單片機系統(tǒng)應用電路設計與實現(xiàn)

1、單片機系統(tǒng)應用電路設計與實現(xiàn)一.基本要求片選信號： 4個地址信號： 4個： 獨立電路板結(jié)構(gòu)I/O口線： P3口，P1口數(shù)據(jù)總線： AD0AD71二.單片機選擇1. 選擇依據(jù) 產(chǎn)品性能指標 是否主流產(chǎn)品2. MCS-51系列單片機 個人知識背景選擇使用過的或熟悉的產(chǎn)品，提高開發(fā)效率；選擇性能與設計要求匹配的產(chǎn)品，降低成本；選擇技術(shù)成熟、客戶群龐大、貨源充足的產(chǎn)品； MCS-51系列單片機有眾多性能優(yōu)異的兼容產(chǎn)品、成熟的開發(fā)環(huán)境、世界上最大的單片機客戶群、高性價比、暢通的供貨渠道，是初學者的首選機型。2三.單片機最小系統(tǒng)組成1. 8031最小系統(tǒng)組成 8031是MCS-51系列單片機早期產(chǎn)品之一，

2、其最小系統(tǒng)需要在外部擴展程序存儲器，成本高、性能差，現(xiàn)已退出市場。32. 8051最小系統(tǒng)組成 8051也是MCS-51系列單片機早期產(chǎn)品之一，內(nèi)建一次性可編程只讀存儲器 ( PROM ) ，只需要很少的外圍元件即可組成最小系統(tǒng)?，F(xiàn)已有內(nèi)建 Flash存儲器的兼容產(chǎn)品，8051已經(jīng)被使用上更為方便的AT89C51 等單片機產(chǎn)品所代替。4四.8051系列單片機功能擴展1. 功能擴展框圖P0P2WRRDINT0INT1EAPSEN分離電路譯碼電路復位電路RST時鐘電路X0X1單片機NC+5V/GND顯示電路模數(shù)轉(zhuǎn)換電路數(shù)模轉(zhuǎn)換電路鍵盤控制電路模擬量輸入模擬量輸出D0D7CSCSWRWRWRCSCS

3、WRRDRD單片機為了完成更加復雜的工作必須進行功能擴展。52. 安裝結(jié)構(gòu)+5V+5VP3.2ALERSTWRD0RDD1A4D2A3D3A2D4A1D5C4D6C3D7C2P3.4C1GNDGND單片機電路+5V+5VP1.0P1.0P1.1P1.1P1.2P1.2P1.3P1.3P1.4P1.4P1.5P1.5P3.5P3.5P3.3P3.3RXDTXDP1.6P1.6GNDGND6 單片機P0口為數(shù)據(jù)/地址復用端口，為了得到低8位地址，需要設計數(shù)據(jù)/地址分離電路。五.數(shù)據(jù)/地址分離電路設計7六.地址譯碼電路設計 I/O端口不需要用地址進行訪問定位，但仍然需要片選信號進行訪問控制，I/O端

4、口訪問控制信號的產(chǎn)生方法包括：全地址譯碼、部分地址譯碼、地址信號線直接作為I/O選通信號（直接選則）。全地址譯碼 全部地址參與譯碼，產(chǎn)生的控制信號對應唯一地址。部分地址譯碼 部分地址參與譯碼，產(chǎn)生的控制信號對應某一地址區(qū)域，而不是唯一地址。直接選擇 直接使用地址線作為讀/寫訪問控制信號線。81. 全地址譯碼電路設計 3-8譯碼器（74LS138）性能分析輸 入輸 出使 能選 擇Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7E3 E2 E1C B A1 0 00 0 0011111111 0 00 0 1101111111 0 00 1 0110111111 0 00 1 1111011111 0 01 0

5、0111101111 0 01 0 1111110111 0 01 1 0111111011 0 01 1 11111111074LS13874LS138邏輯功能真值表974LS133地址信號輸入A15 A14 A13 A12 A11 A10 A9 A8 A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 X X XFFF8-F 74LS138地址信號輸入3-8譯碼器 74LS138 實現(xiàn)的全地址譯碼器10E1 E2 E3 A2 A1 A0 Y0 Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7 地 址 0 0 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1

6、 1 FFF8H 0 0 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 FFF9H 0 0 1 0 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 FFFAH 0 0 1 0 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 FFFBH 0 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 1 1 1 FFFCH 0 0 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 FFFDH 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 0 1 FFFEH 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 FFFFH 1 X X X X X 1 1 1 1 1 1 1 1 - 74LS138輸入74LS138輸出74LS1

7、38 輸出 - 地址對應表11C1 A15 A14 A13 A12 A11 A10 A9 A8 A7 A6 A5 A4 E2 E3 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 1 FF8片選信號與 74LS138 實現(xiàn)二次譯碼設計在一次譯碼的基礎上進行第二次譯碼，可得更多的片選信號。12A3 A2 A1 A0 C1 有效 地址0 0 0 0 0 C1-1 FF80H0 0 0 1 0 C1-2 FF81H0 0 1 0 0 C1-3 FF82H0 0 1 1 0 C1-4 FF83H0 1 0 0 0 C1-5 FF84H0 1 0 1 0 C1-6 FF85H0 1 1 0 0

8、C1-7 FF86H0 1 1 1 0 C1-8 FF87H1 0 0 0 0 C1-9 FF88H1 0 0 1 0 C1-10 FF89H1 0 1 0 0 C1-11 FF8AH1 0 1 1 0 C1-12 FF8BH1 1 0 0 0 C1-13 FF8CH1 1 0 1 0 C1-14 FF8DH1 1 1 0 0 C1-15 FF8EH1 1 1 1 0 C1-16 FF8FH二次譯碼地址信號與片選信號地址對應關系13 74LS138輸出狀態(tài)僅與部分地址信號輸入有關。 地址信號A0-A7并未使用，A8-A11作為后續(xù)二次譯碼的地址信號。2. 部分地址譯碼電路設計14A15 A14

9、 A13 A12 A11 A1 A0 有效 0 0 0 X X X X Y0 0000H1FFFH 74LS138輸入片選信號 0 0 1 X X X X Y1 2000H3FFFH 0 1 0 X X X X Y2 4000H5FFFH 0 1 1 X X X X Y3 6000H7FFFH 1 0 0 X X X X Y4 8000H9FFFH 1 0 1 X X X X Y5 A000HBFFFH 1 1 0 X X X X Y6 C000HDFFFH 1 1 1 X X X X Y7 E000HFFFFH 地址信號與片選信號地址范圍對應關系未使用地址范圍 0000H-1FFFH 取值范

10、圍 64K存儲空間 分為8塊8K Byte15片選信號與74LS138實現(xiàn)二次譯碼設計16A15 - A12 A11A10A9 A8 - A0 有效 512 Byte0 0 0 0 0 0 0 000 1FF C1-1 0000H- 01FFH二次譯碼地址信號與片選信號地址對應關系0 0 0 0 0 0 1 000 1FF C1-2 0200H- 03FFH0 0 0 0 0 1 0 000 1FF C1-3 0400H- 05FFH0 0 0 0 0 1 1 000 1FF C1-4 0600H- 07FFH0 0 0 0 1 0 0 000 1FF C1-5 0800H- 09FFH0 0

11、 0 0 1 0 1 000 1FF C1-6 0A00H- 0BFFH0 0 0 0 1 1 0 000 1FF C1-7 0C00H- 0DFFH0 0 0 0 1 1 1 000 1FF C1-8 0E00H- 0FFFH74LS138輸入片選信號未使用地址范圍173.直接使用地址信號線作為片選信號的方案 該方案的片選信號與地址之間不是線性關系，使用該方案需要熟練掌握片選信號與地址之間的計算關系。18A15 - A12 A11- A0 有效 4K Byte1 1 1 0 000 FFF C1 E000H- EFFFH地址信號與片選信號地址對應關系1 1 0 1 000 FFF C2 D0

12、00H- DFFFH 1 0 1 1 000 FFF C3 B000H- BFFFH0 1 1 1 000 FFF C4 7000H- 7FFFH1 1 1 1 000 FFF - F000H- FFFFH74LS138輸入片選信號未使用地址范圍19A15 - A12 A11A10A9A8 A7- A0 有效 512 Byte1 1 1 0 0 0 0 0 00 FF C1-1 E000H- E0FFHC1二次譯碼地址信號與片選信號地址對應關系1 1 1 0 0 0 0 1 00 FF C1-2 E100H- E1FFH 1 1 1 0 0 0 1 0 00 FF C1-3 E200H- E2

13、FFH1 1 1 0 0 0 1 1 00 FF C1-4 E300H- E3FFH1 1 1 0 0 1 0 0 00 FF C1-5 E400H- E4FFH1 1 1 0 0 1 0 1 00 FF C1-6 E500H- E5FFH1 1 1 0 0 1 1 0 00 FF C1-7 E600H- E6FFH1 1 1 0 0 1 1 1 00 FF C1-8 E700H- E7FFH74LS138輸入片選信號未使用地址范圍20七.總線驅(qū)動電路設計 74LS245內(nèi)部電路單片機所接負載超出其負載能力時需要設計總線驅(qū)動電路21八.單片機系統(tǒng)應用電路的設計實例1. 部分地址譯碼、帶有總線驅(qū)

14、動電路的系統(tǒng)實例222. 部分地址譯碼、無總線驅(qū)動電路的系統(tǒng)實例233. 直接選通、不要低8位地址和驅(qū)動電路的系統(tǒng)實例24單片機應用系統(tǒng)的調(diào)試環(huán)境一.單片機應用系統(tǒng)調(diào)試環(huán)境組成 單片機仿真器 單片機程序集成調(diào)試環(huán)境 單片機應用目標系統(tǒng) PC機 單片機程序燒錄器25二.單片機應用系統(tǒng)調(diào)試硬件環(huán)境1. 單片機仿真器可以人為控制程序運行過程的“單片機”。普通 單片機嚴格按照程序指針運行程序單片機仿真器PC機由運行于 PC 機上的仿真監(jiān)控程序控制單片機程序運行26仿真器主機仿真器頭PC機通信線電源27單片機仿真器單片機目標系統(tǒng)板單片機仿真頭電源板仿真器電源插頭PC機通信電纜插頭2. 單片機目標系統(tǒng)調(diào)試

15、平臺28仿真頭與單片機板的連接仿真頭第1引腳缺口標志單片機第1引腳缺口標志特別提示：29特別提示：調(diào)試系統(tǒng)加電的安全順序 調(diào)試系統(tǒng)包括單片機仿真器和被測電路二個部分，各部分有自己的獨立電源，為保證被測電路的安全必須有正確的加電順序。仿真器電源仿真器電源被測電路電源被測電路電源+5V+12V-12VGND+5V+12V-12VGND+5VGNDGND+5V錯誤的加電順序：仿真器先加電，被測電路后加電。正確的加電順序：被測電路先加電，仿真器后加電，。單片機仿真器仿真頭單片機仿真器被測電路被測電路仿真頭供電電路供電電路303. 單片機程序燒錄器PC機通信線單片機程序燒錄器電源31三.單片機應用程序集

16、成調(diào)試環(huán)境調(diào)用集成調(diào)試環(huán)境32在歡迎界面上選擇“取消”進入集成調(diào)試環(huán)境33選擇并打開要調(diào)試的文件34在打開文件界面上選擇文件存儲路徑35注：文件名8個字符以內(nèi)在打開文件界面上選擇文件名36編譯或匯編打開的程序源文件37生成目標代碼并裝入仿真器38消息窗口提示源程序語法錯誤消息窗口提示源程序語法錯誤39目標代碼產(chǎn)生成功的消息提示和符號提示圓點符號提示箭頭表示程序執(zhí)行當前位置40程序調(diào)試方法 全速運行、單步、跟蹤、運行到光標、斷點等調(diào)試方式41程序運行過程中的可觀察項目42通用寄存器和特殊功能寄存器43任意內(nèi)容的觀察窗口44匯編語言調(diào)試的參數(shù)觀察窗口45C語言調(diào)試的變量觀察窗口46四.單片機程序調(diào)

17、試實例1.調(diào)試環(huán)境示例472. 部分譯碼電路輸出 C1 C4 信號的測試匯編語言測試程序LOOP: MOV DPTR, #0H MOVX A , DPTR MOV DPTR, #2000H MOVX A , DPTR MOV DPTR, #4000H MOVX A , DPTR MOV DPTR, #6000H MOVX A , DPTR SJMPLOOP END48C語言測試程序#include#include#define C1 XBYTE0 x0000#define C2 XBYTE0 x2000#define C3 XBYTE0 x4000#define C4 XBYTE0 x6000

18、void main(void) while(1) C1=0; C2=0; C3=0; C4=0;49單片機程序調(diào)試舉例調(diào)試方法：斷開譯碼電路負載，運行測試程序， 檢查各輸出引腳是否有輸出， 各個 輸出之間相對位置關系是否正確；測試設備：單片機仿真器適用電路：部分地址譯碼電路調(diào)試平臺：電子工程設計訓練調(diào)試臺調(diào)試內(nèi)容：地址譯碼電路輸出檢測單片機應用系統(tǒng)板40MHz雙蹤示波器50C1 C4輸出波形圖C1C2C3C4 用示波器觀察C1 C4引腳，應有圖示的波形輸出。如果沒有輸出或者彼此關系錯亂，都表明電路中存在故障。51電路故障及其現(xiàn)象 74LS138未接電源 74LS138漏接+5V E1、E2未接

19、地 E3未接高電平故障原因 地址線順序接錯 A13恒為高電平或漏接 A13恒為低電平 輸出全部為低電平 輸出全部為低電平 無輸出（全部高電平）無輸出（全部高電平）故障現(xiàn)象 輸出順序混亂 C1、C3無輸出 C2、C4無輸出 74LS138漏接地線 輸出全部為高電平 A14恒為高電平或漏接 A14恒為低電平 C1、C2無輸出 C3、C4無輸出 A15恒為高電平或漏接 C1C4無輸出52故障診斷預案舉例故障一：C1 C4 無輸出53故障二：C2 無輸出，C1、C3、C4輸出正常543. 數(shù)據(jù)/地址分離電路 A1 A4 信號的測試匯編語言測試程序LOOP: MOV DPTR, #55H MOVX DP

20、TR , A MOV DPTR, #0AAH MOVX DPTR , A SJMPLOOP ENDC語言測試程序#include#includevoid main(void) while(1) XBYTE0 x0055=0; XBYTE0 x00AA=0; 55單片機程序調(diào)試舉例調(diào)試方法：斷開數(shù)據(jù)/地址分離電路負載，運行 測試程序，檢查各輸出引腳是否有 輸出， 各個輸出之間相對位置關系 是否正確；測試設備：單片機仿真器調(diào)試平臺：電子工程設計訓練調(diào)試臺調(diào)試內(nèi)容：數(shù)據(jù)/地址分離電路輸出檢測單片機應用系統(tǒng)板40MHz雙蹤示波器適用電路：部分地址譯碼電路56A1A4輸出波形圖A1A2A3A4ALE55555555AAAAAA 用示波器觀察A1 A4引腳，ALE 信號每作用一次，各引腳的電平都會發(fā)生一次翻轉(zhuǎn)。如果沒有輸出或者波形不像圖中描述的那樣，表明電路中存在故障。57電路故障及其現(xiàn)象 74LS373未接電源 74LS373漏接+5V 未接ALE或ALE無效 AD0 AD3接錯故障原因 AD0 AD3漏接 輸出全部沒有變化 輸出全部沒有變化 輸出全部沒有變化 輸出關系混亂故障現(xiàn)象 對應引腳無輸出 74LS373漏接地線 輸出全部沒有變化58故障診斷預案舉例故障一：A1 A4