串并转换接口设计

1、目 录0 前言11 总体方案设计12 硬件电路设计22.1 单片机系统22.1.1 74LS164电路32.1.2 键盘53 软件设计63.1 主程序63.2 串口工作方式084 调试分析85 结论及进一步设想8参考文献9课设体会10附录1 电路仿真图11附录2 程序清单12沈阳航空航天大学课程设计论文 串并转换接口设计串并转换接口设计摘要：本文设计了一种基于单片机串并转换方法，由单片机、74ls164、数码管等组成。由于单片机在工业控制领域的广泛应用，单片机由芯片内仅有CPU的专用处理器发展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集成进复杂的

2、而对体积要求严格的控制设备当中。优点是实现串并转换简单方便。关键词：单片机 ；74LS164 ；数码管显示0 前言 自从单片机诞生以来，就在工业自动控制等诸多领域里发挥着巨大的作用，在传统应用领域里，一般是用单片机配合市场上所能买到的逻辑器件完成系统的硬件设计，尽管单片机功能强大，能将许多功能的实现放在软件里，从而在较大程度上简化了系统硬件电路的设计，但是这种选择通用元件来构成硬件电路的方法并未改变。由于单片机在工业控制领域的广泛应用，单片机由芯片内仅有CPU的专用处理器发展而来。最早的设计理念是通过将大量外围设备和CPU集成在一个芯片中，使计算机系统更小，更容易集成进复杂的而对体积要求严格的

3、控制设备当中。 INTEL的Z80是最早按照这种思想设计出的处理器，当时的单片机都是8位或4位的。其中最成功的是INTEL的8031，此后在8031上发展出了MCS51系列单片机系统。因为简单可靠而性能不错获得了很大的好评。尽管2000年以后ARM已经发展出了32位的主频超过300M的高端单片机，直到目前基于8031的单片机还在广泛的使用。在很多方面单片机比专用处理器更适合应用于嵌入式系统，因此它得到了广泛的应用。事实上单片机是世界上数量最多处理器，随着单片机家族的发展壮大，单片机和专用处理器的发展便分道扬镳。 现代人类生活中所用的几乎每件电子和机械产品中都会集成有单片机。手机、电话、家用电器

4、、电子玩具、以及鼠标等电脑配件中都配有1-2部单片机。 汽车上一般配备40多部单片机，复杂的工业控制系统上甚至可能有数百台单片机在同时工作！单片机的数量不仅远超过PC机和其他计算的总和，甚至比人类的数量还要多。1 总体方案设计针对本课题的设计任务，进行分析得到：本次设计用74ls164实现单片机的串行输入，并行输出。该串并转换接口的设计，在总体上大致可分为以下几个部分组成：1 键盘部分，2 单片机部分,3 74ls164芯片部分，4 数码管部分。系统原理框图如图1所示。 74ls164芯片单片机 键盘 数码管图1 系统原理框图整个电路的工作原理是键盘输入串行数据，经单片机处理由P3.0口输出传

5、给74ls164芯片并行输出给数码管显示。2 硬件电路设计2.1 单片机系统 单片机又称单片微控制器,它不是完成某一个逻辑功能的芯片,而是把一个计算机系统集成到一个芯片上。概括的讲：一块芯片就成了一台计算机。它的体积小、质量轻、价格便宜、为学习、应用和开发提供了便利条件。同时，学习使用单片机是了解计算机原理与结构的最佳选择。 单片机内部也用和电脑功能类似的模块，比如CPU，内存，并行总线，还有和硬盘作用相同的存储器件，不同的是它的这些部件性能都相对我们的家用电脑弱很多，不过价钱也是低的，一般不超过10元即可.用它来做一些控制电器一类不是很复杂的工作足矣了。我们现在用的全自动滚筒洗衣机、排烟罩、

6、VCD等等的家电里面都可以看到它的身影，它主要是作为控制部分的核心部件。它是一种在线式实时控制计算机，在线式就是现场控制，需要的是有较强的抗干扰能力，较低的成本，这也是和离线式计算机的（比如家用PC）的主要区别。 单片机是靠程序的，并且可以修改。通过不同的程序实现不同的功能，尤其是特殊的独特的一些功能，这是别的器件需要费很大力气才能做到的，有些则是花大力气也很难做到的。一个不是很复杂的功能要是用美国50年代开发的74系列，或者60年代的CD4000系列这些纯硬件来搞定的话，电路一定是一块大PCB板！但是如果要是用美国70年代成功投放市场的系列单片机，结果就会有天壤之别！只因为单片机的通过你编写

7、的程序可以实现高智能，高效率，以及高可靠性！单片机系统如图2所示： 图2 单片机系统2.1.1 74LS164电路74HCT164 是高速硅门 CMOS 器件，与低功耗肖特基型 TTL (LSTTL) 器件的引脚兼容。74HC164、74HCT164 是 8 位边沿触发式移位寄存器，串行输入数据，然后并行输出。数据通过两个输入端（DSA 或 DSB）之一串行输入；任一输入端可以用作高电平使能端，控制另一输入端的数据输入。两个输入端或者连接在一起，或者把不用的输入端接高电平，一定不要悬空。时钟 (CP) 每次由低变高时，数据右移一位，输入到 Q0， Q0 是两个数据输入端（DSA和 DSB）的逻

8、辑与，它将上升时钟沿之前保持一个建立时间的长度。主复位 (MR) 输入端上的一个低电平将使其它所有输入端都无效，同时非同步地清除寄存器，强制所有的输出为低电平。 74ls164功能图如图3所示： 图3 74ls164功能图CLOCK 时钟输入端CLEAR 同步清除输入端（低电平有效）A，B 串行数据输入端QAQH 输出端极限值电源电压 7V输入电压 5.5V工作环境温度54LS164 -5512574LS164 -070储存温度 -65150 74LS164是八位并出串行移位寄存器.功能是将数据串行移入,并行输出.P!4=VCC,P7=GND. P1=A,P2=B,两脚是数据串行移入口，P8=

9、时钟，P9=清除. P3=QA,P4=QB,P5=QC,P6=QD,P10=QE,P11=QF,P12=QG,P13=QH是并行输出口。 74ls164与单片机、数码管的连接图如图4所示： 图4 74ls164连接图2.1.2 键盘 键盘采用独立式键盘，对于这样编码的独立式键盘，CPU可以通过直接读取I/O口的状态来获取按键的直接状态编码值，根据这个值直接进行按键识别。这种形式的键盘机构简单，按键的识别容易。独立式键盘的缺点是需要占用较多的I/O口线。当单片机应用系统键盘中需要的按键比较少或I/O口线比较富裕时，可以采用这种类型的键盘。键盘如图5所示： 图5 键盘3 软件设计本课题的软件设计采

10、用了模块化设计的思想。针对分布式开发的挑战，其技术解决方案就是模块化。在一大块紧密耦合的代码中，每个单元都可能与其他单元进行直接的接口。而模块化应用则正相反，它由小块的、分散的代码块组成，每一块都是独立的。于是，这些代码块可以由不同的团队进行开发，而他们都有各自的生命周期和时间表。最终的成果则可以由另一个独立的个体，即发行者，进行集成。 模块化思维就是要程序员在完成任何一个功能模块或函数的时候要多想一些,不要局限在完成当前任务的简单思路上,想想看该模块是否可以脱离这个系统存在,是否可以通过简单的修改参数的方式在其他系统系统和应用环境下直接引用，这样就能极大避免重复性的开发工作 。3.1 主程序

11、主程序流程如图6所示。 开始 键值初始化 是否有键按下？ N Y 延时/去抖动 识别按键 执行按键所对应功能 Y图6 主程序流程图3.2 串口工作方式0在方式0下，串行口作为同步移位寄存器使用，这时以 RXD（P3.0）端作为数据移位的入口和出口，而由TXD（P3.1）端提供移位时钟脉冲。这种方式主要用于扩展I/O接口。移位数据的发送和接收以8位为一组，低位在前高位在后。其格式为：D0D1D2D3D4D5D6D7使用方式0实现数据的移位输入输出时，实际上是把串行口变成为并行口使用。串行口作为并行输出口使用时，要有“串入并出”的移位寄存器（例如74LS164、74HC164等）配合 。4 调试分

12、析 当按下“2”键时，数码管显示“2”.如图7所示： 图7 调试结果 当按下其他键时，数码管显示对应数字。调试结果正常。5 结论及进一步设想根据实验结果，本设计基本完成了设计要求，但是由于个人能力原因还存在着键盘功能少的缺陷，可以通过扫描式键盘来进一步改善电路的性能。本次课程设计是对我的综合能力的检验过程，是一个知识探索的过程，是将理论运用于实际的一次尝试。这次设计极大的锻炼了我的动手能力，使理论与实践联系起来，同时学到了很多在书本上学不到的东西。可以说，这是对以前所学东西的一个巩固，同时也是对所学知识的一个查漏补缺的过程，更是对今后所学知识的一个铺垫过程。参考文献1 周兴华.手把手教你学单片

13、机.北京：北京航空航天大学出版社，2007.62 李斌，董慧颖.可重组机器人研究与发展现状.沈阳工业学院院报，2000,19（4）：23-273 刘复华.单片机及其应用系统.北京:清华大学出版社,1992.34 肖金球. 单片机原理与接口技术.M.北京:清华大学出版社,2004.125 郭天祥. 新概念51单片机C语言教程入门、提高、开发、拓展.电子工业出版社，2009.16 赖麒文.8051单片机 C语言彻底应用 北京：科学出版社，20027 李学海.标准80C51单片机基础教程.北京：北京航空航天大学出版社，2006.8课设体会经过两周的单片机课程设计，最终完成了串并转换接口的设计。从整体

14、情况来看，这次课程设计还是成功而且意义非常重大的，毕竟这次课程设计是在老师的耐心指导帮助下,通过自己亲自编程，一步一步地调试运行，最后得出设计结果，为毕业设计打下了一定的基础。本次课程设计是对我们的综合能力的检验过程，是一个知识探索的过程，是将理论运用于实际的一次尝试。这次设计极大的锻炼了我的动手能力，使理论与实践联系起来，同时学到了很多在书本上学不到的东西。可以说，这是对以前所学东西的一个巩固，同时也是对所学知识的一个查漏补缺的过程，更是对今后所学知识的一个铺垫过程。本次课程设计和以往的课程设计有一个很大的不同点，就是动手能力要求很高。通过对单片机的深入学习和掌握，学会了单片机的基础编程和硬

15、件处理。虽然以前做过相关的实验，但这次课程设计让我增长了更多的知识，单片机课程设计重点在于找到一种合理的设计方案，进而安排硬件，配置参数，同时还需要很巧妙的软件编程。程序编写完了，需要一步一步地调试运行，如果程序运行有误，可以通过单步运行的形式运行程序，以便检查问题所在。从这次的课程设计中，我真真正正的意识到，在以后的学习中，要不断加强理论知识的学习，并把所学的理论知识应用到实际当中，学习单片机也是如此，程序只有在经常写读的过程中才能提高，这也是我在这次课程设计中最大的收获。 2012年7月 20日完成附录1 电路仿真图 附录2 程序清单ORG 0000HAJMP MAINORG 0030HM

16、AIN: MOV P3,#0FFH MOV A,#0FFH MOV P1,A MOV A,P1 CJNE A,#0FFH,GO1 AJMP MAIN GO1: ACALL DEL CJNE A,#0FFH,GO20 AJMP MAINGO20: MOV A,P1 CJNE A,#0FEH,GO21 AJMP PR0GO21: MOV A,P1 CJNE A,#0FDH,GO22 AJMP PR1GO22: MOV A,P1 CJNE A,#0FBH,GO23 AJMP PR2GO23: MOV A,P1 CJNE A,#0F7H,GO24 AJMP PR3GO24: MOV A,P1 CJNE

17、 A,#0EFH,GO25 AJMP PR4GO25: MOV A,P1 CJNE A,#0DFH,GO26 AJMP PR5GO26: MOV A,P1 CJNE A,#0BFH,MAIN AJMP PR6PR0: MOV SCON,#00H MOV A,#25H CLR P3.0 MOV SBUF,A CLR TI SETB P3.0 ACALL DEL CLR P3.0 AJMP MAINPR1: MOV SCON,#00H MOV A,#0DH CLR P3.0 MOV SBUF,A CLR TI SETB P3.0 ACALL DEL CLR P3.0 AJMP MAINPR2: MOV SCON,#00H MOV A,#98H CLR P3.0 MOV SBUF,A CLR TI SETB P3.0 ACALL DEL CLR P3.0 AJMP MAINPR3: MOV SCON,#00H MOV A,#049H CLR P3.0 MOV SBUF,A CLR TI SETB P3.0 ACALL DEL CLR P3.0 AJMP MAINPR4: MOV SCON,#00H MOV A,#041H CLR P3.0 MOV SBUF,A CLR TI SETB P3.0 ACALL DEL CLR