AD0~AD7：

分时的传送地址与数据信息。

②控制总线CB

CPU要对8155的RAM、I/O口（A、B、C口）进行读、写、片选等操作，控制线为片选、复位、读、写等信号。

●RAM与I/O选择线

=0时选择片内RAM，

=1时选择I/O口。

与8255一样，8155是使用地址线的低3位A0、A1、A2选择I/O口及控制寄存器。

地址的高5位在选择I/O口地址时可取任意值。

具体选择方法如下表1所示：

表18155I/O口地址：

A7A6A5A4A3A2A1A0

选中寄存器

×　×　×　×　×　000　

命令状态寄存器

×　×　×　×　×　001

A口

×　×　×　×　×　010

B口

×　×　×　×　×　011

C口

×　×　×　×　×　100

定时器低8位寄存器

×　×　×　×　×　101

定时器高6位及工作方式

●片选信号

：

低电平有效，选择8155芯片。

●写信号

：

低电平有效，将AD0—AD7上信息写入8155的RAM或I/O口。

●读信号

：

低电平有效，将8155的RAM或I/O口中信息送上AD0—AD7。

●地址锁存信号ALE：

ALE的下降沿将AD0—AD7、

、

上信息锁存到8155内部锁存器中。

●复位信号RST：

RST将8155各寄存器与I/O口锁存器等复位初始化。

PA0～PA7：

8位通用I/O口，其输入、输出的流向可由程序控制。

PB0～PB7：

8位通用I/O口，功能同A口。

PC0～PC5：

有两个作用，既可作为通用的I/O口，也可作为PA口和PB口的控制信号线。

1.28155芯片扩展并口设计

本设计实现51单片机基于8155扩展三个基本输入输出端口，其中A、B口用于输出，C口用于输入。

没有用到选通输入方式。

如果需要用到此方式，可以进行相应的软硬件扩展设计。

（1）设计电路图

51单片机基于8155的并行口扩展设计如图所示（下页）。

整个硬件设计主要器件为：

51单片机、8155芯片、数码管2只、按键开关6只、EPROM2764一片、74LS138译码器、74LS373锁存器。

本电路设计当中没有包含复位电路，51单片机的复位电路输出端可以和8155的复位端并联在一起使用。

因为两芯片均为高电平复位。

图中，片选端接74LS138的Y0，而74LS138的A、B、C分别接8051的P2.5、P2.6、P2.7，而8155的IO\M引脚接VCC，WR、RD两条线用于对IO端口数据的读写，可以得到8155端口地址为1F00H~1F05H。

进一步可以得到详细的端口地址划分如下。

1F00H:

命令状态口

1F01H:

A口

1F02H:

B口

1F03H:

C口

1F04H:

定时器低字节

1F05H:

定时器高字节

需要特别说明的是：

根据本设计的硬件电路图得到的端口地址可以不同，但是有一点，就是8155的16位端口地址中，高三位必为000，低三位用于确定端口号，剩余中间的10个位状态可以任选。

这是由电路的端口地址译码所决定的。

（2）程序流程图

8155基于51单片机的并行扩展程序设计很简单，关键就是对8155的工作方式进行设定，即8155的操作坚持采用先设定、后工作的原则。

程序流程图如图3所示。

0.5s延时运用软件延时实现，通过程序实现对8155的控制字寄存器进行设定，使8155的两个并行口A、B按照设定的基本输入输出方式正常工作，驱动两位数码管轮流显示按键个数，6位并行口C工作于输入方式，间隔0.5s查询一次键盘状态。

图38155并口扩展程序流程图

（3）程序清单

；内存变量设定

DPLCODEDATA30H;待显示数据字型码

DPLNUMDATA31H;待显示数据，存储按键数单元

CNT1DATA32H;软件延时用控制变量

CNT2DATA33H

ORG0000H

LJMPMAIN

;主程序

ORG0050H

MAIN:

MOVSP,#70H;设置堆栈

MOVIE,#00H;关闭所有中断

LCALLDELAY

MOVDPTR,#1F00H;8155工作方式设定

MOVA,#03H

MOVX@DPTR,A

LOOP:

MOVDPTR,#1F03H;读C口键盘状态

MOVXA,@DPTR

LCALLKEYNUM;调用判断按键数程序

LCALLKEYDPL;调用显示码函数

MOVA,DPLCODE;显示码送CPU

MOVDPTR,#1F01H

MOVX@DPTR,A;A口对应数码管显示按键数

MOVDPTR,#1F02H

MOVX@DPTR,A;B口对应数码管显示按键数

LCALLDELAY;延时0.5s

MOVA,#0FFH

MOVDPTR,#1F01H

MOVX@DPTR,A;关闭两个数码管显示

MOVDPTR,#1F02H

MOVX@DPTR,A

LJMPLOOP

;分析键盘按键个数子程序

KEYNUM:

MOVR6,#06H;得到C口所接键盘按键数

MOVDPLNUM,#00H

LOOP0:

JNBACC.5,INCKEYNUM;有键按下

RLA;无键按下

DJNZR6,LOOP0;按键判断6次

MOVA,DPLNUM;得到按键数

RET

;键盘个数加1

INCKEYNUM:

INCDPLNUM;有键按下，按键数加1

RLA

DJNZR6,LOOP0;继续判断按键个数

MOVA,DPLNUM;按键数送CPU

RET

;按键个数显示码查表程序

KEYDPL:

MOVA,DPLNUM

MOVDPTR,#TABLE

MOVCA，@A+DPTR

MOVDPLCODE,A

RET

;延时子程序，延时0.5s

DELAY:

MOVCNT1,#0FAH;软件延时0.5s

MOVCNT2,#80H

DELAY1:

LCALLDELAY0;连续4ms

LCALLDELAY0

LCALLDELAY0

LCALLDELAY0

DJNZCNT2,DELAY1;4ms循环125次，实现0.5s

MOVCNT2,#80H

RET

DELAY0:

NOP

NOP

DJNZCNT1,DELAY0;软件延时1ms

MOVCNT1,#0FAH

RET

TABLE:

DBC0H,B9H,A4H,B0H,99H,92H,82H,F8H,80H,90H;数据显示码表0-9

END

程序功能为8155两个8位并行口工作于输出方式，6位并行口用于读取键盘状态，单片机间隔0.5s读取键，通过8155的6位并行口读取外接键盘状态，分析按键个数，两个数码管显示按键个数。

显示格式为：

00、11、22、33、44、55、66。

（4）小结

此部分，是基于可编程功能扩展并口芯片8155实现的51单片机扩展输入输出并口的应用设计，由于设计篇幅所限，没有将8155的功能运用完全展开，比如8155的片内RAM、片内14位定时器，A口、B口的置位工作方式等。

但我对于8155芯片的基本使用，我已经了然于心，为了对8155的更细致的使用，我当进一步参考相关的文献资料。

2、51单片机基于8255芯片的扩展应用设计

8255是Intel公司生产的通用可编程并行I/O接口芯片（40引脚），有3个8位并行I/O口，具有3个通道3种工作方式。

其各口功能可由软件选择，使用灵活，通用性强。

8255可作为单片机与多种外设连接时的中间接口电路。

允许采用同步、异步和中断方式传送I/O数据。

2.1功能说明

图48255内部结构及引脚图

特性

（1）一个并行输入/输出的LSI芯片,多功能的I/O器件,可作为CPU总线与外围的接口。

（2）具有24个可编程设置的I/O口,即3组8位的I/O口为PA口、PB口和PC口。

它们又可分为两组12位的I/O口。

A组包括A口及C口（高4位,PC4~PC7）,B组包括B口及C口（低4位,PC0~PC3），8255内部结构如图4所示。

引脚功能

　RESET:

复位输入线，当该输入端处于高电平时，所有内部寄存器（包括控制寄存器）均被清除，所有I/O口均被置成输入方式。

　CS:

芯片选择信号线，当这个输入引脚为低电平时,即/CS=0时,表示芯片被选中，允许8255与CPU进行通讯；/CS=1时,8255无法与CPU做数据传输。

RD:

读信号线，当这个输入引脚为低电平时,即/RD=0且/CS=0时,允许8255通过数据总线向CPU发送数据或状态信息，即CPU从8255读取信息或数据。

WR:

写入信号，当这个输入引脚为低电平时,即/WR=0且/CS=0时,允许CPU将数据或控制字写入8255。

D0～D7:

三态双向数据总线，8255与CPU数据传送的通道，当CPU执行输入输出指令时，通过它实现8位数据的读/写操作，控制字和状态信息也通过数据总线传送。

　PA0～PA7:

端口A输入输出线，一个8位的数据输出锁存器/缓冲器，一个8位的数据输入锁存器。

　PB0～PB7:

端口B输入输出线，一个8位的I/O锁存器，一个8位的输入输出缓冲器。

　PC0～PC7:

端口C输入输出线，一个8位的数据输出锁存器/缓冲器，一个8位的数据输入缓冲器。

端口C可以通过工作方式设定而分成2个4位的端口，每个4位的端口包含一个4位的锁存器，分别与端口A和端口B配合使用，可作为控制信号输出或状态信号输入端口。

　　A0、A1:

地址选择线,用来选择8255的PA口、PB口、PC口和控制寄存器。

　　当A0=0、A1=0时,PA口被选择；

　　当A0=0、A1=1时,PB口被选择；

　　当A0=1、A1=0时,PC口被选择；

　　当A0=1、A1=1时,控制寄存器被选择。

2.28255扩展并口设计

（1）设计电路图

基于8255扩展并口设计如图所示（下页）。

整个电路所用器件为：

51单片机、8255芯片、数码管3只、EPROM2764一片、74LS138译码器、74LS373锁存器。

在图中，74LS138的端口A、B、C分别与51单片机的P2.5、P2.6、P2.7相连，输出端Y1用于8255芯片的片选，ALE用于8255端口地址数据信号的锁存，数据的输入输出经由P0口。

图中，由74LS373锁存器的A1、A0和来自51单片机的端口P2.5、P2.6、P2.7共同决定8255的各个端口地址：

当P2.5、P2.6、P2.7=001时，74LS138的输出端Y1=0，8255有效，无关位设为1，此时8255各个端口地址计算如下。

A口：

3F00H；B口：

3F01H；C口：

3F02H；控