单片机串口连接两个74LS164驱动两个LED数码管
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单片机应用设计 课题：串口连接两个74LS164驱动2个LED 数码管显示
班级学号： xx 姓名： xx 1 设计要求 设计内容 设晶体为12MHz,将拨码开关数据串行输入到74LS164，并行输出到2个LED数码管进行相应的数码显示。 设计包括：系统设计分析、系统原理图设计、程序流程图设计、源程序设计、系统调试与仿真及调试结果分析、对本课程学习的感想与收获、对老师的意见与建议、期望成绩等。
学习目的 该作业具有较强的实用性，许多同学已经认识到自己完全有能力设计一个实用的单片机应用系统，对单片机设计由感兴趣已经变为爱好了，为后面的实际应用系统设计奠定了较好的基础。
2 系统设计分析 单片机最小系统+串口+74LS164+LED数码管 单片机的最小系统是单片机能够工作的最小硬件组合，对于8051系列单片机，其电路的最小系统大致相同，主要包括电源、晶体振荡电路、复位电路等。
串口 数据通信方式包括并行通信和串行通信两种。并行通信就是多条数据线上同时传送，其优点：速度快，只适于近距离通信。串行通信就是数据以为以为的顺序传送，其优点：线路简单，成本低，适合远距离通信。 串行通信方式包括：异步串行通信和同步串行通信。异步方式，数据传送不连续，时间间隔任意。同步方式，发送与接收同步。数据传送方式：单工、半双工、全双工、多工。常见的串行通讯有：RS-232、RS-485、CAN总线等。 串行口控制寄存器包括：串行口控制寄存器SCON（控制工作方式）、电源控制寄存器PCON（控制波特率）。SM0、SM1选择工作方式，SM2用于多机通信， REN允许接收控制位，TB8/RB8发送/接收数据D8位，TI/RI为发送/接收中断标志位。
74LS164 串行口工作于方式0，发送数据时，是把串行端口设置成“串入并出的”输出口。将它设置为“串入并出”输出口时，需外接1片“串入并出”同步移位芯片74LS164或CD4094，本次设计，用74LS164。 74LS164是8位边沿触发式移位寄存器，具有DIP、SO14等多种封装形式。其DIP封装形式如右图所示。 数据通过A或B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（边沿触发）时，数据右移一位输入到Q0。Q0是两个数据输入端A和B的逻辑与。 输入的数据在Q0输出，并依次右移在其它输出端口输出。
LED数码管 LED数码管是单片机应用系统中常用的输出设备，其特点结构简单，价格便宜。单片机系统常用7段LED数码管，由8个发光二极管构成。 LED数码管分为共阳极和共阴极两种。共阳极LED数码管，就是8个LED阳极连接在一起再接高电平。共阴极LED数码管，就是8个LED阴极连接在一起再接地。通过相应的LED显示，呈现出对应的数字、符号。
‘串入并出’驱动LED数码管显示 本次设计，对拨码开关进行拨动，从而将信息传递给单片机，再由单片机通过串口工作在方式0将数据串行输出给74LS164，由74LS164并行输出给LED数码管，进行相应的显示。实际操作中，拨码开关低四位控制一个74LS164驱动一个LED数码管，而拨码开关高四位控制另一个74LS164驱动另一个LED数码管，使两个LED数码管独立显示。 本次设计涉及到，串口工作方式。串口工作于方式0时，其功能为8位移位寄存器，相当于I/0口的扩展，再连接74LS164芯片既可实现“串入并出”的功能。使用查表法，将拨码开关的2进制数和LED代码建立一一对应关系，其中用到了一些编程小技巧。设计中，又遇到另外一个问题，74LS164级联问题，我在网上搜寻了一些问题的答案，再看了书上对74LS164的介绍，于是得到了算是一些结论吧。将74LS164最后一个输出端，连在另外一个74LS164的A、B之一的数据输入端，就构成了级联。在程序中每一次循环向串口缓存器发送两次8位数据，即可实现两个LED数码管独立显示（0~F）。
3 系统原理图设计 元器件及其型号 系统所需元器件包括：AT89C51、瓷片电容CAP30pF、晶振CRYSTAL、电阻RES、电解电容22uF、共阳数码管7SEG-COM-AN-GRN、拨码开关DIPSW_8、74LS164-IEC、总线。系统设计原理图如图所示。 图 系统设计原理图 4 系统程序流程图设计 系统程序设计流程图如下图所示 开始变量初始化、设置SCON工作方式0
判断P1口是否发生变化（拨码开关变化）
将P1口的数据取反后，分别取高四位、低四位
N
查表，查询低四位数据对应的LED代码
将LED代码传给串口数据缓存器中，发送数据
判断是否发送完毕?
查表，查询高四位数据对应的LED代码
将LED代码传给串口数据缓存器中，发送数据
判断是否发送完毕?
结束
N
Y
Y
NYY 5 系统源程序设计 程序设计思路 本次设计，我一共有三个思路： 1. 在74LS164的输出口并接两个数码管，然后分别将两个共阳数码管的共阳端随意接两个I/O口，通过I/O口控制某个数码管对应低四位或高四位拨码开关，进行相关显示（0~F）。 2. 用两个74LS164分别接两个共阳数码管，通过控制每个74LS164的A、B输入端，从而进行相关显示（0~F），和思路1相似。 3. 用两个74LS164级联的方式，实现两个共阳数码管分别对应低四位或高四位拨码开关，独立显示，比思路1、2复杂，也是我最满意并采用的思路。
源程序代码(思路3) 汇编语言程序： ORG 0030H ；起始地址 MAIN:MOV SCON,#00H ；设置串口工作方式为方式0 MOV DPTR,#TABLE ；将表TABLE的首地址传给DPTR MOV 30H,#00H ；30H~7FH数据缓存区相当于变量的地址 READ: MOV A,P1 CJNE A,30H,SEND ；查询拨码开关是否有变化 JMP READ SEND:MOV 30H,A CPL A ；取反，变为16进制数据 MOV R0,A ANL A,#00FH ；取拨码开关低四位 MOVC A,@A+DPTR ；查表赋值 MOV SBUF,A WAIT1: JBC TI,X1 ；判断是否发送完毕 AJMP WAIT1 X1: MOV A,R0 ANL A,#0F0H ；取拨码开关高四位 SWAP A ；高低四位互换，建立对应关系 MOVC A,@A+DPTR ；查表赋值 MOV SBUF,A WAIT2: JBC TI,READ ；判断是否发送完毕 AJMP WAIT2 TABLE:DB 0C0H,0F9H,0A4H,0B0H,99H,92H ；LED代码（0~F） DB 82H,0F8H,80H,90H,88H,83H DB 0C6H,0A1H,86H,8EH,1BH END
C 语言程序： #include"" #define uint unsigned int #define uchar unsigned char const uchar tab[]={0xC0,0XF9,0XA4,0XB0,0X99,0X92,0X82,0XF8,0x80,0X90,0X88, 0X83,0XC6,0XA1,0x86,0X8E}; //LED代码（0~F） void main(void) { uchar i=0; //变量初始化 uchar j=0; uchar m=0; uchar k=0; SCON=0X00; //设置串口工作方式为方式0 SBUF=0XC0; while(TI==0); TI=0; while(1) { while(P1==i); //查询拨码开关是否有变化 i=P1; j=~i; m=j&0xf0; //取拨码开关高四位 k=j&0x0f; //取拨码开关低四位 m=m>>4; //高四位移到低四位建立对应关系 SBUF=tab[k]; //查表赋值 while(TI==0); //判断是否发送完毕 TI=0; SBUF=tab[m]; //查表赋值 while(TI==0); //判断是否发送完毕 TI=0; } } 6 仿真及调试结果分析 仿真及调试结果 系统仿真结果图如图所示。
图 系统仿真结果图 结果分析及调试过程 这次作业是第四次设计了，基本已经熟悉设计过程，而且也锻炼了自己的编程能力。这次设计3个思路，有3个C语言程序，一个汇编程序，从构思到调试成功，大概用了4个小时，并没有什么难度。 用前两个方案时，调试成功后，发现有缺陷（不能同时独立显示）。于是，最终采用思路3，又用到一些编程小技巧，使程序较为精简，即可满足要求，两个LED独立显示（0~F）。 编程过程，十进制数与十六进制的兼容性也体现了出来，起初为了建立一一对应关系，还用了下switch语句，使之一一对应。然而，后来想起了兼容性，就把程序大大缩短，变得精简。另外，当LED数码管共阳端接的电阻为100欧时，LED无法显示“8”，而调下电阻后，就可以正常显示了。明白，负载电阻大小会影响LED（亮度）显示。 本次设计，拨码开关接低电平，当开关闭合，使对应P1口置零，然后编程时，只需对P0口取反即可。出于好奇，我又试了相反的接法，拨码开关接高电平，初始化P1口为0，当开关闭合，使对应P1口置1，于是编程就不需要对P0口取反，（C语言）也就省去了一个变量，虽然现实结果和第一种接发一样，但是，一些元器件出现了“黄色电平”，也就代表短路或者电平冲突。所以，为了安全起见，还是采用了第一种解法。
