AT89C51單片機(jī)高速串行輸出口設(shè)計(jì)

AT89C51（與MCS-51兼容）單片機(jī)的串行口在方式0工作狀態(tài)下，使用移位寄存器芯片可以擴(kuò)展多個(gè)8位并行I/O口。在LED點(diǎn)陣顯示屏應(yīng)用系統(tǒng)中，一般都采用數(shù)據(jù)同步移位輸出方式，并使用移位寄存器芯片（如74LS595）擴(kuò)展并行I/O口驅(qū)動(dòng)LED點(diǎn)陣顯示。LED 點(diǎn)陣顯示采用掃描方式，為不產(chǎn)生閃爍感，每秒需要傳送50屏點(diǎn)陣顯示數(shù)據(jù)，因此有大量的數(shù)據(jù)要通過(guò)同步移位的方式送到顯示驅(qū)動(dòng)電路部分，這就要求單片機(jī)能夠快速地輸出數(shù)據(jù)。AT89C51單片機(jī)的串行口在方式0工作狀態(tài)下，數(shù)據(jù)以fosc/12的波特率輸出，1個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)寫(xiě)入SBUF后，需檢查中斷標(biāo)志位 TI是否為“1”并清“0”TI或延時(shí)幾個(gè)機(jī)器周期后才能繼續(xù)寫(xiě)入了一個(gè)數(shù)據(jù)，輸出速度慢。在LED點(diǎn)陣顯示屏應(yīng)用系統(tǒng)中，系統(tǒng)與PC機(jī)之間的通訊需要使用單片機(jī)的串行口，顯示數(shù)據(jù)的同步移位輸出口只有另外擴(kuò)展。本文介紹的高速串行同步移位輸出口（以下簡(jiǎn)稱擴(kuò)展串行口）電路，采用模塊化設(shè)計(jì)，給出基于 TTL和PLD兩種電路的實(shí)現(xiàn)方案，波特率提高到fosc，數(shù)據(jù)輸出不需要等待或延時(shí)。

一、擴(kuò)展串行口與單片機(jī)的連接

擴(kuò)展串行口電路框圖如圖1所示。與并行存儲(chǔ)器芯片類似，擴(kuò)展串行口被視為一個(gè)外部RAM地址單元，直接掛接在AT89C51的外部數(shù)據(jù)總線上，D0～D7為數(shù)據(jù)線，CE為片選信號(hào)，WE為寫(xiě)脈沖信號(hào)，也是擴(kuò)展串行口的輸出控制信號(hào)。AT89C51 外接晶體振蕩器的振蕩信號(hào)經(jīng)二個(gè)與非門整形后為擴(kuò)展串行口提供時(shí)鐘脈沖XTAL2。DAT和CLK分別是擴(kuò)展串行口的數(shù)據(jù)輸出端和同步移位脈沖輸出端。

二、操作指令

假設(shè)AT89C51分配給擴(kuò)展串行口的地址是0000H，使用MOVX@DPTR，A或MOVX@R0，A指令將數(shù)據(jù)寫(xiě)入擴(kuò)展串行口并移位數(shù)據(jù)。下面的程序段將內(nèi)部RAM數(shù)據(jù)區(qū)首址為30H的32字節(jié)數(shù)據(jù)送擴(kuò)展串行口同步移位輸出：
MOV P2，#00H ；設(shè)置擴(kuò)展串行口地址高8位
MOV R1，#30H ；設(shè)置內(nèi)部RAM數(shù)據(jù)區(qū)首址
MOV R7，#32 ；輸出字節(jié)個(gè)數(shù)
LOOP：MOV A，@R1 ；從內(nèi)部RAM數(shù)據(jù)區(qū)讀入1字節(jié)
INC R1 ；指向內(nèi)部RAM數(shù)據(jù)區(qū)下一個(gè)地址單元
MOVX @R0，A ；數(shù)據(jù)送擴(kuò)展串行口輸出
DJNZ R7，LOOP ；32字節(jié)未送完繼續(xù)
RET

三、基于TTL電路的設(shè)計(jì)方案和工作原理

圖2是用TTL電路實(shí)現(xiàn)的擴(kuò)展串行口電路。74LS74是有預(yù)置、清零功能的雙上升沿D觸發(fā)器，D1～D5構(gòu)成8脈沖發(fā)生器（計(jì)數(shù)器原理），74LS165是8位并行輸入串行輸出移位寄存器。CPU執(zhí)行MOVX@R0，A（或MOVX @DPTR，A）指令時(shí)，數(shù)據(jù)被鎖存在74LS165中。產(chǎn)生8脈沖信號(hào)的時(shí)序如圖3所示。圖3中，Q0～Q5分別是6個(gè)D觸發(fā)器的輸出端，擴(kuò)展串行口片選有效（CE=0），寫(xiě)脈沖WE到來(lái)時(shí)，WR=0，在時(shí)鐘脈沖XTAL2的上升沿觸發(fā)器D0的輸出Q0=0，Q0復(fù)位Q5，使Q5=1；寫(xiě)脈沖結(jié)束后，WR=1，則WR·Q5=1，計(jì)數(shù)器的復(fù)位端無(wú)效，計(jì)數(shù)器開(kāi)始計(jì)數(shù)，同時(shí)在Q1端輸出方波脈沖；第8個(gè)脈沖結(jié)束后，Q5=1，則WR·Q5=0，計(jì)數(shù)器被復(fù)位，停止計(jì)數(shù)，等待下一個(gè)寫(xiě)脈沖。Q1端輸出的8個(gè)脈沖作為同步移位脈沖接74LS165的CLK2（15腳），同時(shí)也是擴(kuò)展串行輸出口的同步移位脈沖輸出信號(hào)：由MOVX指令鎖存在74LS165中的數(shù)據(jù)在同步移位脈沖（CLK）的作用下，從擴(kuò)展串行輸出口的數(shù)據(jù)端（DAT）輸出。