凌陽(yáng)單片機(jī)在微機(jī)原理實(shí)驗(yàn)箱系統(tǒng)中的應(yīng)用

張淑玲

(集美大學(xué) 誠(chéng)毅學(xué)院，廈門(mén) 361021)

隨著電子技術(shù)的迅速發(fā)展，單片機(jī)在經(jīng)濟(jì)社會(huì)中發(fā)揮了極為重要的作用，作為新世紀(jì)的電子技術(shù)人才，單片機(jī)的學(xué)習(xí)與應(yīng)用已經(jīng)變成了最基本的要求。而高校的實(shí)驗(yàn)室普遍存在的問(wèn)題是，設(shè)備的更新?lián)Q代速度經(jīng)常滯后于實(shí)際的學(xué)生學(xué)習(xí)需要，這里面有多方面的客觀原因(如經(jīng)費(fèi)不足)，而需要的設(shè)備總類(lèi)又名目繁多，另外，實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)空間有限，無(wú)法滿(mǎn)足不斷添加儀器設(shè)備的要求。此時(shí)，如果能夠在原來(lái)實(shí)驗(yàn)設(shè)備的基礎(chǔ)上進(jìn)行一些設(shè)計(jì)和改動(dòng)，重復(fù)利用原來(lái)的實(shí)驗(yàn)設(shè)備，在此基礎(chǔ)上讓學(xué)生進(jìn)行新類(lèi)型的學(xué)習(xí)與實(shí)踐，以不變應(yīng)萬(wàn)變，不但提高了設(shè)備利用率，更重要的是為學(xué)生提供了更為寬闊的實(shí)踐空間。單片機(jī)的種類(lèi)很多，而學(xué)生的需求又都不一樣，如何解決實(shí)驗(yàn)室實(shí)際困難和學(xué)生需求之間的矛盾呢?筆者的主要思路是通過(guò)專(zhuān)用的單片機(jī)來(lái)控制實(shí)驗(yàn)箱系統(tǒng)，只要擁有單片機(jī)的最小控制系統(tǒng)，其他設(shè)備就可以利用微機(jī)實(shí)驗(yàn)箱上現(xiàn)有的設(shè)備進(jìn)行學(xué)習(xí)，這樣只需要單片機(jī)的最低應(yīng)用開(kāi)發(fā)板就可以進(jìn)行學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)和驗(yàn)證。而且學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)箱系統(tǒng)又非常了解和熟悉，上手也很容易，為實(shí)驗(yàn)箱系統(tǒng)的重復(fù)利用提供了可行性，進(jìn)而推廣到實(shí)現(xiàn)各種不同類(lèi)型的單片機(jī)，做到學(xué)生需要什么，我們就提供什么，并且實(shí)現(xiàn)起來(lái)簡(jiǎn)單、容易又很經(jīng)濟(jì)。本文的設(shè)計(jì)以凌陽(yáng)單片機(jī)SPCE061A作為主控制單片機(jī)來(lái)控制該實(shí)驗(yàn)箱系統(tǒng)。

1 凌陽(yáng)單片機(jī)及精簡(jiǎn)開(kāi)發(fā)板61板

本設(shè)計(jì)采用凌陽(yáng)單片機(jī)精簡(jiǎn)開(kāi)發(fā)板61板作為控制微機(jī)原理接口實(shí)驗(yàn)箱系統(tǒng)的CPU。61板將SPCE061A的32個(gè) I/O口(I/OA0～I(xiàn)/OA15，I/OB0～I(xiàn)/OB15)全部引出，而且該I/O口是可編程的，即可以設(shè)置為輸入或輸出。61板的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 61板的結(jié)構(gòu)

2 微機(jī)原理接口實(shí)驗(yàn)箱系統(tǒng)

該微機(jī)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)由1塊USB總線接口模塊、1個(gè)擴(kuò)展實(shí)驗(yàn)臺(tái)及軟件集成實(shí)驗(yàn)環(huán)境組成。USB總線接口模塊通過(guò)USB總線電纜與PC機(jī)相連，模塊與實(shí)驗(yàn)臺(tái)之間由1條50芯扁平電纜連接。微機(jī)原理接口實(shí)驗(yàn)箱系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖2所示，在本設(shè)計(jì)中，主要應(yīng)用到的部分有:50芯接口定義、I/O地址譯碼電路、LED顯示電路、8255交通燈控制電路。下面就這幾個(gè)模塊作簡(jiǎn)要說(shuō)明。微機(jī)原理接口實(shí)驗(yàn)箱系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 微機(jī)原理接口實(shí)驗(yàn)箱系統(tǒng)

2.1 50芯總線信號(hào)插座及總線信號(hào)插孔

50芯總線信號(hào)插座在微機(jī)原理接口實(shí)驗(yàn)箱的左上方，總線插座信號(hào)安排如表1。各總線信號(hào)采用“自鎖緊”插孔在標(biāo)有“總線”的區(qū)域引出，有數(shù)據(jù)線D0-D7、地址線 A19-A0、I/O讀寫(xiě)信號(hào) I/OR I/OW、存儲(chǔ)器讀寫(xiě)信號(hào) MEMR MEMW、中斷請(qǐng)求IRQ、DMA申請(qǐng)DRQ、DMA回答DACK、AEN等。

表1 50芯總線信號(hào)定義

2.2 微機(jī)接口I/O地址譯碼電路

實(shí)驗(yàn)臺(tái)上I/O地址選用280H－2BFH共64個(gè)，分8組輸出:Y0～Y7，其地址分別為 280H-287H;288H-28FH;290H-297H;298H-29FH;2A0H-2A7H;2A8H-2AFH;2B0H-2B7H;2B8H-2BFH，8 根輸出線在實(shí)驗(yàn)臺(tái)“I/O地址”處分別由自鎖緊插孔引出，如圖3所示。

圖3 I/O地址譯碼電路

2.3 LED 顯示電路

如圖4所示，實(shí)驗(yàn)臺(tái)上設(shè)有8個(gè)發(fā)光二極管及相關(guān)驅(qū)動(dòng)電路(輸入端L7～L0)，當(dāng)輸入信號(hào)為“1”時(shí)發(fā)光，為“0”時(shí)滅。

圖4 LED顯示電路

2.4 8255 控制電路

8255片選信號(hào)選用實(shí)驗(yàn)臺(tái)上I/O地址288H，設(shè)置C口輸出，C口分別接 L7(紅)、L6(黃)、L5(綠);L2(紅)、L1(黃)、L0(綠)，8255 的數(shù)據(jù)口D0～D7接至數(shù)據(jù)總線D0～D7，讀寫(xiě)信號(hào)分別接至總線接口的讀寫(xiě)信號(hào)進(jìn)行控制。8255交通燈控制電路如圖5所示。

圖5 8255交通燈控制電路

3 主控制板的設(shè)計(jì)

微機(jī)原理接口實(shí)驗(yàn)箱系統(tǒng)應(yīng)用的是總線控制，和單片機(jī)有所區(qū)別，單片機(jī)只能通過(guò)I/O口來(lái)控制，所以最關(guān)鍵的部分是如何替代微機(jī)原理接口實(shí)驗(yàn)箱系統(tǒng)中通過(guò)USB接口盒的轉(zhuǎn)換并通過(guò)計(jì)算機(jī)來(lái)進(jìn)行模擬控制。本文主要設(shè)計(jì)了一個(gè)作為微機(jī)原理接口實(shí)驗(yàn)箱系統(tǒng)與凌陽(yáng)單片機(jī)的主控制板，實(shí)現(xiàn)用普通的單片機(jī)I/O口來(lái)控制微機(jī)原理接口實(shí)驗(yàn)箱系統(tǒng)里面的數(shù)據(jù)總線和地址總線，進(jìn)而來(lái)控制微機(jī)原理接口實(shí)驗(yàn)箱的各個(gè)模塊和部件。I/O控制數(shù)據(jù)總線和地址總線分配表如表2、表3所示。主控制板電路如圖6所示。

表2 IOA口分配表

表3 IOB口分配表

圖6 主控制板電路

主控制板說(shuō)明如表4所示。

主控制板設(shè)計(jì)原理:I/OA0、I/OA1、I/OA2這3個(gè)I/O口控制74LS164(U1)的3個(gè)控制信號(hào)，I/OA2作為信號(hào)輸入端，設(shè)置寫(xiě)數(shù)據(jù)D0～D7;I/OA1為時(shí)鐘脈沖，跳變8次送入1組D0～D7的數(shù)據(jù)總線數(shù)據(jù)，I/OA0作為清零信號(hào)，74LS244(U2)作為U1的驅(qū)動(dòng)器來(lái)驅(qū)動(dòng)地址總線D0～D7;I/OA3控制數(shù)據(jù)總線讀寫(xiě)操作，I/OA3為0時(shí)，凌陽(yáng)單片機(jī)I/O口數(shù)據(jù)寫(xiě)入數(shù)據(jù)總線，I/OA3為1時(shí)，從數(shù)據(jù)總線讀回到凌陽(yáng)單片機(jī)的I/O口;I/OA4、I/OA5、I/OA6這3個(gè)I/O口控制74LS165(U4)的3個(gè)控制信號(hào)，I/OA4控制串行數(shù)據(jù)輸入端，I/OA5控制串行數(shù)據(jù)輸入端，I/OA6為時(shí)鐘輸入端(上升沿有效)，I/OA6每跳變1次，輸出端讀1個(gè)數(shù)據(jù)進(jìn)入凌陽(yáng)單片機(jī)的I/OB口進(jìn)行數(shù)據(jù)判斷，進(jìn)而進(jìn)行下一步控制操作;I/OA7、I/OA8、I/OA9這3個(gè) I/O口控制74LS164(U5)的3個(gè)控制信號(hào)，I/OA9作為信號(hào)輸入端，設(shè)置選通A0～A7，I/OA8為時(shí)鐘脈沖，跳變8次送入1組A0～A7的地址總線數(shù)據(jù)，I/OA7作為清零信號(hào)，74LS244(U7)作為U5的驅(qū)動(dòng)器來(lái)驅(qū)動(dòng)地址總線A0～A7;其余I/O口的控制信號(hào)設(shè)置如表1和表2所示。

表4 主控制板電路圖說(shuō)明

至此，主控制板設(shè)計(jì)完成，下面用凌陽(yáng)單片機(jī)通過(guò)主控制板來(lái)實(shí)現(xiàn)8255交通燈的控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)凌陽(yáng)單片機(jī)在微機(jī)實(shí)驗(yàn)箱上實(shí)現(xiàn)凌陽(yáng)單片機(jī)實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)和應(yīng)用。

4 用單片機(jī)控制實(shí)驗(yàn)箱實(shí)現(xiàn)8255交通燈控制

通過(guò)并行接口8255實(shí)現(xiàn)十字路口交通燈的模擬控制，如圖7，L7、L6、L5作為南北路口的交通燈與 PC7、PC6、PC5 相連，L2、L1、L0 作為東西路口的交通燈與PC2、PC1、PC0相連。編程使6個(gè)燈按交通燈變化規(guī)律亮滅。實(shí)驗(yàn)箱上接線如圖7所示，程序流程如圖8所示。

主程序說(shuō)明:如圖3所示實(shí)驗(yàn)臺(tái)上I/O地址選用288H－28FH，接至8255的CS片選信號(hào)，由此可知288H作為8255端口A的地址，289H作為8255端口B的地址，28AH作為8255端口C的地址，28BH作為8255控制寄存器的地址。8255初始化，先選通地址28BH控制字寄存器，其中A15-A12直接設(shè)置為0000，A11-A8設(shè)置為0010，A7-A0則通過(guò)74LS164設(shè)置為10001011，這樣通過(guò)地址總線選通I/O口28BH作為8255的CS選通地址，送控制字90H(設(shè)置8255C口輸出);選通28AH(選通方式如同控制字選通方式)，選中8255的C口，將相應(yīng)的燈送入C口，調(diào)延時(shí)子程序;依次按流程圖順序執(zhí)行，最后設(shè)置程序循環(huán)，則成功完成對(duì)十字路口交通燈的控制。

5 結(jié)束語(yǔ)

微機(jī)原理接口實(shí)驗(yàn)箱系統(tǒng)主要應(yīng)用總線來(lái)控制，并外加一些控制信號(hào)，而單片機(jī)I/O口又比較有限，在做綜合實(shí)驗(yàn)的時(shí)候，希望能夠有更多的I/O口來(lái)控制。本設(shè)計(jì)應(yīng)用了串轉(zhuǎn)并(74LS164)方式來(lái)控制地址總線和數(shù)據(jù)總線的寫(xiě)方向，而數(shù)據(jù)總線的讀方向應(yīng)用了并轉(zhuǎn)串(74LS165)方式，有效地節(jié)省了I/O口的使用，為更綜合的設(shè)計(jì)應(yīng)用提供保障。

該設(shè)計(jì)應(yīng)用了凌陽(yáng)單片機(jī)，設(shè)計(jì)主控制板實(shí)現(xiàn)對(duì)微機(jī)接口實(shí)驗(yàn)箱系統(tǒng)的控制。從低碳節(jié)約設(shè)備的角度出發(fā)，很好地實(shí)現(xiàn)了在微機(jī)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中學(xué)習(xí)和應(yīng)用單片機(jī)，進(jìn)而進(jìn)行推廣，可以取用其他各種類(lèi)型的單片機(jī)，只要設(shè)計(jì)一個(gè)主控制板以及該單片機(jī)的最小系統(tǒng)就可以在微機(jī)接口實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中得到學(xué)習(xí)和應(yīng)用，而且學(xué)生對(duì)本校的微機(jī)接口實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和內(nèi)部構(gòu)造非常了解，上手很容易，能夠提高他們的積極性和創(chuàng)造性，很大程度上滿(mǎn)足了學(xué)生各種不同類(lèi)型的需求。

［1］周荷琴，吳秀清.微型計(jì)算機(jī)原理與接口技術(shù)［M］.北京:中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社，2004:325－337.

［2］羅亞非.凌陽(yáng)單片機(jī)應(yīng)用基礎(chǔ)［M］.北京:北京航空航天大學(xué)出版社，2005:20－25.

［3］賈晨剛，范蟠果.基于凌陽(yáng)SPCE061A的自動(dòng)投加破乳劑控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)［J］.電子測(cè)量技術(shù)，2007，30(4):194－197.

［4］余能順，徐欣.基于單片機(jī)控制的電動(dòng)車(chē)鋰電池組設(shè)計(jì)［J］.重慶工學(xué)院學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2009(10):13－16.

［5］殷士勇.Keil和Pnteus在單片機(jī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用［J］.重慶工商大學(xué)學(xué)報(bào):自然科學(xué)版，2009(6):567－570.

［6］王健，常攀峰，馮潔.基于SPCE061A的智能測(cè)重系統(tǒng)［J］.儀器儀表學(xué)報(bào)，2006，26(6):240 －246.