基于8155的8LED显示串口通信机设计

实验题目：基于8155的8LED显示串口通信机设计 学专学姓

院： 通信与信息工程 业： 号： 名：

指导老师：

第一部分 实验目的及要求

1. 实验目的

本课程设计是在理论课程的基础上，重点培养学生的动手能力，通过理论计算、实际编程、调试、测试、分析查找故障，解决在实际设计中的问题，使设计好的电路能正常工作，为下一部结合实际的硬件系统设计准备条件。

2. 实验基本要求：

1 2 3

设计一串口通信程序，波特率9600，通过RS232串口自环。 自动循环发送数据串（设计在程序中），接收并存储和显示该数据串。 数据串单次发送由按键启动，接收端显示数据串和数据串数、正确接收数和错误数。

数据串选择发送（预存10种数据串），通过按键选择发送，接收、存储并按序显示。

根据提供的参考工程，在proteus平台自己重新画出实验所需要的电气原理图，并在此基础上编写相对应的程序，实现其功能，学习proteus软件的使用，其中包括原理图器件的选取、原理图的电气连接、程序的编写编译以及运行，并能查出其错误等。

第二部分 实验工具及实验器件

1.Proteus 7.5以及Keil 4软件的使用

Proteus软件是英国Labcenter electronics公司出版的EDA工具软件。它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。虽然目前国内推广刚起步，但已受到单片机爱好者、从事单片机教学的教师、致力于单片机开发应用的科技工作者的青睐。Proteus是世界上著名的EDA工具(仿真软件)，从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。是目前世界上唯一将电路仿真软件、PCB设计软件和虚拟模型仿真软件三合一的设计平台，其处理器模型支持8051、HC11、PIC10/12/16/18/24/30/DsPIC33、AVR、ARM、8086和MSP430等，2010年即将增加Cortex和DSP系列处理器，并持续增加其他系列处理器模型。在编译方面，它也支持IAR、Keil和MPLAB等多种编译器。

在PROTEUS绘制好原理图后，调入已编译好的目标代码文件：*.HEX，可以在PROTEUS的原理图中看到模拟的实物运行状态和过程。而*.HEX文件则由Keil软件编译后生成。

Keil软件是目前最流行开发MCS-51系列单片机的软件，这从近年来各仿真机厂商纷纷宣布全面支持Keil即可看出。Keil提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境（uVision）将这些部分组合在一起。运行Keil软件需要Pentium或以上的CPU，16MB或更多RAM、20M以上空闲的硬盘空间、WIN98、NT、WIN2000、WINXP等操作系统。掌握这一软件的使用对于使用51系列单片机的爱好者来说是十分必要的，如果你使用C语言编程，那么Keil几乎就是你的不二之选（目前在国内你只能买到该软件，而你买的仿真机也很可能只支持该软件），即使不使用C语言而仅用汇编语言编程，其方便易用的集成环境、强大的软件仿真调试工具也会令你事半功倍。

有了proteus和keil软件我们就需要在这两个软件中建立我们所需要的工程进行实验，具体步骤如下：

第一步：在Keil4中建立一个新的工程，命名为“软件实验”，如图2-1。

1

图2-1

第二步：选择使用的单片机芯片，我们选择ATMEL公司生产的89C51，如图2-2。

图2-2

第三步：将新创建的.c文件添加到Target 1中，如图2-3。

2

图2-3

这样我们就可以在keil4的环境下对单片机的程序进行编译和运行了。

2.51单片机AT89C51

51单片机是对目前所有兼容Intel 8031指令系统的单片机的统称。该系列单片机的始祖是Intel的8031单片机,后来随着Flash rom技术的发展，8031单片机取得了长足的进展，成为目前应用最广泛的8位单片机之一，其代表型号是ATMEL公司的AT89系列，它广泛应用于工业测控系统之中。目前很多公司都有51系列的兼容机型推出，在目前乃至今后很长的一段时间内将占有大量市场。51单片机是基础入门的一个单片机，还是应用最广泛的一种。需要注意的是52系列的单片机一般不具备自编程能力。

当前常用的51系列单片机主要产品有：

*Intel的：80C31、80C51、87C51，80C32、80C52、87C52等； *ATMEL的：89C51、89C52、89C2051等；

89C51单片机的内部结构为： 单一+5V电源供电；

3

CPU：由运算和控制逻辑组成，同时还包括中断系统和部分外部特殊功能寄存器； RAM：用以存放可以读写的数据，如运算的中间结果、最终结果以及欲显示的数据； ROM：用以存放程序、一些原始数据和表格；

I/O口：四个8位并行I/O口，既可用作输入，也可用作输出；

T/C：两个定时/记数器，既可以工作在定时模式，也可以工作在记数模式； 五个中断源的中断控制系统；

一对全双工UART（通用异步接收发送器）的串行I/O口，用于实现单片机之间或

单片机与微机之间的串行通信；

片内振荡器和时钟产生电路，石英晶体和微调电容需要外接。最高振荡频率为12M。

3. RS-232电平转换芯片MAX232

第一部分是电荷泵电路。由1、2、3、4、5、6脚和4只电容构成。功能是产生+12v和-12v两个电源，提供给RS-232串口电平的需要。

第二部分是数据转换通道。由7、8、9、10、11、12、13、14脚构成两个数据通道。 其中13脚（R1IN）、12脚（R1OUT）、11脚（T1IN）、14脚（T1OUT）为第一数据通道。

8脚（R2IN）、9脚（R2OUT）、10脚（T2IN）、7脚（T2OUT）为第二数据通道。 TTL/CMOS数据从T1IN、T2IN输入转换成RS-232数据从T1OUT、T2OUT送到电脑DB9插头；DB9插头的RS-232数据从R1IN、R2IN输入转换成TTL/CMOS数据后从R1OUT、R2OUT输出。

第三部分是供电。15脚GND、16脚VCC（+5v）。 完成连接之后的电路图如图2-4所示。

4

图2-4

11和12口分别连接51单片机的RxD（P3.0）、TxD（P3.1）。

4. 三态输出的8D透明锁存器74HC373

74HC373 的输出端 Q0~Q7可直接与总线相连。

当三态允许控制端 OE 为低电平时，Q0~Q7为正常逻辑状态，可用来驱动负载或总线。当OE为高电平时，Q0~Q7呈高阻态，即不驱动总线，也不为总线的负载，但锁存器内部的逻辑操作不受影响。

当锁存允许端 LE 为高电平时，Q随数据D而变。当 LE为低电平时，Q被锁存在已建立的数据电平。

5. 二线制I2C CMOS串行EEPROM 24C08

5

6.8155引脚以及功能。

8155是一个有40引脚的塑封芯片，功能较强，广泛的应用在计算机电路中。它有两个8位口A、B和一个6位口C，总共可以扩展出22条接线。它含一个可预置的计数器，计数范围从2到16383，可用于延时、计数或分频。它内部还有256字节的RAM，可以补充CPU内存的不足。为了能够设置芯片的工作方式和了解芯片的状态，内部还有命令寄存器和状态寄存器。

8155各引脚功能说明如下：

RST：复位信号输入端，高电平有效。复位后，3个I/O口均为输入方式。

AD0～AD7：三态的地址/数据总线。与单片机的低8位地址/数据总线（P0口）相连。单片机与8155之间的地址、数据、命令与状态信息都是通过这个总线口传送的。

：读选通信号，控制对8155的读操作，低电平有效。

：写选通信号，控制对8155的写操作，低电平有效。 ：片选信号线，低电平有效。

IO/ ：8155的RAM存储器或I/O口选择线。当IO/ ＝0时，则选择8155的片内RAM，AD0～AD7上地址为8155中RAM单元的地址（00H～FFH）；当IO/ ＝1时，选择 8155的I/O口，AD0～AD7上的地址为8155 I/O口的地址。

6

ALE：地址锁存信号。8155内部设有地址锁存器，在ALE的下降沿将单片机P0口输出的低8位地址信息及 ，IO/ 的状态都锁存到8155内部锁存器。因此，P0口输出的低8位地址信号不需外接锁存器。

PA0～PA7：8位通用I/O口，其输入、输出的流向可由程序控制。

PB0～PB7：8位通用I/O口，功能同A口。

PC0～PC5：有两个作用，既可作为通用的I/O口，也可作为PA口和PB口的控制信号线，这些可通过程序控制。

TIMER IN：定时/计数器脉冲输入端。

TIMER OUT：定时/计数器输出端。 VCC：＋5V电源。

2、8155的地址编码及工作方式

在单片机应用系统中，8155是按外部数据存储器统一编址的，为16位地址，其高8位由片选线 提供， ＝0，选中该片。

当 ＝0，IO/ ＝0时，选中8155片内RAM，这时8155只能作片外RAM使用，其RAM的低8位编址为00H～FFH；当 ＝0，IO/ ＝1时，选中8155的I/O口，其端口地址的低8位由AD7～AD0确定，如表6-6所示。这时，A、B、C口的口地址低8位分别为01H、02H、03H（设地址无关位为0）。

表6-6 8155芯片的I/O口地址

AD7～AD0 A7 × × × × × × A6 × × × × × × A5 × × × × × × A4 × × × × × × A3 × × × × × × A2 0 0 0 0 1 1 A1 0 0 1 1 0 0 A0 0 1 0 1 0 1 选择I/O口 命令/状态寄存器 A口 B口 C口 定时器低8位 定时器高6位及方式 8155的A口、B口可工作于基本I/O方式或选通I/O方式。C口可工作于基本I/O方式，也可作为A口、B口在选通工作方式时的状态控制信号线。当C口作为状态控制信号时，其每位线的作用如下：

PC0：AINTR（A口中断请求线）

PC1：ABF（A口缓冲器满信号） PC2： （A口选通信号）

PC3：BINTR（B口中断请求线） PC4：BBF（B口缓冲器满信号） PC5： （B口选通信号）

8155的I/O工作方式选择是通过对8155内部命令寄存器设定控制字实现的。命令寄存器只能写入，不能读出，命令寄存器的格式如图6-16所示。

在ALT1～ALT4的不同方式下，A口、B口及C口的各位工作方式如下： ALT1：A口，B口为基本输入/输出，C口为输入方式。 ALT2：A口，B口为基本输入/输出，C口为输出方式。

7

ALT3：A口为选通输入/输出，B口为基本输入/输出。PC0为AINTR，PC1为ABF，PC2为 ，PC3～PC5为输出。

ALT4：A口、B口为选通输入/输出。PC0为AINTR，PC1为ABF，PC2为 ，PC3为BINTR，PC4为BBF，PC5为 。

7.LED液晶显示器件7seg-mpx8-ca

7SEG-MPX8-CA

八个共阳二极管显示器

12345678

是阳公共端

图三LED液晶显示器件7seg-mpx8-ca

数码管要正常显示，就要用驱动电路来驱动数码管的各个段码，从而显示出我们要的数字，因此根据数码管的驱动方式的不同，可以分为静态式和动态式两类。

（1） 静态显示驱动：静态驱动也称直流驱动。静态驱动是指每个数码管的每一个段码都有个单片机的I/O端口进行驱动，或者使用如BCD码二-十进制译码器译码进行驱动。静态驱动的优点是编程简单，显示亮度高，缺点是占用I/O端口多，如驱动5个数码管静态显示则需要5*8=40跟I/O端口来驱动，要知道一个89S51单片机可用的I/O端口才32个，实际应用时需要增加译码驱动进行驱动，增加了硬件电路的复杂性。

（2） 动态显示驱动：数码管动态显示接口是单片机中应用最为广泛的一种显示方式之一，动态驱动是将所有数码管的八个显示比划“a,b,c,d,e,f,g,h”的同名端连在一起，另外为每个数码管的公共极COM增加位选通控制电路，位选通由各自独立I/O线控制，当单片机输出字形码时，所有数码管都接受到相同的字形码，但究竟是哪个数码管会显示出字形，取决于单片机对位选通COM端电路的控制，所以我们只要将需要显示的数码管的选通恐慌只打开，该位就显示出字形，没有选通的数码管就不会亮。通过分时轮流控制各个数码管的COM端，就使各个数码管轮流受控显示，这就是动态驱动，在轮流显示过程中，每位数码管的点亮时间为1—2ms，由于人的视觉暂留现象及发光二极管的余辉效应，尽管实际上各位数码管并非同时点亮，但只要扫描的速度足够快，给人的印象就使一组稳定的显示数据，不会有闪烁感，动态显示的效果和静态显示是一样的，能够节省大量的I/O端口，而且功耗更低。

第三部分 实验原理图及程序代码

1. 硬件部分电路设计 电路图如图：

8

2. 软件部分设计

这部分的程序如下：

#include #include #include

#include

#define uchar unsigned char

#define uint unsigned int

#define pa XBYTE[0x0001] //定义8155口地址 #define pb XBYTE[0x0002]

#define control8155 XBYTE[0x0000] sbit SCK=P1^0; sbit SDA=P1^1;

sbit E=P3^7; sbit SEND=P3^1; sbit REV=P3^0; sbit K1=P3^2;

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sbit K2=P3^3;

sbit K3=P2^3;

uchar

table[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f} ;//0123456789存码表

uchar pos[8]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f}; //位选，选中数码管

data unsigned char str1[16]={\"Starting....\

data unsigned char str2[16]={\"Recieved:\data unsigned char send[16]={\"test number\uchar temp; int i;

void delay(unsigned int t) {

unsigned int i,j; for(i=0;ivoid delayXus(uchar x) //微秒延时 {

while(--x); }

void delayXms(uchar x) //毫秒延时 {

uchar i; while(x--) {

for(i=250;i>0;i--) { ; } }

}

void start () {

SDA=1; delay(3);

10

SCK=1; delay(3); SDA=0; delay(3); SCK=0; delay(3); }

void stop () { SDA=0; delay(3); SCK=1; delay(3); SDA=1; delay(3); }

void U4_init() {

SCK=1; delay(3); SDA=1; delay(3); }

void responds() {

uchar i; i=0; SCK=1; SDA=1; delay(3);

while(SDA==1&&i<250) i++; SCK=0; delay(3); }

void write_dat (uchar dat) //{

uchar i,temp; temp=dat; for(i=0;i<8;i++) {

temp=temp<<1;

写一个字节11

SDA=CY; delay(3); SCK=1; delay(50); SCK=0; } }

void write(uchar add,uchar dat) // 写一个字节dat到地址add {

start();

write_dat(0xa0); responds(); write_dat(add); responds();

write_dat(dat); responds(); stop();

}

uchar read_dat () //读一个字节 {

uchar a,r,temp; SDA=1;

//接收前记得释放数据线，即拉高sda。 delay(3);

for(a=0;a<8;a++) //循环八次以此接收一字节数据 { SCK=1;

//sck置高，使接收数据稳定。

delay(3);

r=r<<1; //接收数据处理，存入i2c_r变量中。 temp=SDA; r=r|temp; SCK=0;

//sck置低，准备接受下个数据位。

delay(3);

}

return r; }

uchar read (uchar add) //从地址add中读取一个字节 {

uchar dat; start();

write_dat(0xa0);

12

responds(); write_dat(add); responds(); start();

write_dat(0xa1); responds();

dat=read_dat(); delayXus(2); stop(); return dat; }

void writedata()

{uchar i;

uchar str[8]={0xf9,0xa4,0xb0,0xc0,0xf9,0xa4,0xb0,0xc0}; for(i=0;i<8;i++) {

write(i,str[i]); }

str[0]=0xa4;str[1]=0xb0;str[2]=0x99;str[3]=0xf9;str[4]=0xa4;str[5]=0xb0;str[6]=0x99;str[7]=0xf9;

for(i=8;i<16;i++)

{

write(i,str[i-8]); }

str[0]=0x4f;str[1]=0x5b;str[2]=0x4f;str[3]=0x66;str[4]=0x66;str[5]=0x4f;str[6]=0x5b;str[7]=0x06;

for(i=16;i<24;i++)

{

write(i,str[i-16]); }

str[0]=0x99;str[1]=0x92;str[2]=0x82;str[3]=0xb0;str[4]=0x99;str[5]=0x92;str[6]=0x82;str[7]=0xb0;

for(i=24;i<32;i++) {

write(i,str[i-24]); }

str[0]=0x92;str[1]=0x82;str[2]=0xf8;str[3]=0x99;str[4]=0x92;str[5]=0x82;str[6]=0xf8;str[7]=0x99;

for(i=32;i<40;i++)

{

write(i,str[i-32]);

}

str[0]=0x82;str[1]=0xf8;str[2]=0x80;str[3]=0x92;str[4]=0x82;str[5]=0xf8;str[6]=0x80;str[7]=0x92;

13

for(i=40;i<48;i++)

{

write(i,str[i-40]); }

str[0]=0xf8;str[1]=0x80;str[2]=0x90;str[3]=0x82;str[4]=0xf8;str[5]=0x80;str[6]=0x90;str[7]=0x82;

for(i=48;i<56;i++)

{

write(i,str[i-48]); }

str[0]=0x80;str[1]=0x90;str[2]=0xc0;str[3]=0xf8;str[4]=0x80;str[5]=0x90;str[6]=0xc0;str[7]=0xf8;

for(i=56;i<64;i++) {

write(i,str[i-56]); }

str[0]=0x90;str[1]=0xc0;str[2]=0x88;str[3]=0x80;str[4]=0x90;str[5]=0xc0;str[6]=0x88;str[7]=0x80;

for(i=64;i<72;i++)

{

write(i,str[i-64]);

}

str[0]=0xc0;str[1]=0x88;str[2]=0x83;str[3]=0x90;str[4]=0xc0;str[5]=0x88;str[6]=0x83;str[7]=0x90;

for(i=72;i<80;i++)

{

write(i,str[i-72]); } }

void send_char(uchar temp1) {SBUF=temp1; while(!TI); TI=0; }

void MAX232_init() {

TMOD=0x20; TH1=252; TL1=252; TR1=1;

PCON=0x80; SCON=0x50;

14

}

void main() {

int i,j,set;

char b,t;

uchar word[16],recv[8];

U4_init();

writedata(); delay(50);

set=0; while(1) {

control8155=0x03;

for(i=0;i<8;i++) {

pa=pos[i]; pb=0x88; //pb=send[i]; delay(5); } } while(1) { while(K2) {

while(!K1) { if(!K2) break; }

while(K1) { if(!K2) break; }

if(!K2) break;

15

delay(30); set++;

if(set>10) { set=0; } }

MAX232_init();

while(!K2); control8155=0x03; delay(30); switch(set) {

case 1:

for(i=0;i<8;i++) {

send[i]=read(i); }

for(i=0;i<8;i++) {

send_char(send[i]); delay(50);

if(RI==1)

{ RI=0; temp=SBUF; recv[i]=temp; } delay(100); } while(K3)

{ for(i=0;i<8;i++)

{ pa=pos[i];

pb=send[i];

delay(5); } delay(5);

//show

16

}

delay(5); while(!K3); pa=0x00; pb=0xff; break; break; case 2:

for(i=8;i<16;i++) {

send[i-8]=read(i); }

for(i=0;i<8;i++) {

send_char(send[i]); delay(50);

if(RI==1)

{ RI=0; temp=SBUF; recv[i]=temp; } delay(100); } break; case 3:

for(i=16;i<24;i++) {

send[i-16]=read(i); }

for(i=0;i<8;i++) { send_char(send[i]); delay(50); if(RI==1)

{ RI=0;

temp=SBUF; recv[i]=temp; }

17

delay(100); } break;

case 4:

for(i=24;i<32;i++) {

send[i-24]=read(i); }

for(i=0;i<8;i++) { send_char(send[i]); delay(50); if(RI==1)

{ RI=0;

temp=SBUF; recv[i]=temp; } delay(100); }

break; case 5:

for(i=32;i<40;i++) {

send[i-32]=read(i); }

for(i=0;i<8;i++) {

send_char(send[i]); delay(50);

if(RI==1)

{ RI=0; temp=SBUF; recv[i]=temp; } delay(100);

18

} break;

case 6:

for(i=40;i<48;i++) {

send[i-40]=read(i); }

for(i=0;i<8;i++) { send_char(send[i]); delay(50);

if(RI==1)

{ RI=0; temp=SBUF; recv[i]=temp; } delay(100); } break;

case 7:

for(i=48;i<56;i++) {

send[i-48]=read(i); }

for(i=0;i<8;i++) { send_char(send[i]); delay(50); if(RI==1)

{ RI=0;

temp=SBUF; recv[i]=temp; } delay(100); }

break;

19

case 8:

for(i=56;i<64;i++) {

send[i-56]=read(i); }

for(i=0;i<8;i++) { send_char(send[i]); delay(50);

if(RI==1)

{ RI=0;

temp=SBUF; recv[i]=temp; } delay(100); }

break;

case 9:

for(i=64;i<72;i++) {

send[i-64]=read(i); }

for(i=0;i<16;i++) {

send_char(send[i]); delay(50);

if(RI==1)

{ RI=0; temp=SBUF; recv[i]=temp; } delay(100); } break;

case 10:

for(i=72;i<80;i++) {

send[i-72]=read(i); }

for(i=0;i<8;i++)

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{

send_char(send[i]); delay(50); if(RI==1)

{ RI=0; temp=SBUF; recv[i]=temp; } delay(100); } break; }

delay(2000); } }

第四部分 实验测试结果

程序启动后，先执行写入数据，我们可以看到存入24c08中的10组数据。

K2按键是用于发出传送数据的指令，随后自动接收并显示在屏幕上，系统初始时，我设置了一个特殊的状态，通过选择键K1来控制输出的字符串，这个选择键可以按下多次，执行：跳过/循环的功能，K3键是擦除屏幕，其中，在选择字符串时，特地在屏幕中显示序号。 具体过程由以下图片详解。

初始化时，屏幕会显示这样的样子。

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当选择按键按下三次后，屏幕显示第三个字符串的序号3

这是第三个字符串。

屏幕清除后，为空。

第五部分 实验小结和体会

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