1  引言

C51單片機是我們生活中最常用的系列，MCS-51系列單片機有4個并行口(P0，P1，P2，P3口)，但對一個稍微復雜的應用系統(tǒng)來說，真正可供用戶使用的并行口，只有P1口可用，況且常常因擴展I2C和SPI的器件需占用某些P1口，迫使用戶不得不擴展并行口以滿足實際的需要。習慣上，常用的并行口接口芯片有8255、8155，這兩種芯片功能比較齊全，可以使用在相對比較復雜的系統(tǒng)中，但如是對一般的系統(tǒng)而言，這些功能往往閑置不用。那么就可以選用一些本來閑置不用的口線作為選通信號來進行并行口的擴展，這樣就能充分利用單片機有限的I/O資源，在本設計中是將P1口擴展成一個或幾個8位并行口，在每一個八位口上接入8個發(fā)光二極管做為輸出，二極管是做開關(guān)量來使用的，在這里設計了跑馬燈和流水燈程序，做到對開關(guān)量的開斷控制;配合開關(guān)量的控制筆者設計了一個共陽LED數(shù)碼管，用來顯示當前發(fā)光二極管發(fā)亮的序號，做到更加直觀的雙重控制效果，然后再將P0口通過D/A轉(zhuǎn)換器和一放大器輸出一個模擬信號，其結(jié)果可以通過示波器看出。這樣整個系統(tǒng)即有了數(shù)字信號輸出和模擬信號輸出，也有數(shù)碼管顯示功能，實用性能大提高了。

2  基于89C51的系統(tǒng)硬件設計

2.1  并行口的擴展的電路設計

眾所周知，C51系列的單片機都有四個I/O口(P0、P1、P2、P3)，那么AT89C51也不例外，但我們通常僅僅使用P1口作為并行口，而令其余口(P2、P3)處于閑置狀態(tài)，所以這次設計，我們就是使用閑置不用的P3口做為選能信號線來將P1口進行并行口擴展。

(1) 種方式的并行口擴展優(yōu)點

連線簡單;

不占用存儲器空間;

(2) 編程也方便靈活。但也有很大的缺點

并行口擴展能力有限，(如使用74LS573(74LS373)且不進行驅(qū)動處理，則最多可擴展4個同樣類型的并行輸出端口，當然還需要與之對應的四個選通信號。)

如擴展較多，選通信號占用并行口位數(shù)太多，例如欲擴展8個并行輸出端口，則需要8個選能信號，此時，僅選能信號就占用了一個8位并行口，這對在I/O端口線有限的單片機系統(tǒng)中，如此浪費資源的現(xiàn)象是不能容忍的。在本次的設計中，采用芯片74HC573(帶三態(tài)輸出的八進制透明D型鎖存器)對P1口進行了一個8位并行口的擴展，選通信號選用P3口的P3.3引腳。原理圖如圖1所示:

2.2  擬信號輸出的電路設計

模擬信號的輸出需要用到D/A轉(zhuǎn)換器，這里我使用最常用的8位的D/A轉(zhuǎn)換器DAC0832來轉(zhuǎn)換數(shù)字電壓信號。因DAC0832是并行D/A轉(zhuǎn)換集成電路，其輸出為電流型，在使用時，必須額外增加一個運算放大器，才能得到電壓信號，在本次電路中使用了1個LM741放大器來放大信號輸出，LM741是一個普通的單操作的放大器，具有輸入電壓范圍大，短路電壓保護，高增益和不需頻率補償?shù)葍?yōu)點。DAC0832的片選端口與單片機的P2.2相連，XFER和 WR2接地，使之一直處于使能狀態(tài)，即輸入數(shù)據(jù)寄存器中的數(shù)字信號可直接轉(zhuǎn)換為模擬信號。D/A轉(zhuǎn)換電路的輸出是一個周期的正弦波，通過外接示波器可以清淅的看到。另外模擬信號的輸出引在一個外接端子上，可以與其它系統(tǒng)相連接，做到通用性的效果。D/A轉(zhuǎn)換原理圖如圖2所示:

2.3  靜態(tài)數(shù)碼管顯示的電路設計

數(shù)碼管顯示器是各種儀器設備所不可缺少的重要組成部分，是儀器設備與人對話的一種重要形式，它告訴人們機器的運行狀態(tài)、數(shù)據(jù)處理結(jié)果、提示操作人員下一步要進行的操作等。按照顯示方法的不同，可分為靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示兩種，這里我們所設計的電路顯示是屬于靜態(tài)顯示那種，是兩位靜態(tài)數(shù)碼管顯示，其主要的功能是顯示當前發(fā)光LED的序號，比如如果當前是L1燈在亮的話，數(shù)碼管將顯示11，是L2燈亮，數(shù)碼管顯示22字樣等。電路的設計使用2個8位的移位寄存器 (74HC164)，和兩個八段的LED數(shù)碼管(共陽的)加上2個8×330Ω的排阻構(gòu)成。靜態(tài)數(shù)碼管顯示的優(yōu)點在于，編寫程序相對比較簡單，一旦將欲顯示的數(shù)據(jù)發(fā)送出去，只要當前顯示的數(shù)據(jù)沒有變化，就無須理睬它。不足之處在于，如果顯示的位數(shù)太多，硬件的開銷和電源的功耗問題將會很嚴重(比如這里，只需顯示兩位，就需要用到兩塊74HC164和2個排阻)。電路原理圖如圖3所示:

2.4  電源部分電路的設計

整個電路系統(tǒng)使用9V～12V的直流電源供電，故使用一個拔碼開關(guān)和一個二極管，以起保護作用，這里拔碼開關(guān)只起到電源開關(guān)的作用。由于CPU電源為5V，所以使用L7805三端穩(wěn)壓來供CPU電源，電源指示燈一個。電源部分電路圖如圖4所示:

2.5  復位部分電路設計

本電路的復位電路是用一個復位芯片MAX706P來設計的，并帶有復位按鈕一個。這里復位是低電平有效的，有手動復位按鈕，當程序跑飛或無響應時可以選用手動復位。復位信號來自于CPU的P22口。復位電路原理圖如圖5所示。

3  系統(tǒng)軟件部分設計與應用

程序已經(jīng)調(diào)試通過，整個程序?qū)崿F(xiàn)的功能如下:

P1口的八位擴展，控制8個開關(guān)LED指示燈，程序?qū)嶒灹藢@8個指示燈的開關(guān)跑馬控制，實驗程序可以編寫從L1至L8的循環(huán)發(fā)亮，在每個發(fā)光二極管發(fā)光的同時，數(shù)碼管顯示當前發(fā)亮LED的序號，比如11、22、33等等。也可讓每個二極管閃爍，可以規(guī)定閃爍時間為半秒鐘或更長，然后再在每一個LED指示燈閃爍的同時，讓LED數(shù)碼管顯示當前閃爍的指示燈的序號，比如，L1燈閃爍時，數(shù)碼管顯示11字樣，L2燈閃爍時，數(shù)碼管顯示22字樣等等。在數(shù)模轉(zhuǎn)換這一子函數(shù)的編寫上，是使用指針數(shù)組來寫的，DAC0832實現(xiàn)DA的轉(zhuǎn)換的芯片，實現(xiàn)的功能是輸出一正弦波模擬信號，當在端子口接一示波器時，示波器將輸出一正弦波圖形。主程序流程圖如(圖6)所示。以上所述是整個系統(tǒng)的功能，所有的程序都已經(jīng)通過調(diào)試試驗，實驗證明是可行的。

4  結(jié)束語

整個系統(tǒng)的軟件已經(jīng)完全通過調(diào)試，證明是切實可行的，整個系統(tǒng)的硬件設計是本著單片機系統(tǒng)設計的簡單化原則來設計，顯的簡煉有序，軟件編寫也非常簡單易懂。本系統(tǒng)設計比較適合于在小型系統(tǒng)中應用。