單片機(jī)電子鐘電路圖

1．串行通信原理

單片機(jī)總共32個(gè)I/O口，若直接控制LED數(shù)碼管，最多只能控制4位。利用單片機(jī)同步串行通信功能和串并轉(zhuǎn)換器的串人串出功能，只要用單片機(jī)2個(gè)口線，就可以控制多位LED數(shù)碼管。這里結(jié)合多位LED數(shù)碼管的控制介紹單片機(jī)同步串行輸出通信。

同步串行輸出通信用兩根導(dǎo)線，其中TXD（P3.1）相當(dāng)于“寫”信號(hào)線，叫做同步時(shí)鐘線，RXD（P3.0）是數(shù)據(jù)線，見下圖。

2．串入并出寄存器

串人并出寄存器型號(hào)很多，像74HC164、74HCT164、74LS164和CD4014都是串入并出寄存器。

74LS164如右圖所示，其引腳功能如下：

①，②腳：A、B串行輸入數(shù)據(jù)DATA1，DATA2，通常合在一起作為串行數(shù)據(jù)輸入DATA使用；③~⑥、（10）~（13）腳：并行輸出，其中（13）腳兼作串行輸出；⑧腳：CLK，CLOCk，同步時(shí)鐘脈沖，輸入，正跳變有效；⑨腳：CLR，Clear，移位寄存器清零信號(hào)，輸入，低電平有效；⑦腳：CND，電源地；（14）腳：UCC，+5v電源輸入。

74××164芯片內(nèi)部主要功能部件是正跳變觸發(fā)、低電平清零的8位移位寄存器，其中正跳變觸發(fā)正好符合51單片機(jī)要求。74××164多個(gè)級(jí)聯(lián)對(duì)，13腳QH即是8位并行輸出的一位，又兼作串行輸出，即前一片芯片的串行輸出信號(hào)13腳接后一片芯片的串行輸入信號(hào)l、2腳，見下圖。

74××164芯片的邏輯功能：8腳CLK端子上的電壓出現(xiàn)一個(gè)正跳變，內(nèi)部8位移位寄存器就按照的順序移動(dòng)一位。也就是說，把串行輸入數(shù)據(jù)S鎖存在QA中，原有的QA～G依次移動(dòng)一位，而QH被刷新。74××164與LED數(shù)碼管的連接見下表。

3．單片機(jī)與串入并出寄存器的連接

74××164芯片與51單片機(jī)的連接見下圖，單片機(jī)要一位一位移送，編程序很費(fèi)力。其實(shí)不然，SBUF是51單片機(jī)的一個(gè)負(fù)責(zé)串行通信的特殊功能寄存器。51單片機(jī)執(zhí)行一條串行發(fā)送指令MOVSBUF，A后，不僅把數(shù)據(jù)從源傳送到SBUF，而且自動(dòng)啟動(dòng)一次串行發(fā)送，在以下的8個(gè)機(jī)器周期內(nèi)依次將SBUF中的8位數(shù)據(jù)通過RXD線輸出。

下圖中單片機(jī)直接控制6個(gè)位數(shù)碼管，單片機(jī)串行輸出接到最低位74××164芯片串行輸入。連接規(guī)律是，較低位串行輸出接到較高位串行輸入。這樣一種硬件設(shè)計(jì)，有利于軟件設(shè)計(jì)時(shí)不顯示高位無用的O，使顯示器簡(jiǎn)潔利落。

51單片機(jī)的串行發(fā)送指令MOVSBUF，Source要執(zhí)行兩個(gè)任務(wù)，其一是把數(shù)據(jù)源Source送到發(fā)送緩沖器SBUF中；其二是啟動(dòng)一次串行輸出，將發(fā)送緩沖器中的一個(gè)字節(jié)8位二進(jìn)制數(shù)據(jù)按照從低位到高位的順序，伴隨單片機(jī)TXD線的同步脈沖依次送到串行數(shù)據(jù)線RXD上，并且由同步脈沖上升沿依次將各位二進(jìn)制數(shù)據(jù)鎖存到所連接的串入并出緩沖器中。

根據(jù)下圖電路制作的6位LED電子鐘實(shí)物如右圖所示（略）。6片164芯片并排安裝，整個(gè)電路板尺寸為73×73mm2．相當(dāng)緊湊。

雖然串行發(fā)送指令MOVSBUF，Source中的字節(jié)傳送任務(wù)只要2個(gè)機(jī)器周期就完成了，但是從SBUF朝外的串行發(fā)送卻至少需要8個(gè)機(jī)器周期。串行發(fā)送指令執(zhí)行后8個(gè)機(jī)器周期內(nèi)，若繼續(xù)往SBUF中寫人數(shù)據(jù)，則將打亂正在進(jìn)行的串行發(fā)送。因此，串行發(fā)送指令執(zhí)行后8個(gè)機(jī)器周期內(nèi)，不允許再次向SBUF中寫入任何數(shù)據(jù)。連續(xù)送數(shù)的方法有三種：查詢法、延遲法和中斷法。常用查詢法和延遲法。

查詢法五個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)的串行輸出程序如下：

將上述程序中兩次串行發(fā)送之間的JNB指令和CLR指令換成總共消耗8個(gè)機(jī)器周期的指令，如8條空操作指令NOP，就可把查詢法串行發(fā)送程序改成為延遲法串行發(fā)送程序。

下圖介紹的串行輸出電路實(shí)際不局限于LED數(shù)碼管控制，也可以控制諸如固態(tài)繼電器之類的負(fù)載，也可以通過晶體管開關(guān)控制普通繼電器，完成自動(dòng)控制。