李模剛

(蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息處理與控制工程系甘肅蘭州730060)

Mcs-51簡(jiǎn)潔通用I/O通道設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

李模剛

(蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院信息處理與控制工程系甘肅蘭州730060)

以proteus仿真軟件為平臺(tái)，使用簡(jiǎn)潔I/O通道電路設(shè)計(jì)為手段，能使學(xué)生透切理解單片機(jī)系統(tǒng)的實(shí)用譯碼電路部分，建立指令與硬件信號(hào)之間的簡(jiǎn)潔關(guān)系;使學(xué)生真正理解實(shí)用端口尋址設(shè)計(jì)，為后續(xù)課程的教學(xué)打下扎實(shí)的基礎(chǔ)。提出簡(jiǎn)潔I/O通道電路基本框架，以供實(shí)際應(yīng)用參考。

Mcs-51;譯碼電路;I/O;Proteus;仿真

0 引言

目前，在很多高等職業(yè)學(xué)院的信息技術(shù)類相關(guān)專業(yè)中都開設(shè)了不同類型的單片機(jī)課程及實(shí)踐課程或微機(jī)原理與接口技術(shù)課程，這類課程屬于理論和實(shí)踐緊密結(jié)合的學(xué)科，在教學(xué)過程中必須考慮軟件與硬件相結(jié)合。經(jīng)過多年的教學(xué)和應(yīng)用實(shí)踐了解到，在傳統(tǒng)課程教學(xué)中，由于實(shí)驗(yàn)條件等多方面原因所限，高職學(xué)生對(duì)于控制通道的譯碼電路理解不透，知之不深;輸入輸出的通道概念很難真正建立起來，對(duì)端口尋址真正理解不透。因而造成了學(xué)生應(yīng)用不靈活、后續(xù)課程教師感到難教的局面。經(jīng)過實(shí)踐探索發(fā)現(xiàn)利用Proteus仿真軟件，設(shè)計(jì)一簡(jiǎn)潔的通用I/O通道，很有助于學(xué)生理解微機(jī)I/O應(yīng)用的相關(guān)知識(shí)，增強(qiáng)理論與實(shí)踐的教學(xué)效果，為后續(xù)課程打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)［1-3］。Proteus不僅能完成許多單片機(jī)的仿真實(shí)踐，而且5.0版本具有仿真的8086CPU，也可完成8086系統(tǒng)仿真，為8086系列課程的教學(xué)也提供了仿真實(shí)踐平臺(tái)。本文主要探討基于ms-51的簡(jiǎn)潔通用I/O通道電路的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，以此為參考，可探索其他單片機(jī)及微機(jī)系統(tǒng)的I/O通道電路的設(shè)計(jì)。

1 時(shí)序分析

要設(shè)計(jì)好一個(gè)I/O通道電路，須對(duì)相關(guān)時(shí)序圖仔細(xì)分析。圖1、圖2分別是mcs-51讀、寫外部RAM的指令時(shí)序圖［4］。

圖1 讀外部RAM的指令時(shí)序圖

圖2 寫外部RAM的指令時(shí)序圖

從時(shí)序圖中可看出，P0口提供低8位地址，P2口提供高8位地址，第一周期的S2結(jié)束前，P0口上的低8位地址是有效的，之后出現(xiàn)在P0口上的信號(hào)不是地址信號(hào)，而是指令數(shù)據(jù)信號(hào)，當(dāng)然地址信號(hào)與指令數(shù)據(jù)信號(hào)之間有一段緩沖的過渡時(shí)間。這種情況說明，如果需要使用低8位地址在譯碼電路中參與譯碼，要求在第一周期的S2其間用ALE選通脈沖去控制鎖存器必須把低8位的地址信號(hào)鎖存起來;如果不使用低8位地址在譯碼電路中參與譯碼，可以不用鎖存這些地信號(hào)。P2口只輸出高8位地址信號(hào)，而沒有指令數(shù)據(jù)信號(hào)，整個(gè)機(jī)器周期地址信號(hào)都是有效的，因而無需鎖存這一地址信號(hào)。

2 電路設(shè)計(jì)

電路中可使用P0口的引線來設(shè)計(jì)通用數(shù)據(jù)總線，作為所有數(shù)據(jù)的輸入輸出的物理通道。如果實(shí)際應(yīng)用中使用的I/O端口少于8個(gè)，可用P2口單根地址線、RD線、WR、74ls32形成簡(jiǎn)單的譯碼電路(如圖3)。在譯碼電路部分中，利用WR和相關(guān)地址線輸入74ls32，進(jìn)行“相與”運(yùn)算后形成一個(gè)上升沿，作為74ls273的鎖存信號(hào)，輸出數(shù)據(jù);利用RD線來和相關(guān)地址線輸入74ls32，進(jìn)行“相與”運(yùn)算后形成一個(gè)低電平，作為74ls373的選通信號(hào)，及時(shí)輸入數(shù)據(jù)。這些74ls32的輸出，就是I/O通道的選擇信號(hào)，這樣形成了三個(gè)一般I/O端口;這三個(gè)I/O端口，由于選用的高位地址的不同，端口地址分別可編定為:0b4fH，7f5bH，0cf06H;其中地址的低8位4fH，5bH，06H分別為通道編號(hào)的段選碼。當(dāng)然，也可以編定其它地址，但是應(yīng)該以通道的互不干擾為前提。

圖3 簡(jiǎn)潔通用I/O通道設(shè)計(jì)

圖3中上面兩個(gè)數(shù)碼管的數(shù)字由程序輸出的段選碼確定，段選碼由輸入單片機(jī)的左下側(cè)開關(guān)量經(jīng)指令運(yùn)算形成。右下側(cè)的數(shù)碼管顯示的是MCS51中運(yùn)行程序正在進(jìn)行讀寫的I/O通道編號(hào);I/O通道編號(hào)的段選碼特殊輸出通道中，使用74ls373暫存，74ls273長(zhǎng)時(shí)間自于movx指令的低8位地址，從而使數(shù)碼管能有一個(gè)穩(wěn)定的顯示;74ls373的鎖存信號(hào)是ALE產(chǎn)生的高電平，74ls273的鎖存信號(hào)來自于WR或是RD的上升沿。

以上設(shè)計(jì)獲得了三類通道。

1類輸入:外部信號(hào)通過1號(hào)端口到P0口的輸入通道;

2類輸出:P0口通過2、3號(hào)端口形成的輸出信號(hào)的輸出通道;

3類輸出:P0口通過74ls373、74ls273和形成的輸出信號(hào)的輸出通道。

3 程序設(shè)計(jì)

相應(yīng)示例控制程序如下:

org 00h

ajmp main

org 30h

main:mov dptr，#0cf06h;準(zhǔn)備輸入端口1地址;輸出通道編號(hào)1的段選碼。

movx a，@dptr;輸入開關(guān)量(段選碼)輸入。

mov dptr，#7f5bh;準(zhǔn)備輸出端口2地址;輸出通道編號(hào)2的段選碼。

movx@dptr，a;輸出開關(guān)量(段選碼)并顯示。

cpl a;取反開關(guān)量(段選碼)。

mov dptr，#0bf4fh;準(zhǔn)備輸出端口3地址;輸出通道編號(hào)3的段選碼。

movx@dptr，a;輸出取反開關(guān)量(段選碼)并顯示。

ajmp main

end

本程序僅僅是個(gè)示例。在相應(yīng)實(shí)踐中，可設(shè)計(jì)功能更強(qiáng)的控制程序。

4 系統(tǒng)調(diào)試與實(shí)踐

在Proteus經(jīng)編譯后，運(yùn)行正常，達(dá)到I/O通道電路的實(shí)際要求，相應(yīng)數(shù)碼管顯示穩(wěn)定，完全可應(yīng)用于教學(xué)實(shí)踐。

在調(diào)試過程中，學(xué)生可以通過開關(guān)量的設(shè)置，來獲得1、2通道的顯示，從而明白數(shù)據(jù)是怎么通過P0傳送的，弄清各類硬件信號(hào)是怎么在程序的控制下輸入單片機(jī)，怎么在程序的控制下從指令數(shù)據(jù)到硬件的，從而弄清1類輸入和2類輸出之間的關(guān)系。

通過P2口地址線與74ls32的連接關(guān)系，弄清指令中地址與端口鎖存信號(hào)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系;進(jìn)而引起學(xué)生對(duì)端口鎖存信號(hào)形成的思索，實(shí)踐教學(xué)中，確有大量學(xué)生探索并提問相關(guān)問題，從而理解了簡(jiǎn)潔I/O通道的基本構(gòu)建方法。

學(xué)生進(jìn)一步的思考，是通道編號(hào)的段選碼輸出并顯示，適當(dāng)?shù)男薷亩丝诘刂返牡?位(段選碼)，可以改變右下角數(shù)碼管的顯示數(shù)字，完成對(duì)整個(gè)輸入輸出通道的整體認(rèn)識(shí)，從而弄清1類輸入、2類輸出與3類輸出之間的關(guān)系。

此I/O端口設(shè)計(jì)便于高職學(xué)生理解硬件端口地址與指令中地址的一致性，為后續(xù)的可編程芯片的實(shí)踐與應(yīng)用打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。在這樣的實(shí)踐教學(xué)中，多次的探索與修改使學(xué)生從根本上理解了簡(jiǎn)潔I/O通道的作用和實(shí)質(zhì)，激發(fā)了學(xué)習(xí)的熱情，慢慢地感受到成就感，產(chǎn)生強(qiáng)烈的專業(yè)認(rèn)同感，增強(qiáng)就業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力。

5 結(jié)束語

通過上述闡述，可知微機(jī)原理或是單片機(jī)的某些教學(xué)難點(diǎn)在仿真軟件的支撐下是完全可以突破的。以proteus仿真軟件為平臺(tái)，簡(jiǎn)潔I/O通道有利于學(xué)生透切理解微機(jī)的I/O通道的設(shè)計(jì)，能促進(jìn)學(xué)生理解端口尋址的簡(jiǎn)潔方法，建立程序指令與硬件之間的關(guān)系，為后續(xù)課程的教學(xué)和實(shí)際應(yīng)用打下扎實(shí)的基礎(chǔ)。

本文所述的簡(jiǎn)潔I/O通道電路部分是一個(gè)很實(shí)用的通道接口電路，可作為各種通道設(shè)計(jì)中的基本框架，進(jìn)一步的外圍擴(kuò)展后，可應(yīng)用于各類單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中。

［1］蘇春莉.微機(jī)原理課程教學(xué)的實(shí)踐與探索［J］.電腦知識(shí)與技術(shù)，2009(24):6922-6923.

［2］劉金平，等.高職單片機(jī)課程教學(xué)改革研究［J］.電腦知識(shí)與技術(shù)，2009(12):3170-3172.

［3］安新艷.Proteus仿真技術(shù)在單片機(jī)教學(xué)中的應(yīng)用［J］.常州信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2008(7):28-30.

［4］胡漢才.單片機(jī)原理與接口技術(shù)［M］.北京:清華大學(xué)出版社.3版，2010:73-77.

The Design of Universal Decoding Scheme Based on Mcs-51

LI Mo-gang
(Department of Computer and Control，Lanzhou Petrochemical College of Vocational Technical，Lanzhou 730060，China)

Using Proteus as a platform and the design of concise I/O channel circuit as a measure can help students to understand the practical decoding circuit of the SCM system thoroughly and the concise relationship between instructions and hardware lines，enable students to really understand practical port addressing design so as to lay a solid foundation for the subsequent teaching of the courses.The article provides a concise framework of I/O channel circuit as a reference for practical applications.

Mcs-51;decoding scheme;I/O;Proteus;simulation

TP 368.1

A

1672-2434(2011)01-0027-03

2010-09-23

2008年度蘭州石化職業(yè)技術(shù)學(xué)院科教基金項(xiàng)目(J08-04)

李模剛(1969-)，男，講師，碩士，從事研究方向:計(jì)算機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、計(jì)算機(jī)控制技術(shù)