单片机与计算机接口电路设计

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1、2010年1月15日目录1、 课程设计目的32、课程设计内容和要求2.1、设计内容 32.2、设计要求 33、设计方案33.1、设计思路3（一）总体电路设计构想3（二）并口与串口说明3（三）MCS-51单片机工作原理说明 4（四）IDT7130芯片工作原理说明5（五）计算机并口说明73.2、工作原理及硬件框图7（一）电路详细设计思路7（二）硬件框图83.3、硬件电路原理图93.4、PCB版图设计114、课程设计总结115、参考文献.12一、课程设计目的(1) 掌握电子电路的一般设计方法和设计流程；(2) 学习简单电路系统设计，掌握Protel99的使用方法；(3) 掌握逻辑电路、单片机及并口的

2、应用；(4) 学习掌握硬件电路设计的全过程。二、课程设计内容和要求：2.1、设计内容(1) 学习掌握并口、AT89C51及IDT7130的工作原理及应用；(2) 熟练掌握应用Protel99设计原理图及制作PCB图的过程；(3) 整理设计内容，编写设计说明书。2.2、设计要求(1) 理解设计流程和工作原理；(2) 课程设计说明书；(3) 电路原理图及PCB图。三、设计方案3.1、设计思路3.1.1整体设计思路：利用IDT7130这个芯片，它是一种高速双端口静态RAM,每一端口有一套控制线、地址 线、双向数据线引脚，而且两端口可独立地读、写存储器中任何单元，来实现于单片机与计算机之间大量数据的高

3、速随机双向传送。MCS-51单片机要在XTAL1与XTAL2之间外接一个石英晶体振荡器和微调电容，从而构成 一个稳定的自激振荡器，还需要接一个复位电路。74LS373是一个锁存器，它可以把系统的低8位的地址锁存下来。3.1.2并口与串口：基本的通讯方式有两种，即并行通讯和串行通讯。前一种方式，数据的各位同时进行传 送（发送或接收），优点数据传送速度快，缺点是各条线之间可能干扰后一种各位一位一位顺 序传送，速度较低。313 MCS-51单片机工作原理及接口功能：MCS-51单片机芯片共有40条引脚，其中I/O端口引脚32条，控制引脚4条，电源引 脚2条，时钟引脚2条，如图（1）示。它共有复位、程

4、序执行、节电工作、EPROM编程和校 验四种工作方式。单片机具有功能强、体积小、成本低、功耗小、配置灵活等特点，使其在 工业控制、智能仪表、通讯系统、信号处理等领域得到了广泛的使用P1.0P1.1P1.2P1.3P1.4P1.5P1.6A1.7 RST/Vpn+J RXD/P3.0+ xd|p3.U INT0/P3.2. INTI/P3.3+T0./P3.4+T1 /P3.5WP3.6RD/P3：7+JXTAL2XTAL12 卞5-时38+J32珈635+J孰；S 80C51g32+J1031 41130122幷1328+J1427 41以26 416乜”1724+182%192并20如PO.

5、O+JPCi.WPCI加P0.3+JPO.4+JP0.P0.6+JPDEA-戏加ALE/ PROGPSEN 4P2.7+-1 巴P2.4P2.3+JP2-.2+JP2.WP2E（图1）PO 口：无片外存储器时，可作为通用I/O 口使用；当访问外部存储器时，分时提供ROM/RAM 低8位地址，并用做8位双向数据总线。即访问片外扩展存储器时，先传送ROM/RAM低8位 地址，再传送8位数据。P1 口 ：是一个内部代上拉电阻的8位准双向I/O 口，应用于用户数据传输。P2 口；无片外存储器时，可做通用I/O 口使用，当访问外部存储器时，传送ROM/RAM高 8位地址P3 口：可以通用，第二功能用于串

6、行口、中断源输入、计数计、片外RAM选通。P3.0 RXD （串行输入口）P3.1 TXD （串行输出口）P3.2 /INTO （外部中断0）P3.3 /INT1 （外部中断1）P3.4 TO （记时器0外部输入）P3.5 T1 （记时器1外部输入）P3.6 /WR （外部数据存储器写选通）P3.7 /RD （外部数据存储器读选通）P3 口同时为闪烁编程和编程校验接收一些控制信号。RST：复位输入。当振荡器复位器件时，要保持RST脚两个机器周期的高电平时间。ALE/PROG:当访问外部存储器时，地址锁存允许的输出电平用于锁存地址的地位字节。 在FLASH编程期间，此引脚用于输入编程脉冲。PSE

7、N：外部程序存储器的选通信号。在由外部程序存储器取指期间，每个机器周期两次 /PSEN有效。/EA/VPP:当/EA保持低电平时，则在此期间外部程序存储器（0000H-FFFFH）,不管是否 有内部程序存储器。XTAL1 :反向振荡放大器的输入及内部时钟工作电路的输入。XTAL2 :来自反向振荡器的输出。3.1.4 IDT7130 芯片功能：双口 RAM是具有数据出入两个口的SRAM，适用于单片机与单片机，单片机与计算机之间 大量数据的高速随机双向传送，以实现双CPU系统的隔离与匹配。IDT7130是一种高速的2KX8位的双端口静态RAM，每一端口有一套控制线、地址线、双 向数据线引脚。两端口

8、可独立地读、写存储器中任何单元，每个端口的使用和普通静态RAM 基本相同。为防止数据冲突，IDT7130内部有硬件端口总线仲裁电路，提供了 BUSY总线仲裁方式， 可以允许双机同步地读或写存储器中的任何单元。R/W 一CE 一OEtI/O6L场0-D722I/O3F功能I/O2RXHI/CXL nrdn需高阻2675慟电保护方式（图2）L-LLLLLLLLLLLLLLLLSYINT0EAOA1A2A3A4A5A6A7A8A95/01/02/03匚匚匚匚匚匚L匚厂匚匚匚匚L匚厂匚012345678967891HH1H1148474645444342IDT7130/ 41IDT7140 40P48

9、-139A rjoC48-2 茹DIP 36TOP 35VIEW 3433323130VccCErBUSYr一 nririnnnnnnnrinnri表1. IDT7130读写控制表LLX数据输入端口数据与入存储单兀HLL数据输出存储单兀数据输出至端口HLH高阻输出至咼阻3.1.5计算机并口 25针管脚功能:管脚序 号卫管脚名祐普通并口定爻门ECP并口定义p描述门描述心4心 卫Data BitAddress, Data or RLEData Bit A5心 卫Data BitAddress, Data or RLEData Bit3知:W-Data Bit 4卫Address, Data or

10、RLEData Bit 4p.D”一 卫Data Bit WAddress, Data or RLEData Bit5 卫Data Bit f+卫Address, Data or RLEData Bit 6井-D7- 卫Data Bit 沖i 4Address, Data or RLEData Bit 7心1血nAcki*S 4-*Acknowledgedi*飞 4-1Acknowledged12Busy-*21Busy-*21Busy*211加.P Error-*3jR|ii=n. -PPaper End*3-PPaper End*313SelectsSelect-?-1Select-?-1

11、14心nAutoFdAutofeed工#Autofeed1却nFaultIk冲ErrorsErrorsiilnit*+InitializeInitializednS electingSelect In*Select Ind1沖GNDPSignal Grjiind(-PSignal Groimd1却GND.；-4-1Signal Gruun弘:Signal Grounds亦GNDm凶 4-1Signal Gr3und+3Signal GroundsGND :Signal Grjund*4Signal Grounds；GNDi二1Signal Grjund-Signal GroundsGESign

12、al Grjiind(-一Signal Grounci+,GNE冲：Signal GrjundSignal GroundsGND4Signal Grjundt24Signal Gfound-A（图3）3. 2、工作原理及硬件框图 3.2.1电路详细的设计思路：要实现单片机与计算机的并行接口电路设计,首先要弄明白单片机的工作原理，以及单片机各个引脚的基本功能。单片机的工作方式类似于计算机，只是内存比计算机小，它也是通过控制总线进行控制, 通过地址总线和数据总线进行数据的传输。它内部有计数/计时电路，片内RAM内存128 B . 可以通过P0 口和P1 口进行片外RAM扩展。利用单片机可以实现一些

13、简单的电路控制。由于P0.0P0.7是一个地址数据分时复用输入输出口，所以要接74LS373地址锁存器其次要明白所提供芯片一IDT7130的功能和作用IDT7130 一种高速双端口静态RAM，每一端口有一套控制线、地址线、双向数据线引脚， 而且两端口可独立地读、写存储器中任何单元的高级芯片，利用这个芯片，来实现于单片机与计算机之间大量数据的高速随机双向传送。它有一个引脚一 CEL，可以让其左右对称的端 口分时工作，实现数据的读入与读出。第三，要知道计算机的接口。计算机有一个并行接口，通常可以用来连接打印机，它是 25针的口，其中29 口是地址/数据双向接口，可以用来和单片机进行并口连接。最后，

14、是单片机和计算机通过接口电路进行数据传输与交换的全过程。单片机先从P0.0 P0.7, P2.0P2.2 口输出地址，地址被锁存到74LS373中，然后相应的数据从IDT7130芯片 传到单片机。计算机的8位数据地址口可直接和IDT7130进行数据交换。所以IDT7130芯片 通过其左右端口可以独立读、写其内存的功能实现了计算机与单片机的数据通讯，起到了中 转的功能。单片机要外接晶振和复位电路。322硬件框图设计左边第一框代表单片机中间代表IDT7130芯片 右边代表计算机整体 箭头代表数据和地址流 它们之间通过精确的控制， 有条不紊地进行着数据交换3.3、硬件电路原理图LdLLL2L314L

15、jLL-FF 巩TiT:FipiFiF;p 1r-.L.（图4）（图5）工:U11i-LEL1cj丄13ID6UEL1I-,-CEL-BUSY! -INTL -OEL AOL AIL .UL A3L A4L A5L A5L A7L ABL A5L IOOL IOIL IO2L IO3L IO4L IO3L IO6L IO7L GND49I2I-,7125LI-,g4D1-DOL-4J15ARPL5-J斗5D SD 7DIP5T.讥X7gV3ygA0vx1i斗567E:”0212J.dJ斗IDTT 號D弋X11vcc -CER451n47Lc46.-斗4-J5U MKj44，.-wX.-丄聃丄且

16、-OERkJ43，-X/.-6kJ42/，.-X/丄1RJQR14R畑47RABR41/k，/，-X/40.-Z/.Z，-/却-/，/，-r-/03B-*/，-X/丄P/.-Z-Z/，-X1213J6/.-Z-Z/-Z/34.-z-z/.-/111-z/-Z15IO7RIOSRIO5RIO4RIOjRIO2EIO1R.IOOR2z.-z-z/-Z丄11z.-/g g030/.-z-z/丄1/-.-z-z1n2B/-z-z亠 r2/-U JJ26/1/2.4CQN25（图6）A1Pi3.ri.Type.AEC0EFGHIJKLM1Part Type iDesiqnatorFootprint21u

17、frC1RB.2/.4310KR1AXIAL0.6430pfC2RB.2/.4530pfC3RB.2/.46120MHZY1XTAL118051U1DIP408CON25J1SIP209IDT門 3QA1DIP4810SN74LS373U2DIP2011121314151617181920212223（图7）3.4、PCB版图设计（图8）四、课程设计总结这次课程设计，虽然时间比较紧，但我还是学到了不少。我基本学会了 Pro tel 99的使 用方法，掌握了并口与串口的概念，基本知道了单片机的工作原理及其端口的作用。为了完成这次课程设计，我们每天去图书馆查阅资料，书到用时方恨少，为了搞明白一 个

18、原理，我们四处找学长，找老师帮忙，更多时候是一个人仔细琢磨，上网查阅前辈们是怎 么解决这些问题的。虽然，我的作品远不够完美，有好多地方不太清楚，但是看到自己第一 次完成了一个电路的设计，真的好高兴！我感觉这次课程设计很有必要，让我们基本学会了设计电路的流程，为以后的自学 打下了坚实的基础，但我也深深体会到电路博大精深，而且很细致，需要今后不断地学 习和努力！五、参考文献(1) 童诗白.模拟电子技术基础.北京：高等教育出版社，2002(2) 张建华.数字电子技术.北京：机械工业出版社，2004(3) 陈汝全.电子技术常用器件应用手册.北京：机械工业出版社，2005(4) 毕满清.电子技术实验与课程设计.北京：机械工业出版社，2005(5) 潘永雄.电子线路CAD实用教程.西安：西安电子科技大学出版社，2002(6) 张亚华.电子电路计算机辅助分析.北京：航空工业出版社，2004