单片机控制继电器实现开关状态显示讲解Word格式文档下载.docx
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1、掌握单片机扩展外部数据存储器的方法。
2、掌握可编程的并行接口芯片8255A与单片机的硬件接口电路、8255A内部结构及其编程方法。
3、掌握单片机的最小系统的设计。
4、掌握电路板的设计与制作。
。
5、了解程序编写与调试的方法和技巧。
6、综合掌握所学的单片机指令系统和硬件接口电路知识，进行简单的最小系统开发。
四、系统硬件电路图
系统硬件图（图1）包括单片机最小系统（复位电路、晶振电路和相关的控制信号）、外部扩展芯片8255A部分、外电路接通显示部分、及电源显示部分。
设计硬件电路图时，其基本思想：
先通过万能板搭建试验平台，将编好的程序下载到51中，等可以达到预期要求后，最后在PROTEL中设计原理图与PCB，做出电路板。
图1系统硬件图
五、程序流程图与源程序
5.1流程图
5.2源程序
5.2.1程序设计思想
单片机通入电源后，一直让单片机对8255的A口进行采集，将8255的A口的开关信号送入8255的B口，原因是8255的B口要时时显示开关的通与段的状态。
5.2.2源程序清单
#include<
reg51.h>
absacc.h>
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
#defineCOM8255XBYTE[0x0300]/*命令口地址*/
#definePA8255XBYTE[0x0000]/*口A*/
#definePB8255XBYTE[0x0100]/*口B*/
voiddelay200ms（void）/*延时函数*/
{unsignedchari,j,k;
for（i=5;
i>
0;
i--）
for（j=132;
j>
j--）
for（k=150;
k>
k--）;
}
voiddelay1s（void）
for（i=10;
voidmain（void）/*主函数*/
{
ucharm;
delay200ms（）;
COM8255=0x90;
/*确定A,B口工作方式，A口输入，B口输出*/
while
（1）
{
delay200ms（）;
m=PA8255;
/*单片机读入8255A口开关信号*/
P1=m;
/*中间信号，便于调试*/
PB8255=m;
/*将读入信号显示到8255B口的LED上*/
}
六、系统功能分析与说明
6.1系统主要组成部分
6.1.1单片机最小系统部分
（1）单片机的最小系统部分包括晶振电路、复位电路、主电源引脚Vss和Vcc、控制引脚/EA。
（2）晶振电路为单片机正常工作时提供的时钟信号，由两个30pf的无极性电容和晶体压电瓷片组成外部振荡电路，把单片机的XTAL1（19）和XTAL2（18）分别接到外晶体的两端，使电容的另外一端接地就完成了单片机的晶振电路部分的设计，硬件图见图2晶振电路所示。
（3）复位电路，当振荡器正常工作时，在单片机的复位引脚（9）连续保持出现两个机器周期以上的高电平时，就会使单片机复位。
AT89S51单片机复位电路主要有上电复手动复位和自动复位两种，在本次试验中我采用手动复位。
按键手动复位的工作原理是：
当按下按键时，电源对外接电容进行充电，使RST端为高电平，复位键松开后，电容通过内部下拉电阻放电，逐渐使RST端恢复低电平。
具体电路见图2复位电路。
图2手动复位电路
主电源引脚Vss（20）接地，Vcc（40）正常操作时接+5V电源。
控制引脚/EA（31），当/EA保持高电平时，访问内部程序存储器（4KB），当PC值超过0FFFH时,将自动转向执行外部程序存储器中的程序。
当/EA接低电平时，则只访问外部程序存储器（从0000H开始），不管单片机内部是否有程序存储器。
本系统采用第一种接法，直接将/EA端接高电平。
6.1.2可编程的并行接口芯片8255A
（此部分见5.2可编程的并行接口8255A接口电路部分）
6.1.3输入输出部分
本系统采用P0口作为和8255A的数据总线接口；
用P2.0和P2.0口分别和8255A的地址选通信号端A1和A0口相连，作为地址总线，直接将单片机的/WR（16）和/RD（17）及RST（9）与8255A的/WR（36）和/RD（5）及REST（35）相连作为控制总线。
单片机的P0口是8位的双向三态输入/输出接口。
它既可以作为地址/数据总线使用，又可以作为通用的I/O口使用。
当连接外部存储器时，P0口一方面作为8位数据输入/输出口，另一方面用来输出外部存储器的低8位地址，作为输出口时，输出漏极开路，驱动NMOS电路时应该接上拉电阻；
作为输入口之前，应先向锁存器中写“1”，使输出的两个场效应管均关闭，引脚处于浮空状态，这样高阻输入，以保证读取引脚信号而不是读锁存器状态。
当P0口作为地址/数据总线时，就不能再把它作为通用的I/O口使用了。
由于本系统正是采用P0口作为数据总线使用，所以就不能把P0口作为通用的I/O口了。
6.2可编程的并行接口8255A接口电路部分
6.2.18255A的引脚
图38255引脚图
8255A具有40个引脚，采用双列直插封装形式，其引脚图如图3所示，各引脚的功能如下：
D7～D0:
三态双向数据引脚，与单片机的数据总线相连，用于CPU与各I/O之间的数据传输；
PA7～PA0：
A口输入/输出引脚；
PB7～PB0：
B口输入/输出引脚；
PC7～PC0：
C口输入/输出引脚；
/CS：
片选信号线，低电平有效，表示芯片被选中；
/RD：
读信号线，低电平有效，控制数据读出；
/WR：
写信号线，低电平有效，控制书局写入；
RESET：
复位信号线，高电平有效；
A1、A0：
地址线，输入三个端口和控制寄存器的地址。
6.2.28255A的内部结构
8255A由3个数据输入/输出端口、二个工作方式控制电路、一个读/写控制逻辑电路和一个总线数据缓冲器组成，其内部结构如图4所示。
图48255内部结构
（1）端口A、B、C
A口：
具有8位数据输出锁存/缓冲器和一个8位数据输入锁存器；
B口：
具有一个8位数据输入/输出锁存/缓冲器和一个8位数据输入缓冲器；
C口：
具有一个8位数据输出锁存/缓冲器和一个8位数据输入缓冲器（不锁存）；
三个端口中A口和B口总是作为数据输入/输出端口，C口有时控制信号和状态信号的输入/输出端口。
（2）工作方式控制电路
工作方式控制电路由两个，即A组控制电路和B组控制电路，分别控制A口和C口上半部、B口和C口下半部。
工作方式控制电路根据控制字寄存器的内容控制A组和B组的工作方式，也可根据控制字寄存器的内容对C口按位进行操作。
（3）总线数据缓冲器
总线数据缓冲器是一个三态双向8位缓冲器。
它的一端作为8255A与单片机的数据总线的接口，另一端与A口、B口、C口和控制字寄存器相连，作为单片机与I/O口和控制字寄存器之间的数据缓冲器。
读/写控制逻辑电路
读/写控制逻辑电路输入的控制信号由/RD、/WR、RESET和A1、A0。
它根据这些信号控制I/O口及控制寄存器的读/写操作。
其中地址线A1、A0用来选择I/O口和控制寄存器，与读/写控制信号/RD和/WR构成各种工作状态，
如表1-1所示。
表18255端口读/写操作表
A1A0
/RD/WR/CS
工作状态
10
11
20
010
A口数据→数据总线
B口数据→数据总线
C口数据→数据总线
100
总线数据→A口
总线数据→B口
总线数据→C口
总线数据→控制字寄存器
×
×
1
110
数据总线→三态
非法状态
6.2.38255A的工作方式
8255A有3种工作方式，即工作方式0、工作方式1和工作方式2.。
（1）工作方式0
工作方式0为基本输入/输出方式，其功能概括如下：
具有二个8位端口（A口、B口）和二个4位端口（C口的上、下半部分）；
任意一个端口都可以设定为输入或输出，各端口的输入/输出状态可构成16种组合；
数据输出全部锁存，输入不锁存。
在工作方式0状态下，A口、B口、和C口都作为I/O端口，没有设置控制/状态信号时，单片机可以通过访问外部数据存储器指令，对任一端进行读/写操作。
本系统要求CPU读取外部输入的开关信号，判断是哪一位的按键信号，然后，通过8255A的PB0、PB1端口输出，直接采用方式1无条件输入输出方式。
（2）工作方式1：
选通输入输出方式
端口A和端口B可以设置为这种工作方式，可以是选通的输入方式，或者是选通的输出方式。
当A口或B口设置为方式1时，由端口C的某些位固定地为端口A或端口B提供联络信号或者状态信号，其中包括专门用于中断请求的信号，以便于8255A和外设之间，或者是8255A和CPU之间传送状态信息以及中断请求信号。
这种联络信号是由8255A内部规定的，不是由使用者指定的。
方式1可以使用在查询方式的数据传送和中断方式的数据传送中。
（3）工作方式2：
双向方式
只有端口A可以选择这种方式，这时，端口A既可以输入也可以作为输出。
当然，这种双向的数据传送也不是同时进行，但可以是在这个时刻输入操作，在下一个时刻进行输出操作，而不需要对传送的方向重新设置。
端口A工作方式2时，仍然默认为时选通的输入/输出方式，即在C口种规定了输入和输出的状态信息，这些状态信息的位置和A口工作在方式1时基本相同。
如果这时端口A要按无条件传送方式来使用，C口的这些位仍然是保留作为状态位。
但是这时的端口A并没有全部占用端口C的状态联络线，端口B在方式1时所需要的状态联络线仍然可以被B口所使用，所以，端口B此时可以设置为方式1，也可以设置为方式0。
端口C可在选择方式1或方式2工作的情况下作为联络信号使用，其联络信号分布情况见表2，其中空白的位置表示这些位此时没有用于联络线，仍然还可以用于一般的输入/输出操作。
各种联络信号的含义如下：
表28255A方式1和方式2时C口的联络信号
C口的位
方式1
方式2
输入
输出
PC7
/OBFA
PC6
/ACKA
PC5
IBFA
PC4
/STBA
PC3
INTRA
PC
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