作者：元增民

 

　1．串行通信原理
　　
　　單片機總共32個I/O口，若直接控制LED數(shù)碼管，最多只能控制4位。利用單片機同步串行通信功能和串并轉換器的串人串出功能，只要用單片機2個口線，就可以控制多位LED數(shù)碼管。這里結合多位LED數(shù)碼管的控制介紹單片機同步串行輸出通信。
　　
　　同步串行輸出通信用兩根導線，其中TXD(P3.1)相當于“寫”信號線，叫做同步時鐘線，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，同步時鐘脈沖，輸入，正跳變有效；⑨腳：CLR，Clear，移位寄存器清零信號，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單片機要求。74××164多個級聯(lián)對，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13腳接后一片芯片的串行輸入信號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)一個正跳變，內(nèi)部8位移位寄存器就按照的順序移動一位。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．單片機與串入并出寄存器的連接
　　
　　74××164芯片與51單片機的連接見下圖，單片機要一位一位移送，編程序很費力。其實不然，SBUF是51單片機的一個負責串行通信的特殊功能寄存器。51單片機執(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，而且自動啟動一次串行發(fā)送，在以下的8個機器周期內(nèi)依次將SBUF中的8位數(shù)據(jù)通過RXD線輸出。
　　
　　下圖中單片機直接控制6個位數(shù)碼管，單片機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。這樣一種硬件設計，有利于軟件設計時不顯示高位無用的O，使顯示器簡潔利落。
　　
　　51單片機的串行發(fā)送指令MOVSBUF，Source要執(zhí)行兩個任務，其一是把數(shù)據(jù)源Source送到發(fā)送緩沖器SBUF中；其二是啟動一次串行輸出，將發(fā)送緩沖器中的一個字節(jié)8位二進制數(shù)據(jù)按照從低位到高位的順序，伴隨單片機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電子鐘實物如右圖所示(略)。6片164芯片并排安裝，整個電路板尺寸為73×73mm2．相當緊湊。

　　
　　雖然串行發(fā)送指令MOVSBUF，Source中的字節(jié)傳送任務只要2個機器周期就完成了，但是從SBUF朝外的串行發(fā)送卻至少需要8個機器周期。串行發(fā)送指令執(zhí)行后8個機器周期內(nèi)，若繼續(xù)往SBUF中寫人數(shù)據(jù)，則將打亂正在進行的串行發(fā)送。因此，串行發(fā)送指令執(zhí)行后8個機器周期內(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個機器周期的指令，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)繼電器之類的負載，也可以通過晶體管開關控制普通繼電器，完成自動控制。