摘 要：針對目前1系統(tǒng)板輸出通道的設計問題，該設計以硬件集約、性價比高、操作容易為原則，創(chuàng)新設計了 IP下載、集約型顯示輸出、開關(guān)信號輸出、模擬信號輸出等電路。并對LCD電路、LED電路、D/A電路做了元器件比較選擇和較大改進，使設計的系統(tǒng)板具有成本低、簡單易用的優(yōu)點。整個輸出通道包含LCD顯示、LED數(shù)碼管顯示、LED點陣顯示3種顯示輸出、開關(guān)量輸出、模擬量輸出等模塊，非常適合在基于單片機的嵌入式系統(tǒng)中應用。

關(guān)鍵詞：輸出通道;集約型系統(tǒng)板;開關(guān)信號輸出；元器件比較

Improvement Design to OutputPassage Based on Intensive 1 ystem Plank

LI Yunhe1，Yan Zhenming2

(1Maoming College，Maoming，2000，China;2Maintenance Department，ubei Branch of China Unicom，Wuhan，437000，China)[J12/3]

Abstract:he design problem aimed at currently 1 system planks to output passage，this design with hardware intensive，high performance-price ratio，operation easy is principle，the IP download，intensiveoutput，switch signal output，imitate signal outputelectric circuit are designedhe LCD，LED and D/A circuit are improved，the designed system plank has advantages of low cost and easy useWhole output passageincludes LCD display，LED figures tube display，LED point display，IP downloads，switch output and analog output，fits for application of embedded system based on single chip computer 

Keywords：output passage;intensivesystem plank;switch signal output;element comparison[J12/3]

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近年來，單片機結(jié)合專用集成電路和精簡指令集計算機技術(shù)，發(fā)展成嵌入式處理器，適用于數(shù)據(jù)、數(shù)值分析、信號處理、智能機器人以及圖像處理等高技術(shù)領(lǐng)域。單片機應用系統(tǒng)通常需要顯示運行狀態(tài)和運行結(jié)果，并且對處理的結(jié)果常轉(zhuǎn)換為模擬信號，以驅(qū)動相應的執(zhí)[GK!3]行機構(gòu)。在許多情況下，還需要進行數(shù)字量、開關(guān)量的直接控制。這些構(gòu)成單片機系統(tǒng)的輸出通道?，F(xiàn)在市面上最具代表性的典型機種有Intel公司的MC-1系列、Motorola公司的MC-680系列及其派生的各種產(chǎn)品，1系列中P89C1RA2BN單片機內(nèi)部有8kB的程序存儲器， 引腳與普通1單片機完全兼容， 容易操作使用。

1 單片機最小系統(tǒng)的集約設計

采用P89C1RA2BN單片機設計的最小系統(tǒng)電路如圖1所示。

由圖1中可知，單片機和外部的復位電路、振蕩電路構(gòu)成單片機工作的最小電路系統(tǒng)。在P0口加上拉電阻排，可以既用P0口作數(shù)據(jù)口也可以用作普通I/O口。跳線J6作為IP下載時讓單片機系統(tǒng)進入到IP狀態(tài)的硬件電路，發(fā)光二極管做為實驗板的電源指示。 P89C1RA2BN單片機通過P30和P31口（也就是串行口）下載程序到片內(nèi)FLA ROM，可以實現(xiàn)一個電路既用于下載程序也可以用來作串行口通信，非常適合嵌入式系統(tǒng)應用。

2 開關(guān)信號輸出模塊的集約設計

21 二極管組成的流水燈典型電路

鑒于1單片機的高電平輸出驅(qū)動能力不強，不可以驅(qū)動一個發(fā)光二極管發(fā)光，而低電平輸出驅(qū)動能力卻比較大，各個發(fā)光二極管都是共陽接法。流水燈控制是單片機實驗板開關(guān)信號輸出控制的一個經(jīng)典電路，可以通過燈的亮滅來觀察單片機I/O口的狀態(tài) 。 

22 開關(guān)信號輸出控制蜂鳴器電路設計

蜂鳴器作為一個發(fā)聲器件，由于其控制電壓低，控制簡單等原因，常用于各種電子儀器的報警信號，比如計算機主板上就有蜂鳴器提示計算機的工作狀態(tài)。本實驗板上的蜂鳴器采用 V的直流蜂鳴器，可以發(fā)出響亮的鳴叫聲 。

23 開關(guān)信號輸出控制繼電器電路的設計

本設計的開關(guān)信號輸出是用單片機控制一個繼電器的動作，因為開關(guān)信號輸出一個最普遍的應用就是繼電器的控制。 繼電器選用一個通用的單刀雙擲開關(guān) V繼電器。其第1，2腳為輸入線圈，第3，4腳為常開開關(guān)端，第4，腳為常閉開關(guān)端。因為繼電器的吸合電流比較大，不適合直接用單片機的I/O口驅(qū)動，所以設計中采用一個三極管9012來驅(qū)動。采用三極管的基極限流電阻，可以防止電流過大。加上一個續(xù)流二極管，可以吸收繼電器線圈釋放時的反向電動勢。因為當繼電器吸合時電流從VCC經(jīng)過三極管、繼電器線圈到地。繼電器從吸合的狀態(tài)釋放時，線圈會產(chǎn)生一個反向的電動勢，此時三極管是截止的，線圈構(gòu)成回路釋放能量。如果沒有二極管，反向的電動勢有可能會使三極管擊穿損壞。 另外使用一個發(fā)光二極管 ，用來指示繼電器的狀態(tài)。當繼電器吸合的時候電流從VCC經(jīng)過三極管到GND，發(fā)光二極管發(fā)光。 

3 顯示輸出的集約型改進

顯示輸出根據(jù)顯示的種類分有液晶顯示（LCD）、LED數(shù)碼管顯示、LED點陣顯示。LED數(shù)碼管顯示器有顯示亮度高，操作簡單的特點，液晶顯示器有顯示內(nèi)容豐富、功率低的特點。LED點陣顯示則兼容2種顯示器的顯示亮度高和顯示內(nèi)容豐富的優(yōu)點。 

31 液晶顯示（LCD）電路的設計

液晶顯示模塊與單片機的連接方式有2種：一種是直接訪問（總線方式），另一種是間接控制方式 。直接訪問方式就是將液晶顯示模塊的接口或I/O設備直接掛在單片機總線上，單片機以訪問 I/O設備的方式控制液晶顯示模塊的工作。間接控制方式就是單片機通過自身的或系統(tǒng)的并行接口與液晶顯示模塊連接，單片機通過對這些接口的操作，實現(xiàn)對液晶顯示模塊的控制。間接控制方式的特點是電路簡單，可以省略單片機外圍的數(shù)字邏輯電路，控制時序由軟件產(chǎn)生。為LCD 的程序流程如圖2所示。

液晶顯示電路采用 1602字符點陣液晶顯示和12864圖形點陣液晶顯示器。 該電路采用總線接法，這樣做的好處是可以把液晶顯示器當作一個外部的存儲單元來操作。RW為讀寫控制線，高電平是讀低電平是寫，R為命令和數(shù)據(jù)控制線，高電平是命令，低電平是數(shù)據(jù)，E使能信號端，當E有一個高電平時液晶模塊使能。這樣要對液晶模塊訪問時，只要把RW，R設置好再把數(shù)據(jù)或命令送到外部RAM的任一個地址即可，或把外部RAM的任何地址的數(shù)讀進。因為產(chǎn)生一次讀或者寫外部RAM都會使單片機RD，WR 兩個引腳的其中之一產(chǎn)生一個低電平，經(jīng)過與非門74L00后產(chǎn)生一個高電平使液晶顯示器使能， 如圖3所示：

12864圖形點陣液晶顯示器有20個引腳，而且引腳跟1602字符液晶顯示器兼容，所以驅(qū)動電路可以采用與1602的驅(qū)動電路共用的方法。因為兩個液晶顯示器不同時使用，這樣可以節(jié)省元件，減少布線的難度，又可以分別使用兩種液晶顯示器 。

32 數(shù)碼管顯示電路的設計

基于集約設計的考慮， 本設計采用2個3位的LED數(shù)碼管接成1個6位的LED數(shù)碼管顯示電路。這樣設計的思想是這個實驗板既可以做一般的顯示電路實驗，也可以做數(shù)字鐘的實驗（可以顯示時分秒）。由于單片機的I/O口輸出驅(qū)動能力比較弱，所以每一位數(shù)字都采用1個三極管9013驅(qū)動。而且在接到P0口的那些LED數(shù)據(jù)口要在P0口加一個小阻值的電阻排，才可以讓P0口輸出的段碼驅(qū)動數(shù)碼管。

33 LED點陣電路的改進設計

比較大多數(shù)系統(tǒng)板，行驅(qū)動器選擇74L164移位方式的話，在送出顯示數(shù)據(jù)后再送行選擇碼時會讓相鄰行的LED也會點亮，出現(xiàn)顯示模糊的情況。此處選擇2個74L138接成一個4線譯16線的譯碼器來選擇行。LED點陣驅(qū)動電路的設計采用單個16×16的LED點陣，因為LED點陣達到16×16的話就可以在點陣里面顯示分辯比較高的漢字的，這樣可以豐富LED的顯示效果。列驅(qū)動仍采用2個8位的移位寄存器74L164接成1個16位的移位寄存器，第一個74L164的Q7輸出接到了第二個的數(shù)據(jù)輸入口，這樣經(jīng)過16個串行時鐘周期就可以將一個16位的顯示碼送到了列驅(qū)動器。采用串行的目的就是一可以增大每個線的驅(qū)動能力，還有就是節(jié)省I/O口。經(jīng)過這樣的設計之后就可以只用2個I/O口就把顯示碼送到了列驅(qū)動器端。 一個10 kΩ的電阻接到三極管9012的基極。三極管在此作為一個開關(guān)的驅(qū)動作用，當16線譯碼器輸出低電平時，對應的三極管會導通將電源接到點陣的輸入端，若對應的列驅(qū)動器輸出列是低電平時就會讓行和列交叉的那個發(fā)光二極管點亮。

經(jīng)過上述集約和改進，本設計綜合2種主流顯示的特點，將3種顯示器都集成到系統(tǒng)板上。

4 模擬信號輸出模塊的改進設計

D/A轉(zhuǎn)換器可以將單片機處理過的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號輸出，利用這個模擬信號就可以對一些外部設備進行控制。 為了簡化電路設計和節(jié)省I/O口，采用串行D/A轉(zhuǎn)換芯片 LC61。它有標準的PI接口，一個數(shù)據(jù)線DAA、一個時鐘線CLK和一個片選信號引腳C。正是通過這個接口使該器件和單片機接口通信，所以采用串行的D/A芯片可以大減少單片機I/O口的使用。LC61的REFIN引腳是D/A轉(zhuǎn)換參考電壓輸入端，通過電阻R1和R2的分壓提供參考[LL]電壓。OU引腳是D/A轉(zhuǎn)換后的模擬電壓輸出端口，可以把被控制的器件接到此端口上實現(xiàn)均勻控制， 如圖4所示： 

結(jié) 語

在上述設計過程中，元器件的選擇和電路的改進， 都是以串行取代并行為原則， 大多數(shù)的芯片采用串行接口。在整個輸出通道中，對液晶顯示、LED數(shù)碼管顯示、LED點陣顯示進行了集約和改進設計，對開關(guān)量輸出、模擬量輸出進行了改進設計。通過簡單廉價的電子元器件，就可以方便地做出集約型系統(tǒng)板 。 經(jīng)過改進后集約設計的系統(tǒng)板，實際使用效果良好。系統(tǒng)的各項功能符合設計要求，與市面上同類系統(tǒng)板相比、性價比高、 且操作簡單、方便易用 。該系統(tǒng)板為單電源供電，成本低，非常適用于單片機的嵌入式系統(tǒng)應用。

參 考 文 獻[J2]

［1］楊金巖，鄭應強，張振仁801單片機數(shù)據(jù)傳輸接口擴展技術(shù)與應用實例[M]北京：人民郵電出版社，200

［2］Jean J．LabrosseμC/O-Ⅱ源碼公開的實時嵌入操作系統(tǒng)[M]邵貝貝，譯北京：中國電力出版社，2001

［3］李章林，張立民ANIC程序到KeilC1的移植心得[G]2003 年全國單片機和嵌入式系統(tǒng)年會論文集，2003

［4］Jean J LabrosseInside Real-ime KernelsEmbedded ystems Conference Papers，2000

［］Jean J LabrosseDesigning with Real-ime Kernels[Z]EC Papers，1999

作者簡介 李云鶴 男，1971年出生，湖北漢川人，講師，工程碩士。主要研究方向為嵌入式計算機應用、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與算法。

晏振鳴 男，1980年出生，湖北武漢人。主要研究方向為計算機網(wǎng)絡。[J]