单片机IO口扩展设计

单片机I/O口扩展实验
摘要：本设计随着人们生活水平的不断提高,单片机控制无疑是人们追求的目标之一，它所给人带来的方便也是不可否定的，其中流水灯的应用就是一个典型的例子，特别在商业广告领域有重要的应用，但人们对它的要求越来越高，要为现代人工作、科研、生活、提供更好的更方便的设施就需要从数单片机技术入手，一切向着数字化控制，智能化控制方向发展。

关键词：单片机，控制，8X8 LED点阵，流水灯，AT89C52，动态显示
1．引言
随着人们生活水平的不断提高,单片机控制无疑是人们追求的目标之一，它所给人带来的方便也是不可否定的，其中数字温度计就是一个典型的例子，但人们对它的要求越来越高，要为现代人工作、科研、生活、提供更好的更方便的设施就需要从数单片机技术入手，一切向着数字化控制，智能化控制方向发展。

本设计所介绍的是单片机的一些简单的应用，最小系统的复位，INT0和INT1的一些应用来控制输出，达到控制彩灯（流水灯）。

近年来随着科技的飞速发展，单片机的应用正在不断地走向深入，同时带动传统控制检测日新月益更新。

在实时检测和自动控制的单片机应用系统中，单片机往往是作为一个核心部件来使用，仅单片机方面知识是不够的，还应根据具体硬件结构，以及针对具体应用对象特点的软件结合，加以完善。

本系统采用单片机AT89C52为中心器件，用8*8位LED显示元件XY1588ASR（24脚共阳管）来设计控制彩灯（流水灯），系统实用性强、操作简单、扩展性强。

也可以为我们更好地了解单片机的应用加深我们对单片机的认识，对我们以后的学习都带来很大的帮助。

2．总体设计方案
2.1设计内容与设计思路及关键技术
单片机采用用AT89C52芯片，控制彩灯（流水灯）。

8X8LED点阵流水灯设计将在8X8LED 点阵显示上移流水灯显示,然后循环显示。

P1口涉及下载线，而P3口的P3.2和P3.3作用于外部中断，所以就用P0和P2口来控制滚动显示文字，通过P0口接8*8位LED阳极，P2口接8*8位LED负极来不断扫描显示。

2.2 设计方框图
流水灯设计总体设计方框图如图1所示，控制器采用单片机AT89C52，用8*8位LED 显示元件XY1588ASR （24脚共阳管）。

图1 广告牌设计总体设计方框图
主控制器采用低功耗,高性能COMS 8位单片机AT89C52芯片；单片机复位则由最小系统决定，由电源复位产生；时钟振荡则由12MHz 的晶振产生；LED 显示则由用8*8位LED 显示元件XY1588ASR （24脚共阳管）来设计。

2.3.8X8点阵LED 工作原理说明
8X8点阵共需要64个发光二极管组成，且每个发光二极管是放置在行线和列线的交叉点上，当对应的某一列（Y ）置1电平，某一行（X ）置0电平，则相应的二极管就亮。

流水灯
AT89C51
单 片 机 编写程序
图2.8X8点阵LED结构图
从图2中可以看出，8X8点阵共需要64个发光二极管组成，且每个发光二极管是放置在行线和列线的交叉点上，当对应的某一列置1电平，某一行置0电平，则相应的二极管就亮；因此要实现一根柱形的亮法，如图49所示，对应的一列为一根竖柱，或者对应的一行为一根横柱，因此实现柱的亮的方法如下所述：
一根竖柱：对应的列置1，而行则采用扫描的方法来实现。

一根横柱：对应的行置0，而列则采用扫描的方法来实现。

2.5.流水灯设计的总电路图
流水灯设计的总电路图在最小系统的基础上加上了由9014三极管驱动的蜂鸣器、外部中断的两个开关（实现外部中断控制）、P0和P2口的跳线（实现外扩展）、还有用三极管驱
动的8*8位LED显示元件XY1588ASR（24脚共阳管）。

图4.总电路图
2.7.仿真运行效果图
最终调试仿真运行结果如下图：
图6.效果图
3．单片机I/O口扩展程序的主程序
#include <atmel\regx52.h>
#define int8 unsigned char
#define int16 unsigned int
#define int32 unsigned long
int8 code num_tab[][8]={
/*--8*8--阴码--逐行扫描--逆向（低位在前）--*/
{0x00,0x00,0x00,0x38,0x44,0x38,0x00,0x00},/*"0",0*/ {0x00,0x00,0x40,0x78,0x48,0x00,0x00,0x00},/*"1",1*/ {0x00,0x00,0x00,0x4C,0x54,0x6C,0x00,0x00},/*"2",2*/ {0x00,0x00,0x00,0x74,0x4C,0x6C,0x00,0x00},/*"3",3*/ {0x00,0x00,0x00,0x7C,0x28,0x10,0x00,0x00},/*"4",4*/ {0x00,0x00,0x00,0x74,0x54,0x7C,0x00,0x00},/*"5",5*/ {0x00,0x00,0x70,0x54,0x54,0x38,0x00,0x00},/*"6",6*/ {0x00,0x00,0x04,0x7C,0x04,0x00,0x00,0x00},/*"7",7*/ {0x00,0x00,0x00,0x6C,0x54,0x6C,0x00,0x00},/*"8",8*/ {0x00,0x00,0x00,0x3C,0x54,0x1C,0x00,0x00},/*"9",9*/ {0x00,0x00,0x00,0x38,0x44,0x38,0x00,0x00},/*"0",10*/ {0x00,0x00,0x40,0x78,0x58,0x68,0x00,0x00},/*"a",11*/
{0x00,0x00,0x78,0x48,0x7C,0x00,0x00,0x00},/*"b",12*/ {0x00,0x00,0x00,0x48,0x48,0x70,0x00,0x00},/*"c",13*/ {0x00,0x00,0x00,0x7C,0x48,0x78,0x00,0x00},/*"d",14*/ {0x00,0x00,0x58,0x58,0x70,0x00,0x00,0x00},/*"e",15*/ {0x00,0x00,0x00,0x4C,0x7C,0x48,0x00,0x00},/*"f",16*/ {0x00,0x08,0xD8,0xD8,0xF8,0x00,0x00,0x00},/*"g",17*/ {0x00,0x00,0x78,0x08,0x7C,0x00,0x00,0x00},/*"h",18*/ {0x00,0x00,0x40,0x7C,0x48,0x00,0x00,0x00},/*"i",19*/ {0x00,0x00,0x00,0xFC,0x88,0x00,0x00,0x00},/*"j",20*/ {0x00,0x00,0x48,0x78,0x7C,0x00,0x00,0x00},/*"k",21*/ {0x00,0x00,0x40,0x7C,0x44,0x00,0x00,0x00},/*"l",22*/ {0x00,0x00,0x00,0x78,0x78,0x78,0x00,0x00},/*"m",23*/ {0x00,0x00,0x78,0x08,0x78,0x00,0x00,0x00},/*"n",24*/ {0x00,0x00,0x30,0x48,0x48,0x30,0x00,0x00},/*"o",25*/ {0x00,0x00,0x78,0xC8,0xF8,0x00,0x00,0x00},/*"p",26*/ {0x00,0x00,0x00,0xF8,0xC8,0x78,0x00,0x00},/*"q",27*/ {0x00,0x00,0x08,0x48,0x78,0x48,0x00,0x00},/*"r",28*/ {0x00,0x00,0x68,0x68,0x58,0x00,0x00,0x00},/*"s",29*/ {0x00,0x00,0x00,0x40,0x7C,0x08,0x00,0x00},/*"t",30*/ {0x00,0x00,0x78,0x40,0x78,0x00,0x00,0x00},/*"u",31*/ {0x00,0x08,0x38,0x40,0x38,0x08,0x00,0x00},/*"v",32*/ {0x00,0x08,0x78,0x18,0x68,0x18,0x00,0x00},/*"w",33*/ {0x00,0x00,0x48,0x78,0x78,0x48,0x00,0x00},/*"x",34*/ {0x00,0x00,0x08,0x38,0xD8,0x88,0x00,0x00},/*"y",35*/ {0x00,0x00,0x48,0x78,0x68,0x00,0x00,0x00}/*"z",36*/ };
void delay(void);
int8 n;
int8 delta_p;
int8 *p;
void main(void){
int8 i;
int8 j;
p=&num_tab[0][0];
TMOD=0x01;
TH0=0xfc;
TL0=0x18;
ET0=1;
EA=1;
TR0=1;
while(1)
{
for(i=0;i<8;i++){
delay();
P0=*(p+delta_p);
P2=i|0x18;
p++;
if(p>&num_tab[0][7])
p=&num_tab[0][0]; }
}
}
void delay(void){
int16 i;
for(i=0;i<500;i++);
}
void timer0() interrupt 1 using 3 {
TF0=0;
TH0=0xfc;
TL0=0x18;
if(n<200)
{
n++;
}
else
{
n=0;
if(delta_p>240)
delta_p=0;
else
delta_p+=2;
}
}
4．系统硬件电路
4.1．芯片由AT89C52的主要特性
•与MCS-51 兼容
•寿命：>1000写/擦循环ISP FLASH ROM •32可编程I/O线
•3个16位定时器/计数器
•2个外部中断源
•可编程串行通道
•低功耗的闲置和掉电模式
•片内振荡器和时钟电路
4.2．管脚说明
VCC：供电电压。

GND：接地。

P0口：P0口为一个8位漏级开路双向I/O口，每脚可吸收8TTL门电流。

当P1口的管脚第一次写1时，被定义为高阻输入。

P0能够用于外部程序数据存储器，它可以被定义为数据/地址的第八位。

在FIASH编程时，P0 口作为原码输入口，当FIASH进行校验时，P0输出原码，此时P0外部必须被拉高。

P1口：P1口是一个内部提供上拉电阻的8位双向I/O口，P1口缓冲器能接收输出4TTL 门电流。

P1口管脚写入1后，被内部上拉为高，可用作输入，P1口被外部下拉为低电平时，将输出电流，这是由于内部上拉的缘故。

在FLASH编程和校验时，P1口作为第八位地址接收。

P2口：P2口为一个内部上拉电阻的8位双向I/O口，P2口缓冲器可接收，输出4个TTL 门电流，当P2口被写“1”时，其管脚被内部上拉电阻拉高，且作为输入。

并因此作为输入时，P2口的管脚被外部拉低，将输出电流。

这是由于内部上拉的缘故。

P2口当用于外部程序存储器或16位地址外部数据存储器进行存取时，P2口输出地址的高八位。

在给出地址“1”时，它利用内部上拉优势，当对外部八位地址数据存储器进行读写时，P2口输出其特殊功能寄存器的内容。

P2口在FLASH编程和校验时接收高八位地址信号和控制信号。

P3口：P3口管脚是8个带内部上拉电阻的双向I/O口，可接收输出4个TTL门电流。

当P3口写入“1”后，它们被内部上拉为高电平，并用作输入。

作为输入，由于外部下拉为低电平，P3口将输出电流（ILL）这是由于上拉的缘故。

P3口也可作为AT89C51的一些特殊功能口，如下表所示：
口管脚备选功能
P3.0 RXD（串行输入口） P3.1 TXD（串行输出口）
P3.2 /INT0（外部中断0） P3.3 /INT1（外部中断1）
P3.4 T0（记时器0外部输入） P3.5 T1（记时器1外部输入）
P3.6 /WR（外部数据存储器写选通） P3.7 /RD（外部数据存储器读选通）
P3口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。

RST：复位输入。

当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。

ALE/PROG：当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。

在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。

在平时，ALE端以不变的频率周期输出正脉冲信号，此频率为振荡器频率的1/6。

因此它可用作对外部输出的脉冲或用于定时目的。

然而要注意的是：每当用作外部数据存储器时，将跳过一个ALE脉冲。

如想禁止ALE的输出可在SFR8EH地址上置0。

此时， ALE只有在执行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。

另外，该引脚被略微拉高。

如果微处理器在外部执行状态ALE禁止，置位无效。

/PSEN：外部程序存储器的选通信号。

在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次/PSEN有效。

但在访问外部数据存储器时，这两次有效的/PSEN信号将不出现。

/EA/VPP：当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH），不管是否有内部程序存储器。

注意加密方式1时，/EA将内部锁定为RESET；当/EA端保持高电平时，此间内部程序存储器。

在FLASH编程期间，此引脚也用于施加12V编程电源（VPP）。

XTAL1：反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。

XTAL2：来自反向振荡器的输出。

5．总结与体会
本系统是以单片机AT89C52芯片为核心部件，完成8X8LED点阵流水灯设计在8X8LED 点阵显示上移流水灯功能。

我上网找资料，上图书馆，尽可能的了解有关于单片机的基本原理，8X8LED点阵显示技术和动态显示等这方面的知识。

使我在单片机的基本原理、单片机应用系统开发过程，以及在常用编程设计思路技巧的掌握方面都能有了更进一步的提高。

在本次设计的过程中，我发现很多的问题，虽然以前还做过这样的设计但这次设计真的让我长进了很多，也从中学会了很多。

经过将近二周的单片机课程设计，终于完成了我的单片机I/O口扩展的设计，基本上达到实验的目的。

希望这次的经验可以对以后的学习带来更好的帮助。

6．参考文献
[1]李朝青.单片机原理及接口技术（第3版）.北京航天航空大学出版社，2005年10月.
[2]求是科技.单片机典型外围器件及应用实例.北京：人民邮电出版社，2006年2月
[3]辛友顺.单片机应用系统设计与实现.2005年3月
[4]戴胜华.单片机原理与应用. 2005年4月。