凌阳单片机在微机原理实验箱系统中的应用

张淑玲

(集美大学 诚毅学院，厦门 361021)

随着电子技术的迅速发展，单片机在经济社会中发挥了极为重要的作用，作为新世纪的电子技术人才，单片机的学习与应用已经变成了最基本的要求。而高校的实验室普遍存在的问题是，设备的更新换代速度经常滞后于实际的学生学习需要，这里面有多方面的客观原因(如经费不足)，而需要的设备总类又名目繁多，另外，实验室的建设空间有限，无法满足不断添加仪器设备的要求。此时，如果能够在原来实验设备的基础上进行一些设计和改动，重复利用原来的实验设备，在此基础上让学生进行新类型的学习与实践，以不变应万变，不但提高了设备利用率，更重要的是为学生提供了更为宽阔的实践空间。单片机的种类很多，而学生的需求又都不一样，如何解决实验室实际困难和学生需求之间的矛盾呢?笔者的主要思路是通过专用的单片机来控制实验箱系统，只要拥有单片机的最小控制系统，其他设备就可以利用微机实验箱上现有的设备进行学习，这样只需要单片机的最低应用开发板就可以进行学习设计和验证。而且学生对实验箱系统又非常了解和熟悉，上手也很容易，为实验箱系统的重复利用提供了可行性，进而推广到实现各种不同类型的单片机，做到学生需要什么，我们就提供什么，并且实现起来简单、容易又很经济。本文的设计以凌阳单片机SPCE061A作为主控制单片机来控制该实验箱系统。

1 凌阳单片机及精简开发板61板

本设计采用凌阳单片机精简开发板61板作为控制微机原理接口实验箱系统的CPU。61板将SPCE061A的32个 I/O口(I/OA0～I/OA15，I/OB0～I/OB15)全部引出，而且该I/O口是可编程的，即可以设置为输入或输出。61板的结构如图1所示。

图1 61板的结构

2 微机原理接口实验箱系统

该微机实验系统由1块USB总线接口模块、1个扩展实验台及软件集成实验环境组成。USB总线接口模块通过USB总线电缆与PC机相连，模块与实验台之间由1条50芯扁平电缆连接。微机原理接口实验箱系统的结构如图2所示，在本设计中，主要应用到的部分有:50芯接口定义、I/O地址译码电路、LED显示电路、8255交通灯控制电路。下面就这几个模块作简要说明。微机原理接口实验箱系统结构如图2所示。

图2 微机原理接口实验箱系统

2.1 50芯总线信号插座及总线信号插孔

50芯总线信号插座在微机原理接口实验箱的左上方，总线插座信号安排如表1。各总线信号采用“自锁紧”插孔在标有“总线”的区域引出，有数据线D0-D7、地址线 A19-A0、I/O读写信号 I/OR I/OW、存储器读写信号 MEMR MEMW、中断请求IRQ、DMA申请DRQ、DMA回答DACK、AEN等。

表1 50芯总线信号定义

2.2 微机接口I/O地址译码电路

实验台上I/O地址选用280H－2BFH共64个，分8组输出:Y0～Y7，其地址分别为 280H-287H;288H-28FH;290H-297H;298H-29FH;2A0H-2A7H;2A8H-2AFH;2B0H-2B7H;2B8H-2BFH，8 根输出线在实验台“I/O地址”处分别由自锁紧插孔引出，如图3所示。

图3 I/O地址译码电路

2.3 LED 显示电路

如图4所示，实验台上设有8个发光二极管及相关驱动电路(输入端L7～L0)，当输入信号为“1”时发光，为“0”时灭。

图4 LED显示电路

2.4 8255 控制电路

8255片选信号选用实验台上I/O地址288H，设置C口输出，C口分别接 L7(红)、L6(黄)、L5(绿);L2(红)、L1(黄)、L0(绿)，8255 的数据口D0～D7接至数据总线D0～D7，读写信号分别接至总线接口的读写信号进行控制。8255交通灯控制电路如图5所示。

图5 8255交通灯控制电路

3 主控制板的设计

微机原理接口实验箱系统应用的是总线控制，和单片机有所区别，单片机只能通过I/O口来控制，所以最关键的部分是如何替代微机原理接口实验箱系统中通过USB接口盒的转换并通过计算机来进行模拟控制。本文主要设计了一个作为微机原理接口实验箱系统与凌阳单片机的主控制板，实现用普通的单片机I/O口来控制微机原理接口实验箱系统里面的数据总线和地址总线，进而来控制微机原理接口实验箱的各个模块和部件。I/O控制数据总线和地址总线分配表如表2、表3所示。主控制板电路如图6所示。

表2 IOA口分配表

表3 IOB口分配表

图6 主控制板电路

主控制板说明如表4所示。

主控制板设计原理:I/OA0、I/OA1、I/OA2这3个I/O口控制74LS164(U1)的3个控制信号，I/OA2作为信号输入端，设置写数据D0～D7;I/OA1为时钟脉冲，跳变8次送入1组D0～D7的数据总线数据，I/OA0作为清零信号，74LS244(U2)作为U1的驱动器来驱动地址总线D0～D7;I/OA3控制数据总线读写操作，I/OA3为0时，凌阳单片机I/O口数据写入数据总线，I/OA3为1时，从数据总线读回到凌阳单片机的I/O口;I/OA4、I/OA5、I/OA6这3个I/O口控制74LS165(U4)的3个控制信号，I/OA4控制串行数据输入端，I/OA5控制串行数据输入端，I/OA6为时钟输入端(上升沿有效)，I/OA6每跳变1次，输出端读1个数据进入凌阳单片机的I/OB口进行数据判断，进而进行下一步控制操作;I/OA7、I/OA8、I/OA9这3个 I/O口控制74LS164(U5)的3个控制信号，I/OA9作为信号输入端，设置选通A0～A7，I/OA8为时钟脉冲，跳变8次送入1组A0～A7的地址总线数据，I/OA7作为清零信号，74LS244(U7)作为U5的驱动器来驱动地址总线A0～A7;其余I/O口的控制信号设置如表1和表2所示。

表4 主控制板电路图说明

至此，主控制板设计完成，下面用凌阳单片机通过主控制板来实现8255交通灯的控制，进而实现凌阳单片机在微机实验箱上实现凌阳单片机实验的学习和应用。

4 用单片机控制实验箱实现8255交通灯控制

通过并行接口8255实现十字路口交通灯的模拟控制，如图7，L7、L6、L5作为南北路口的交通灯与 PC7、PC6、PC5 相连，L2、L1、L0 作为东西路口的交通灯与PC2、PC1、PC0相连。编程使6个灯按交通灯变化规律亮灭。实验箱上接线如图7所示，程序流程如图8所示。

主程序说明:如图3所示实验台上I/O地址选用288H－28FH，接至8255的CS片选信号，由此可知288H作为8255端口A的地址，289H作为8255端口B的地址，28AH作为8255端口C的地址，28BH作为8255控制寄存器的地址。8255初始化，先选通地址28BH控制字寄存器，其中A15-A12直接设置为0000，A11-A8设置为0010，A7-A0则通过74LS164设置为10001011，这样通过地址总线选通I/O口28BH作为8255的CS选通地址，送控制字90H(设置8255C口输出);选通28AH(选通方式如同控制字选通方式)，选中8255的C口，将相应的灯送入C口，调延时子程序;依次按流程图顺序执行，最后设置程序循环，则成功完成对十字路口交通灯的控制。

5 结束语

微机原理接口实验箱系统主要应用总线来控制，并外加一些控制信号，而单片机I/O口又比较有限，在做综合实验的时候，希望能够有更多的I/O口来控制。本设计应用了串转并(74LS164)方式来控制地址总线和数据总线的写方向，而数据总线的读方向应用了并转串(74LS165)方式，有效地节省了I/O口的使用，为更综合的设计应用提供保障。

该设计应用了凌阳单片机，设计主控制板实现对微机接口实验箱系统的控制。从低碳节约设备的角度出发，很好地实现了在微机实验系统中学习和应用单片机，进而进行推广，可以取用其他各种类型的单片机，只要设计一个主控制板以及该单片机的最小系统就可以在微机接口实验系统中得到学习和应用，而且学生对本校的微机接口实验系统的结构和内部构造非常了解，上手很容易，能够提高他们的积极性和创造性，很大程度上满足了学生各种不同类型的需求。

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