【文章內容簡介】 CS51 單片機系統中，常采用 74LS373 作為地址鎖存器使用，其連接方法如上圖所示。其中輸 入端 1D~8D 接至單片機的 P0口，輸出端提供的是低 8 位地址， G端接至單片機的地址鎖存允許信號 ALE。輸出允許端 OE接地，表示輸出三態(tài)門一直打開。 16 16 LED 點陣顯示 屏幕 顯示部分包括了一塊至少可以顯示一個漢字的顯示屏，以及驅動該顯示屏的驅動電路。由于單片機的 I/O 口有限要不能直接用 I/O 口來驅動 LED 顯示屏，所以需要對單片機 IO 口進行擴展增加單片機并行輸出的能力。 LED 顯示屏是由一個一個的發(fā)光二極管點陣構成的，要構成大屏幕的 LED 顯示屏就需要多個發(fā)光二極管。構成 LED 屏幕的方法有兩 種，一是由單個的發(fā)光二極管逐點連接起來，如圖 35 所示；二是選用一些由單個發(fā)光二極管構成的 LED 點陣子模塊構成大的 LED 點陣模塊。目前市場上普遍采用的點陣模塊有 8 1616 幾種；這兩種屏幕構成方法各有有缺點，單個發(fā)光二極管構成顯示屏優(yōu)點在于當單個的發(fā)光二極管出現問題時只需更換一個二極管即可，檢修的成本較低，缺點在于連接線路復雜；而點陣模塊構成的方法卻正好與之相反，模塊構成省約了大量的連線，不過當一個 LED 出現問題 18 時同在一個模塊的所有 LED 都必須被更換。這就加大了維修的成本。 兩種方法相比較，決定采取模塊構成的方法來制作一個 LED 點陣顯示屏。為了避免模塊的缺點，選擇點陣數較小的模塊來減小出現這一問題的風險。所以構建一個 1616的 LED 點陣屏選用四塊 88 點陣模塊。 圖 36 LED 點陣圖 一個 1616 的 LED 顯示屏行和列各有 16 支引腳，不能單靠 51 單片機的端口驅動所以必須要對單片機的端口個數進行擴展。經常采用的端口擴展方法是用串并轉換芯片進行譯碼。常用的串并轉換芯片有 74LS154（ 4 線 16 線譯碼器）、 74LS164（ 8 位串并轉換器）、 74HC595 等。 51 系列單片 機端口低電平時，吸入電流可達２０ｍＡ，具有一定的驅動能力；而為高電平時，輸出電流僅數十 μＡ甚至更?。娏鲗嶋H上是由腳的上拉電流形成的），基本上沒有驅動能力，所以單片機不能直接驅動 LED 顯示屏顯示。在單片機和顯示屏之間還需要增加以功能放大位目的的驅動電路。 8x8 的 LED 點陣為單色行共 陰 模塊，單點的工作電壓為正向（ Vf)= v ,正向電流（ IF） = 810 mA 。靜態(tài)點亮器件時（ 64 點全亮）總電流為 640mA，總電壓為 v，總功率為 。動態(tài)時取決于掃描頻率（ 1/8或 1/16秒），單點 瞬間電流可達 80160 mA。16 16點陣靜態(tài)時 16 16 10mA,動態(tài)時單點電流 80160mA。 接線方式： 當某一行線打高時，某一列線為低時，其行列交叉的點就被點亮；某一列線為高 19 時，其行列交叉的點為暗；當某一行線打低時，無論列線如何，對應這一行的點全部暗。其引腳圖如 圖 37 所示。 1 控制第五行顯示 接高 9 控制第一行顯示 接高 2 控制第七行顯示 接高 10 控制第四列顯示 接低 3 控制第二列顯示 接低 11 控制第六列顯示 接低 4 控制第三列顯示 接低 12 控制第四行顯示 接高 5 控制第八行顯示 接高 13 控制第一列顯示 接低 6 控制第五列顯示 接低 14 控制第二行顯示 接高 7 控制第六行顯示 接高 15 控制第七列顯示 接低 8 控制第三行顯示 接高 16 控制第八列顯示 接低 圖 3716x16點陣引腳圖 如圖 38 所示為 系統點陣 模塊 1 2 3 4 5 6 7 816 15 14 13 12 11 10 98 8 點陣 引腳圖0 D F 3 A 1 G H2 5 E 7 C B 6 4 20 16151161043135271128149DZ16PIN1 DZ16PIN16151161043135271128149DZ16PIN2 DZ16PIN16151161043135271128149DZ16PIN5 DZ16PIN16151161043135271128149DZ16PIN6 DZ16PINY0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7Y8Y9Y10Y11Y12Y13Y14Y15Y0Y1Y2Y3Y4Y5Y6Y7Y8Y9Y10Y11Y12Y13Y14Y15L1 L2 L3 L4 L5 L6 L7 L8 L1 L2 L3 L4 L5 L6 L7 L8M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7 M8 M1 M2 M3 M4 M5 M6 M7 M8 圖 38 系統點陣顯示模塊 51 系列單片機 單片機（ Microcontroller，又稱微 處理器）是在一塊硅片上集成了各種部件的微型機，這些部件包括中央處理器 CPU、數據存儲器 RAM、程序存儲器 ROM、定時器 /計數器和多種 I/O接口電路。 8051 單片機的基本結構見圖。 21 時 鐘 電 路R O M R A M定 時 / 計 數 器C P U并 行 接 口 串 性 接 口中 斷 系 統T 1T 0P 0P 1P 2P 3T X DR X D0INT 1IN T 8051 是 MCS51 系列單片機的一個產品。 MCS51 系列單片機是 Intel 公司推出的通用型單片機， 8051 單片機系列指的是 MCS51 系列和其他公司的 8051 衍生產品。這些衍生品是在基本型基礎上增強了各種功能的產品。這些產品給 8位單片機注入了新的活力，給它的開發(fā)應用 開拓了更廣泛的前景。 8051 系列的內部結構可以劃分為 CPU、存儲器、并行口、串行口、定時器 /計數器、中斷邏輯幾部分。 （ 1）中央處理器 8051 的中央處理器由運算器和控制邏輯構成，其中包括若干特殊功能寄存器（ SFR）。 算術邏輯單元 ALU 能對數據進行加、減、乘、除等算術運算；“與”、“或”、“異或”等邏輯運算以及位操作運算。 ALU 只能進行運算，運算的操作數可以事先存放到累加器ACC 或寄存器 TMP 中，運算結果可以送回 ACC 或通用寄存器或存儲單元中，累加器 ACC也可以寫為 A。 B寄存器在乘法指令中用來存放一個乘 數，在除法指令中用來存放除數，運算后 B 中為部分運算結果。 程序狀態(tài)字 PSW 是個 8 位寄存器，用來寄存本次運算的特征信息，用到其中七位。PSW的格式如下所示，其各位的含義是： D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0 CY AC F0 RS1 RS0 OV P CY：進位標志。有進位 /錯位時 CY=1，否則 CY=0。 AC：半進位標志。當 D3 位向 D4 位產生進位 /錯位時， AC=1，否則 AC=0，常用于十圖 39 單片機基本結構 PSW 22 進制調整運算中。 F0：用戶可設定的標志位，可置位 /復位，也可供測試。 RS RS0：四個通用寄 存器組選擇位，該兩位的四種組合狀態(tài)用來選擇 0~3 寄存器組。 OV：溢出標志。當帶符號數運算結果超出 128~+127 范圍時 OV=1，否則 OV=0。當無符號數乘法結果超過 255時，或當無符號數除法的除數為 0時 OV=1，否則 OV=0。 P：奇偶校驗標志。每條指令執(zhí)行完，若 A 中 1 的個數為奇數時 P=1，否則 P=0，即偶校驗方式。 控制邏輯主要包括定時和控制邏輯、指令寄存器 、譯碼器以及地址指針 DPTR 和程序寄存器 PC 等。 單片機是程序控制式計算機，即它的運行過程是在程序控制下逐條執(zhí)行程序指令的過程：從程序存儲器中取 出指令送指令存儲器 IR，然后指令譯碼器 ID進行譯碼，譯碼產生一系列符合定時要求的微操作信號，用以控制單片機的各部分動作。 8051 的控制器在單片機內部協調各功能部件之間的數據傳送、數據運算等操作，并對單片機發(fā)出若干控制信息。這些控制信息的使用專門的控制線，諸如 PSEN、 ALE、 EA 以及 RST，也有一些是和 P3口的某些端子合用，如 WR 和 RD 就是 和 ，他們的具體功能在介紹8051 引腳是一起敘述 。 （ 2）存儲器組織 8051 單片機的存儲器結構特點之一是將程序存儲器和數據存儲器分開，并有各自的尋址機構和 尋址方式，這種結構稱為哈佛結構單片機。這種結構與通用微機的存儲器結構不同，一般微機只有一個存儲器邏輯空間，可隨意安排 ROM或 RAM，訪存時用同一種指令，這種結構稱為普林斯頓型。 8051 單片機在物理上有四個存儲空間：片內程序存儲器和片外程序存儲器、片內數據存儲器和片外數據存儲器。 8051 片內有 256K 數據存儲器 RAM 和 4KB 的程序存儲器 ROM。除此之外，還可以在片外擴展 RAM和 ROM，并且各有 64KB 的尋址范圍。也就是最多可以在外部擴展 2 64KB存儲器。 8051 的存儲器組織結構如圖 所示。 64K 字 節(jié)的程序存儲器（ ROM）空間中，有 4K字節(jié)地址區(qū)對于片內 ROM 和片外 ROM是公用的，這 4K字節(jié)地址是 0000H~FFFH。而 1000H~FFFFH 地址區(qū)為外部 ROM 專用。 CPU的控制器專門提供一個控制信號 EA用來區(qū)分內部 ROM 和外部 ROM 的公用地址區(qū)：當 EA接高電平時，單片機從片內 ROM 的 4K 字節(jié)存儲器區(qū)取指令，而當指令地址超過 0FFFH后，就自動的轉向片外 ROM取指令。當 EA 接低電平時， CPU 只從片外 ROM 取指令。 程序存儲器的某些單元是保留給系統使用的： 0000H~0002H 單元是所有執(zhí)行程序的入口地址 ，復位以后， CPU 總是叢 0000H 單元開始執(zhí)行程序。 0003H~002AH 單元均勻地 23 分為五段，用做五個中斷服務程序的入口。用戶程序不應進入上述區(qū)域。 8051 的 RAM 雖然字節(jié)數不很多，但卻起著十分重要的作用。 256 個字節(jié)被分為兩個區(qū)域： 00H7FH 時真正的 RAM 區(qū)，可以讀寫各種數據。而 80H~FFH 是專門用于特殊功能寄存器（ SFR）的區(qū)域。對于 8051 安排了 21 個特殊功能寄存器，每個寄存器為 8 位，所以實際上 128 個字節(jié)并沒有全部利用。 內部 RAM 的 各個單元，都可以通過直接地址來尋找，對于工作寄存器，則一般都直接用 R0~R7，對特殊功能寄存器，也是直接使用其名字較為方便。 8051 內部特殊功能寄存器都是可以位尋址的，并可用“寄存器名 .位”來表示，如 ， 等 鎖存器 74L373 由于 74LS164 芯片不具有鎖存功能，所以在 74LS164 進行八位數據的串并轉換時，串行數據的第一位會從 QA 依次移位到 QH,第二位數據會從 QA 依次移位到 QG，依次類推在八位數據轉換完成之前 74LS164 芯片的輸出會出現一段時間的亂序輸出，這一結果會通過驅動 電路表現在顯示屏上。結果就是顯示屏無序導通閃爍，不能顯示所需內容。因此在串并轉換完成前就需要 74LS164 的輸出口不與驅動電路導通。所以選擇鎖存器74LS373 來完成這一功能。 74LS373 為八 D 鎖存器 (3S,鎖存允許輸入有回環(huán)特性 )。 373 為三態(tài)輸出的八 D 透明鎖存器 ,共有 54/74S373 和 54/74LS373 兩種線路結構形式當三態(tài)允許控制端 OE 為低電平時， O0~O7 為正常邏輯狀態(tài)，可用來驅動負載或總線。當 OE 為高電平時， O0~O7呈高阻態(tài)，即不驅動總線，也不為總線的負載，但鎖存器內部的邏輯操作不受影響 。當鎖存允許端 LE 為高電平時， O 隨數據 D 而變。當 LE 為低電平時， O 被鎖存在已建立的數據電平。 圖 310 存儲器組織結構圖 24 表 34 74LS373 工作參數表 參數 最小值 額定值 最大值 單位 電源電壓 5 V 輸入高電平電壓 2 — — V 輸入低電平電壓 — — V 輸出高電平電壓 — — － mA 輸出低電平電壓 — — 24 mA 由表與表比較可以看出， 74LS164 的輸出條件與 74LS373 的輸入條件相匹配，理論上可以實現鎖存器對譯碼器的數據鎖存。