8255A是一種通用的可編程并行I/O接口芯片（Programmable Peripherial Interface），它是為Inter系列微處理器設(shè)計的配套電路，也可用于其它微處理器系統(tǒng)中。通過對它進(jìn)行編程，芯片可工作于不同的工作方式。此次課程設(shè)計的目的就是利用端口和8255協(xié)同工作來實現(xiàn)LED顯示功能，對8255A芯片進(jìn)行編程使流水燈左移或右移，通過延時程序使流水燈進(jìn)行順序點亮。通過這次課程設(shè)計掌握8255A的功能特點、工作原理以及顯示器接口的基本原理與方法技術(shù)。

　　第1章 利用8255A芯片實現(xiàn)流水燈閃爍設(shè)計的概述

　　流水燈在日常的生活中有著廣泛的應(yīng)用，例如，許多樓面上的彩燈廣告就是應(yīng)用了流水燈設(shè)計。此次的課程設(shè)計的題目是利用了端口和8255A協(xié)同工作來實現(xiàn)LED顯示功能，編寫程序，使用8255的A口和B口均為輸出，接8個或16個發(fā)光二極管，實現(xiàn)流水燈的顯示效果。在實驗中8255A的A和B兩個端口不能同時賦值，從而我們可以用通用寄存器BX對所需要賦值的數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲，因為BX可以分從高8位寄存器BH和低8位寄存器BL兩部分進(jìn)行獨立的操作，我們用寄存器BH對A口進(jìn)行賦值，用寄存器BL對B口進(jìn)行賦值，通過延時一段時間再對BH和BL進(jìn)行移位和輸出，實現(xiàn)了流水燈的效果。

　　第2章 三種方案的論述與最終方案的確定

　　2.1 第一種方案的論述

　　第一種方案，我們使用了8086CPU芯片與8255A芯片一起實現(xiàn)了流水燈閃爍的設(shè)計，同時還使用了地址鎖存器74LS373芯片。74ls373是常用的地址鎖存器芯片，它是一個是帶三態(tài)緩沖輸出的8D觸發(fā)器，在單片機系統(tǒng)中為了擴展外部存儲器，通常需要一塊74ls373芯片。在方案一中，當(dāng)8086CPU的引腳ALE（地址鎖存允許信號，輸出，高電平有效，用作地址鎖存器74LS373的鎖存控制信號）處于下降沿時將8086CPU輸出的地址信息進(jìn)行鎖存，以定義8255A的工作方式。下面先對74LS373芯片進(jìn)行簡介：

　　1.地址鎖存器74LS373的內(nèi)部電路與工作原理

　　74373 三態(tài)緩沖輸出的8D鎖存器（3S，鎖存允許輸入有回環(huán)特性），其輸出端 Q0～Q7 可直接與總線相連，74LS373的LE端直接與8086CPU的ALE信號連接。

　　1腳是三態(tài)允許控制端（OE），是低電平有效。當(dāng)1腳是高電平時，不管輸入3（D0）、4（D1）、7（D2）、8（D3）、13（D4）、14（D5）、17（D6）、18（D7）如何，也不管11腳（LE 鎖存允許端）如何，輸出2（Q0）、5（Q1）、6（Q2）、9（Q3）、12（Q4）、15（Q5）、16（Q6）、19（Q7）全部呈現(xiàn)高阻狀態(tài)（或者叫浮空狀態(tài)）。當(dāng)1腳是低電平時，只要11腳（LE 鎖存允許端）上出現(xiàn)一個下降沿，輸出2（Q0）、5（Q1）、6（Q2）、9（Q3）、12（Q4）、15（Q5）、16（Q6）、19（Q7）立即呈現(xiàn)輸入腳3（D0）、4（D1）、7（D2）、8（D3）、13（D4）、14（D5）、17（D6）、18（D7）的狀態(tài)。

　　11腳是鎖存允許端（LE），當(dāng)LE由高變低時，輸出端8 位信息被鎖存，直到LE 端再次有效。 當(dāng)三態(tài)允許控制端OE為低電平時，三態(tài)門導(dǎo)通，允許Q0～Q7輸出，OE為高電平時，輸出懸空。當(dāng)74LS373用作地址鎖存器時，應(yīng)使OE為低電平，此時鎖存使能端C為高電平時，輸出Q0～Q7 狀態(tài)與輸入端D1～D7狀態(tài)相同；當(dāng)LE發(fā)生負(fù)的跳變時，輸入端D0～D7 數(shù)據(jù)鎖入Q0～Q7。

　　2.方案一的工作流程簡述

　　電路圖硬件連接：

　　硬件連線圖

　　注：8086CPU芯片與74LS373芯片在方案一中視為PC總線接口模塊

　　① 8255A的引腳WR（寫選通信號）、RD（讀選通信號）分別連到PC總線接口模塊的WR端口、RD端口。

　　② 8255A的數(shù)據(jù)端（AD0～AD7）、地址線（A0～A1）分別連到PC總線接口模塊的數(shù)據(jù)線（D0～D7）、地址線（A1～A2）。

　　③ 8255模塊選通線CS連到PC總線接口模塊的IOY1（CS 片選信號，低電平有效，由地址總線經(jīng)I/O端口譯碼電路產(chǎn)生）。

　　④ 8255的PA0～PA7連到發(fā)光二極管的L1～L8；8255的PB0～PB7連到發(fā)光二極管的L9～L16。

　　程序流程簡述：

　　8255A的片選信號CS與地相連，處于低電平有效狀態(tài)，8086CPU與8255A之間始終保持通信，8086CPU對8255A進(jìn)行讀/寫等操作。當(dāng)8086CPU的地址鎖存信號ALE處于高電平有效時，在T1狀態(tài)，8086CPU通過地址/數(shù)據(jù)總線上傳送地址信息，在ALE的下降沿將地址信息鎖存到地址鎖存器74LS373中，定義了8255A的工作方式，使其A口和B口為輸出口，定義了8255A各端口地址。8086CPU先后寫A、B口的起始數(shù)據(jù)，并調(diào)用延時子程序點亮A口燈、B口燈。然后分別調(diào)用左移、右移指令將A口起始數(shù)據(jù)左移再寫入A口、B口起始數(shù)據(jù)右移再寫入B口，點亮下一站盞燈，以此循環(huán)實現(xiàn)流水燈效果。

　　程序框圖

　　結(jié)論：第一種方案雖然實現(xiàn)了流水燈閃爍效果，但由于8086CPU芯片所需的程序無法通過KC51實現(xiàn)編程，不能達(dá)到本次課程設(shè)計的培訓(xùn)目的，即對單片機的程序編程進(jìn)行訓(xùn)練掌握，要求較高，方案實現(xiàn)的難度較大，所以我們沒有把方案一作為最終方案。

　　2.2 第二種方案的論述

　　第二種方案，我們使用了AT89C51單片機實現(xiàn)了流水燈閃爍設(shè)計。AT89C51單片機是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓、高性能CMOS 8位單片機，具有豐富的內(nèi)部資源：4kB閃存、128BRAM、32根I/O口線、2個16位定時/計數(shù)器、5個向量兩級中斷結(jié)構(gòu)、2個全雙工的串行口，具有4.25～5.50V的電壓工作范圍和0～24MHz工作頻率，使用AT89C51單片機時無須外擴存儲器。因此，方案二中設(shè)計的流水燈實際上是一個帶有八個發(fā)光二極管的單片機最小應(yīng)用系統(tǒng)，即為由發(fā)光二極管、晶振、復(fù)位、電源等電路和必要的軟件組成的單個單片機。下面先對AT89C51單片機進(jìn)行簡介：

　　1. AT89C51單片機的簡介

　　AT89C51是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓，高性能CMOS8位單片機，片內(nèi)含4K bytes的可反復(fù)擦寫的只讀程序存儲器（PEROM）和128 bytes的隨機存取存儲器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存儲技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS—51指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用8位中央處理器（CPU）和Flash存儲單元，功能強大AT89C51單片機可以提供許多高性價比的應(yīng)用場合，可靈活應(yīng)用于各種控制領(lǐng)域。

　　AT89C51提供標(biāo)準(zhǔn)功能有：4K字節(jié)Falsh閃存存儲器，128字節(jié)內(nèi)部RAM，32個I/O口線，兩個16位定時、計數(shù)器，一個5向量兩級中斷結(jié)構(gòu)，一個全雙工串行通信口，片內(nèi)振蕩器及時鐘電路。同時，AT89C51可降至0HZ的靜態(tài)邏輯操作，并支持兩種軟件可選的節(jié)電模式。空閑方式停止CPU的工作，但允許RAM，定時/計數(shù)器，串行通信口及中斷系統(tǒng)繼續(xù)工作。掉電方式保存RAM中的內(nèi)容，但振蕩器停止工作并禁止其他所有部件工作直到下一個硬件復(fù)位。

　　2.方案二的工作流程簡述

　　單片機的應(yīng)用系統(tǒng)由硬件和軟件組成，當(dāng)我們完成了上述硬件原理圖搭建之后，我們還不能看到流水燈循環(huán)點亮的現(xiàn)象，我們還需要告訴單片機怎么來進(jìn)行工作，即編寫程序控制單片機管腳電平的高低變化，來實現(xiàn)發(fā)光二極管的一亮一滅。軟件編程是單片機應(yīng)用系統(tǒng)中的一個重要的組成部分，也是我們這次課程設(shè)計學(xué)習(xí)的重點和難點。

　　從電路原理圖中可以看出，如果要讓接在P1.0口的LED1亮起來，那么只要把P1.0口的電平變?yōu)榈碗娖骄涂梢粤耍幌喾矗绻釉赑1.0口的LED1熄滅，就要把P1.0口的電平變?yōu)楦唠娖剑煌恚釉赑1.1～P1.7口的其他7個LED的點亮和熄滅的方法同LED1。因此，要實現(xiàn)流水燈功能，我們只要將發(fā)光二極管LED1～LED8依次點亮、熄滅，8只LED燈便會一亮一暗的做流水燈了。在此我們還應(yīng)注意一點，由于人眼的視覺暫留效應(yīng)以及單片機執(zhí)行每條指令的時間很短，我們在控制二極管亮滅的時候應(yīng)該延時一段時間，否則我們就看不到“流水”效果了。

　　在電路原理圖中，我們還應(yīng)注意的便是和AT89C51單片機接在一起的晶振電路，在電路圖中為AT89C51單片機提供了頻率參考作用。晶振是晶體振蕩器的簡稱，在電氣上它可以等效成一個電容和一個電阻并聯(lián)再串聯(lián)一個電容的二端網(wǎng)絡(luò)。AT89C51單片機內(nèi)部有一個用于構(gòu)成振蕩器的高增益反相放大器。引腳XTAL1和XTAL2分別是此放大器的輸入端和輸出端。這個放大器與作為反饋元件的片外晶體諧振器一起構(gòu)成一個自激振蕩器。外接晶體諧振器以及電容C1和C2構(gòu)成并聯(lián)諧振電路，接在放大器的反饋回路中。晶振有一個重要的參數(shù)，那就是負(fù)載電容值，選擇與負(fù)載電容值相等的并聯(lián)電容，就可以得到晶振標(biāo)稱的諧振頻率。

　　硬件原理圖

　　結(jié)論：第二種方案也實現(xiàn)了流水燈閃爍效果，相對于第一種方案而言，更簡單些，這也正是單片機能廣泛應(yīng)用于各種電路的原因。但由于該方案中，沒有應(yīng)用到8255A芯片實現(xiàn)接口擴展，而我們這次的課程設(shè)計中一個主要設(shè)計目的與要求便是：通過利用端口和8255協(xié)同工作來實現(xiàn)LED顯示功能，對8255A芯片進(jìn)行編程使流水燈左移或右移，實現(xiàn)流水燈閃爍效果。以此來掌握8255A的功能特點、工作原理以及顯示器接口的基本原理與方法技術(shù)。所以我們沒有把方案二作為最終方案。

　　2.3 第三種方案（最終方案）的論證

　　第三種方案，我們使用了AT89C51單片機與8255A芯片一起實現(xiàn)了流水燈閃爍的設(shè)計。從前兩種方案中，我們分別熟悉與掌握了地址鎖存器74LS373芯片和AT89C51單片機。我們了解到74ls373是常用的地址鎖存器芯片，它是一個是帶三態(tài)緩沖輸出的8D觸發(fā)器，在單片機系統(tǒng)中為了擴展外部存儲器，通常需要一塊74ls373芯片。而AT89C51單片機是美國ATMEL公司生產(chǎn)的低電壓、高性能CMOS 8位單片機，具有豐富的內(nèi)部資源：4kB閃存、128BRAM、32根I/O口線、2個16位定時/計數(shù)器、5個向量兩級中斷結(jié)構(gòu)、2個全雙工的串行口，具有4.25～5.50V的電壓工作范圍和0～24MHz工作頻率，使用AT89C51單片機時無須外擴存儲器。在第三個方案中，我們將詳細(xì)地介紹8255A的內(nèi)部電路、功能特點、工作原理以及在電路中的功能擴展與應(yīng)用，這也是我們這次課程設(shè)計中一個需要重點掌握的芯片。

　　1.可編程外圍接口芯片8255A的簡介

　　8255A是Intel公司生產(chǎn)的一種通用的可編程并行I/O接口芯片，它是為Inter系列微處理器設(shè)計的配套電路，也可用于其它微處理器系統(tǒng)中。通過對它進(jìn)行編程，芯片可工作于不同的工作方式。8255A有3個8位并行I/O口，具有3個通道3種工作方式，其各口功能可由軟件選擇，使用靈活，通用性強。8255作為主機與外設(shè)的連接芯片，必須提供與主機相連的3個總線接口，即數(shù)據(jù)線、地址線、控制線接口；同時必須具有與外設(shè)連接的接口A、B、C口。由于8255可編程，所以必須具有邏輯控制部分，因而8255內(nèi)部結(jié)構(gòu)分為3個部分：與CPU連接部分、與外設(shè)連接部分、控制部分。