李模剛

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

Mcs-51簡潔通用I/O通道設(shè)計與實現(xiàn)

李模剛

(蘭州石化職業(yè)技術(shù)學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，使用簡潔I/O通道電路設(shè)計為手段，能使學生透切理解單片機系統(tǒng)的實用譯碼電路部分，建立指令與硬件信號之間的簡潔關(guān)系;使學生真正理解實用端口尋址設(shè)計，為后續(xù)課程的教學打下扎實的基礎(chǔ)。提出簡潔I/O通道電路基本框架，以供實際應(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課程及實踐課程或微機原理與接口技術(shù)課程，這類課程屬于理論和實踐緊密結(jié)合的學科，在教學過程中必須考慮軟件與硬件相結(jié)合。經(jīng)過多年的教學和應(yīng)用實踐了解到，在傳統(tǒng)課程教學中，由于實驗條件等多方面原因所限，高職學生對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，對端口尋址真正理解不透。因而造成了學生應(yīng)用不靈活、后續(xù)課程教師感到難教的局面。經(jīng)過實踐探索發(fā)現(xiàn)利用Proteus仿真軟件，設(shè)計一簡潔的通用I/O通道，很有助于學生理解微機I/O應(yīng)用的相關(guān)知識，增強理論與實踐的教學效果，為后續(xù)課程打下堅實的基礎(chǔ)［1-3］。Proteus不僅能完成許多單片機的仿真實踐，而且5.0版本具有仿真的8086CPU，也可完成8086系統(tǒng)仿真，為8086系列課程的教學也提供了仿真實踐平臺。本文主要探討基于ms-51的簡潔通用I/O通道電路的設(shè)計與實現(xiàn)，以此為參考，可探索其他單片機及微機系統(tǒng)的I/O通道電路的設(shè)計。

1 時序分析

要設(shè)計好一個I/O通道電路，須對相關(guān)時序圖仔細分析。圖1、圖2分別是mcs-51讀、寫外部RAM的指令時序圖［4］。

圖1 讀外部RAM的指令時序圖

圖2 寫外部RAM的指令時序圖

從時序圖中可看出，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口上的信號不是地址信號，而是指令數(shù)據(jù)信號，當然地址信號與指令數(shù)據(jù)信號之間有一段緩沖的過渡時間。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。P2口只輸出高8位地址信號，而沒有指令數(shù)據(jù)信號，整個機器周期地址信號都是有效的，因而無需鎖存這一地址信號。

2 電路設(shè)計

電路中可使用P0口的引線來設(shè)計通用數(shù)據(jù)總線，作為所有數(shù)據(jù)的輸入輸出的物理通道。如果實際應(yīng)用中使用的I/O端口少于8個，可用P2口單根地址線、RD線、WR、74ls32形成簡單的譯碼電路(如圖3)。在譯碼電路部分中，利用WR和相關(guān)地址線輸入74ls32，進行“相與”運算后形成一個上升沿，作為74ls273的鎖存信號，輸出數(shù)據(jù);利用RD線來和相關(guān)地址線輸入74ls32，進行“相與”運算后形成一個低電平，作為74ls373的選通信號，及時輸入數(shù)據(jù)。這些74ls32的輸出，就是I/O通道的選擇信號，這樣形成了三個一般I/O端口;這三個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分別為通道編號的段選碼。當然，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 簡潔通用I/O通道設(shè)計

圖3中上面兩個數(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的左下側(cè)開關(guān)量經(jīng)指令運算形成。右下側(cè)的數(shù)碼管顯示的是MCS51中運行程序正在進行讀寫的I/O通道編號;I/O通道編號的段選碼特殊輸出通道中，使用74ls373暫存，74ls273長時間自于movx指令的低8位地址，從而使數(shù)碼管能有一個穩(wěn)定的顯示;74ls373的鎖存信號是ALE產(chǎn)生的高電平，74ls273的鎖存信號來自于WR或是RD的上升沿。

以上設(shè)計獲得了三類通道。

1類輸入:外部信號通過1號端口到P0口的輸入通道;

2類輸出:P0口通過2、3號端口形成的輸出信號的輸出通道;

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

3 程序設(shè)計

相應(yīng)示例控制程序如下:

org 00h

ajmp main

org 30h

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

movx a，@dptr;輸入開關(guān)量(段選碼)輸入。

mov dptr，#7f5bh;準備輸出端口2地址;輸出通道編號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;準備輸出端口3地址;輸出通道編號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

本程序僅僅是個示例。在相應(yīng)實踐中，可設(shè)計功能更強的控制程序。

4 系統(tǒng)調(diào)試與實踐

在Proteus經(jīng)編譯后，運行正常，達到I/O通道電路的實際要求，相應(yīng)數(shù)碼管顯示穩(wěn)定，完全可應(yīng)用于教學實踐。

在調(diào)試過程中，學生可以通過開關(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，弄清各類硬件信號是怎么在程序的控制下輸入單片機，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之間的對應(yīng)關(guān)系;進而引起學生對端口鎖存信號形成的思索，實踐教學中，確有大量學生探索并提問相關(guān)問題，從而理解了簡潔I/O通道的基本構(gòu)建方法。

學生進一步的思考，是通道編號的段選碼輸出并顯示，適當?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，完成對整個輸入輸出通道的整體認識，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)計便于高職學生理解硬件端口地址與指令中地址的一致性，為后續(xù)的可編程芯片的實踐與應(yīng)用打下了堅實的基礎(chǔ)。在這樣的實踐教學中，多次的探索與修改使學生從根本上理解了簡潔I/O通道的作用和實質(zhì)，激發(fā)了學習的熱情，慢慢地感受到成就感，產(chǎn)生強烈的專業(yè)認同感，增強就業(yè)核心競爭力。

5 結(jié)束語

通過上述闡述，可知微機原理或是單片機的某些教學難點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，簡潔I/O通道有利于學生透切理解微機的I/O通道的設(shè)計，能促進學生理解端口尋址的簡潔方法，建立程序指令與硬件之間的關(guān)系，為后續(xù)課程的教學和實際應(yīng)用打下扎實的基礎(chǔ)。

本文所述的簡潔I/O通道電路部分是一個很實用的通道接口電路，可作為各種通道設(shè)計中的基本框架，進一步的外圍擴展后，可應(yīng)用于各類單片機應(yīng)用系統(tǒng)的設(shè)計中。

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

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

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

［4］胡漢才.單片機原理與接口技術(shù)［M］.北京:清華大學出版社.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)學院科教基金項目(J08-04)

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