節省ＡＴ８９Ｃ２０５１有限資源進行Ｉ／Ｏ接口擴展的幾個設計

摘要：AT89C2051是一種精簡型單片機，因其I/O接口有限，應用時必須進行擴展，文章通過5個設計說明如何在耗用較少I/O資源下，實現盡可能多的按鍵輸入。

關鍵詞：AT89C2051；74LS164；按鍵；設計；I/O接口

中圖分類號：TP368文獻標識碼：A文章編號：1009-3044(2008)27-2094-05

AT89C2051 Save Limited Resources to Conduct I/O Interfaces Expand Several Designs

LIU Jin-ping， YE Sai-feng

(Fujian Electric Power Occupation Technical College，Quanzhou 362000， China)

Abstract: AT89C2051 is a streamlining of Singlechip， is limited because of it's I/O port，must carry out expansion when applying. the article passes 5 designs specification ， how to import in the button consuming with being as far as possible more than stopping coming true under I/O resource.

Key words: AT89C2051; 74LS164; button; design; I/O port

1 引言

AT89C2051是一種精簡型單片機芯片，20腳封裝，體積小。它的價格比同類產品便宜一半。 AT89C2051的驅動能力較強，P1和P3上可以有20mA左右驅動電流，對一般數字電路芯片等器件，這樣驅動電流足夠了。這些是AT89C2051的優點，但它只有兩個并行接口，并行口線只有15根，可利用資源有限。

輸入和顯示是單片機的外圍電路，同時也是人機交互的重要接口。在實際應用中，幾乎離不開這兩個部分，其中輸入主要是按鍵、鍵盤等器件，顯示主要為數碼管和發光二極管。

隨著智能電子產品的功能越來越強，按鍵個數也越來越多。AT89C2051要應用于這些產品，就必須進行I/O接口擴展。擴展I/O的途徑較多，這里就不一一敘述。按照減少成本的原則以及在不動用P3口（具有第二功能）的前提下，有沒有什么辦法在耗用P1口較少資源的情況下，實現盡可能多的按鍵輸入？下面5個設計回答了這個問題。

2 應用設計

2.1 占用5條I/O線，實現9個按鍵輸入

2.1.1 硬件電路設計

本電路由AT89C2051單片機、移位寄存器74LS164、LED及9個按鍵等組成，電路原理圖如圖1所示。這個電路比起單片機教科書中所介紹的矩陣按鍵知識——5條口線，可實現3行2列的6鍵——多了3 個鍵。

2.1.2 程序設計思想與程序代碼

首先檢查P1.0～P1.2是否出現低電平，若出現，則說明＃6，＃7，＃8中有一鍵按下，這時只要分別對P1.0、P1.1、P1.2進行判零，就可以具體確定哪個按鍵；若都沒有低電平出現，則進行以下操作：先在P1.0上輸出低電平，分別判斷P1.3及P1.4是否出現低電平，若有，就可以分別確定為＃0和＃1鍵；若沒有，接著在P1.1上輸出低電平，然后分別判斷P1.3及P1.4，若出現，則不是＃2就是＃3鍵；若還是沒有，就在P1.2上輸出低電平，然后分別判斷P1.3及P1.4，若有，則分別為＃4及＃5鍵，循環往復。

LED顯示采用P1.5及P1.6分別外接串入并出轉換芯片164的數據輸入端及移位脈沖輸入端。

程序代碼如下：

ORG 0

BEGIN:MOV P1，#0FFH

MOV A，P1

XRL A，#0FFH

JZ START

JB P1.0，ABC

MOV R2，#6

ACALL DSP

SJMP BEGIN

ABC:JB P1.1，ABC1

MOV R2，#7

ACALL DSP

SJMP BEGIN

ABC1:MOV R2，#8

ACALL DSP

SJMP BEGIN

START:MOV R7，#3

MOV DPTR，#TABLE

CLR A

LOOP:MOV 30H，A

MOV B，#2

MUL AB

MOV 40H，A

MOV A，30H

MOVC A，@A+DPTR

MOV P1，A

JB P1.3，NEXT

MOV R2，40H

ACALL DSP

SJMP DONE

NEXT:JB P1.4，DONE

MOV R2，40H

INC R2

ACALL DSP

DONE:MOV A，30H

INC A

DJNZ R7，LOOP

SJMP BEGIN

DSP:PUSH DPH

PUSH DPL

MOV A，R2

MOV DPTR，#TABLE1

MOVC A，@A+DPTR

MOV R6，#8

LP:RRC A

MOV P1.5，C

CLR P1.6

SETB P1.6

DJNZ R6，LP

MOV R5，#80H

LP1:MOV R6，#0

DJNZ R6，$

DJNZ R5，LP1

POP DPL

POP DPH

RET

TABLE:DB 0FEH，0FDH，0FBH

TABLE1: DB 3FH，06H，5BH，4FH

DB 66H，6DH，7DH，07H，7FH

END

2.1.3 性能分析

本設計電路不復雜，程序執行時間也較短，適合按鍵不太多的場合，如應用于電飯煲、早期的電磁爐等家電。

2.2 占用5條I/O線，實現10個按鍵輸入

2.2.1 硬件電路設計

本電路由AT89C2051單片機、移位寄存器74LS164、LED及10個按鍵等組成，電路原理圖如圖2所示。這個電路比起上一個設計，10個按鍵排列采用數學中的上三角矩陣排列。

2.2.2 程序設計思想與程序代碼

在P1.0上輸出低電平（其它為高電平，以下相同），若P1.1，P1.2，P1.3及P1.4有一為低電平，則可以確定按鍵為＃0，＃1，＃2，＃3中的一個。同樣，在P1.1上輸出低電平，分別對P1.2，P1.3及P1.4判零，則可以確定按鍵為＃4，＃5，＃6中的一個。接著在P1.2上輸出低電平，分別對P1.3及P1.4判零，則可以確定按鍵為＃7，＃8中的一個。最后在P1.3上輸出低電平，對P1.4進行判零，就能確定按鍵＃9是否按下，循環反復。LED顯示同上。

程序代碼如下：

ORG 0

BEGIN:MOV P1，#0FFH

MOV P1，#11111110B

JB P1.1，L1

MOV R2，#0

ACALL DSP

SJMP BEGIN

L1:JB P1.2，L2

MOV R2，#1

ACALL DSP

SJMP BEGIN

L2:JB P1.3，L3

MOV R2，#2

ACALL DSP

SJMP BEGIN

L3:JB P1.4，L4

MOV R2，#3

ACALL DSP

SJMP BEGIN

L4:MOV P1，#11111101B

JB P1.2，L5

MOV R2，#4

ACALL DSP

SJMP BEGIN

L5:JB P1.3，L6

MOV R2，#5

ACALL DSP

SJMP BEGIN

L6:JB P1.4，L7

MOV R2，#6

ACALL DSP

SJMP BEGIN

L7:MOV P1，#11111011B

JB P1.3，L8

MOV R2，#7

ACALL DSP

SJMP BEGIN

L8:JB P1.4，L9

MOV R2，#8

ACALL DSP

SJMP BEGIN

L9:MOV P1，#11110111B

JB P1.4，BEGIN

MOV R2，#9

ACALL DSP

SJMP BEGIN

DSP:MOV A，R2

MOV DPTR，#TABLE1

MOVC A，@A+DPTR

MOV R6，#8

LP:RRC A

MOV P1.5，C

CLR P1.6

SETB P1.6

DJNZ R6，LP

MOV R5，#80H

LP1:MOV R6，#0

DJNZ R6，$

DJNZ R5，LP1

RET

TABLE1:DB 3FH，06H，5BH，4FH，66H

DB 6DH ，7DH，07H，7FH，6FH

END

2.2.3 性能分析

本設計性能與上一個差不多，但憑巧妙的設計，硬是多了一個按鍵。

2.3 占用4條I/O線，實現12個按鍵輸入

2.3.1 硬件電路設計

本電路由AT89C2051單片機、移位寄存器74LS164、LED、12個按鍵、4個常用的廉價二極管，以及對P1.0及P1.1的上拉電阻，還有一個12V電源等組成，電路原理圖如圖3所示。

2.3.2 程序設計思想與程序代碼

在一條口線上（如P1.0）輸出高電平，其它為低電平（這一點與前兩個設計不同，所以電路中上拉電阻必不可少），然后對其它口線（P1.1～P1.3）進行高電平的判斷，若在某一線上出現高電平，則對應按鍵（＃3、＃6、＃9）按下。依次類推，分別在P1.1、P1.2、P1.3上輸出高電平，就可以分別判斷＃0，＃7，＃A一組鍵、＃1，＃4，＃B一組鍵、＃2，＃5，＃8一組鍵是否有鍵按下。

程序代碼如下：

ORG 0

BEGIN:ORL P1，#0FH

MOV P1，#01H

JNB P1.1，L1

MOV R2，#3

ACALL DSP

SJMP BEGIN

L1:JNB P1.2，L2

MOV R2，#6

ACALL DSP

SJMP BEGIN

L2:JNB P1.3，L3

MOV R2，#9

ACALL DSP

SJMP BEGIN

L3:ORL P1，#0FH

MOV P1，#02H

JNB P1.0，L4

MOV R2，#0

ACALL DSP

SJMP BEGIN

L4:JNB P1.2，L5

MOV R2，#7

ACALL DSP

SJMP BEGIN

L5:JNB P1.3，L6

MOV R2，#10

ACALL DSP

SJMP BEGIN

L6:ORL P1，#0FH

MOV P1，#04H

JNB P1.0，L7

MOV R2，#1

ACALL DSP

SJMP BEGIN

L7:JNB P1.1，L8

MOV R2，#4

ACALL DSP

SJMP BEGIN

L8:JNB P1.3，L9

MOV R2，#11

ACALL DSP

SJMP BEGIN

L9:ORL P1，#0FH

MOV P1，#08H

JNB P1.0，L10

MOV R2，#2

ACALL DSP

SJMP BEGIN

L10:JNB P1.1，L11

MOV R2，#5

ACALL DSP

SJMP BEGIN

L11:JNB P1.2，BEGIN

MOV R2，#8

ACALL DSP

AJMP BEGIN

DSP:MOV A，R2

MOV DPTR，#TABLE1

MOVC A，@A+DPTR

MOV R6，#8

LP:RRC A

MOV P1.4，C

CLR P1.5

SETB P1.5

DJNZ R6，LP

ACALL DELAY

RET

DELAY:MOV R4，#08H

MOV R5，#9AH

MOV R6，#7FH

AA:DJNZ R6，AA

DJNZ R5，AA

DJNZ R4，AA

RET

TABLE1:DB 3FH，06H，5BH，4FH，66H，6DH，7DH，07H

DB 7FH，6FH，77H，7CH，39H，5EH，79H，71H

END

2.3.3 性能分析

這一設計增加電路的復雜性，增大電路板的面積，但12個按鍵比較適合大多數微電腦控制的家電的應用。

2.4 占用4條I/O線，實現16個按鍵輸入

2.4.1 硬件電路設計

本電路由AT89C2051單片機、移位寄存器74LS164、LED、16個按鍵、4個二極管，以及4個上拉電阻，還有一個12V電源等組成，電路原理圖如圖4所示。

2.4.2 程序設計思想與程序代碼

在一條口線上（如P1.0）輸出高電平，其它為低電平，立刻對該口線進行判零，若為低電平，則＃C鍵按下；然后對其它口線（P1.1～P1.3）進行高電平的判斷，若在某一線上出現高電平，則對應按鍵（＃3、＃6、＃9）按下。依次類推。

本設計與上一個設計類似，只是多了判零這一操作，就增加了4 個按鍵。

程序代碼如下：

ORG 0

BEGIN:ORL P1，#0FH

MOV P1，#01H

JB P1.0，NEX1

MOV R2，#0CH

ACALL DSP

SJMP BEGIN

NEX1:JNB P1.1，L1

MOV R2，#3

ACALL DSP

SJMP BEGIN

L1:JNB P1.2，L2

MOV R2，#6

ACALL DSP

SJMP BEGIN

L2:JNB P1.3，L3

MOV R2，#9

ACALL DSP

SJMP BEGIN

L3:ORL P1，#0FH

MOV P1，#02H

JB P1.1，NEX2

MOV R2，#0DH

ACALL DSP

SJMP BEGIN

NEX2:JNB P1.0，L4

MOV R2，#0

ACALL DSP

SJMP BEGIN

L4:JNB P1.2，L5

MOV R2，#7

ACALL DSP

SJMP BEGIN

L5:JNB P1.3，L6

MOV R2，#10

ACALL DSP

SJMP BEGIN

L6:ORL P1，#0FH

MOV P1，#04H

JB P1.2，NEX3

MOV R2，#0EH

ACALL DSP

AJMP BEGIN

NEX3:JNB P1.0，L7

MOV R2，#1

ACALL DSP

SJMP BEGIN

L7:JNB P1.1，L8

MOV R2，#4

ACALL DSP

AJMP BEGIN

L8:JNB P1.3，L9

MOV R2，#11

ACALL DSP

AJMP BEGIN

L9:ORL P1，#0FH

MOV P1，#08H

JB P1.3，NEX4

MOV R2，#0FH

ACALL DSP

AJMP BEGIN

NEX4:JNB P1.0，L10

MOV R2，#2

ACALL DSP

AJMP BEGIN

L10:JNB P1.1，L11

MOV R2，#5

ACALL DSP

AJMP BEGIN

L11:JNB P1.2，DONE

MOV R2，#8

ACALL DSP

DONE:AJMP BEGIN

DSP:MOV A，R2

MOV DPTR，#TABLE1

MOVC A，@A+DPTR

MOV R6，#8

LP:RRC A

MOV P1.4，C

CLR P1.5

SETB P1.5

DJNZ R6，LP

ACALL DELAY

RET

DELAY:MOV R4，#08H

MOV R5，#9AH

MOV R6，#7FH

AA:DJNZ R6，AA

DJNZ R5，AA

DJNZ R4，AA

RET

TABLE1:DB 3FH，06H，5BH，4FH，66H，6DH，7DH

DB 07H，7FH，6FH，77H，7CH，39H，5EH，79H，71H

END

2.4.3 性能分析

本設計給電路增加一定復雜程度，生產成本有所增大。但16按鍵已經適合于絕大多數的智能家用電器。

2.5 占用4條I/O線，同時實現16個按鍵輸入及LED輸出

2.5.1 硬件電路設計

本電路由AT89C2051單片機、兩片移位寄存器74LS164、LED、16個按鍵以及三極管等組成，電路原理圖如圖5所示。該電路特點是移位寄存器74LS164既控制按鍵的輸入，又控制顯示的輸出。由于共有16個按鍵，所以需要2片74LS164。

2.5.2 程序設計思想與程序代碼

由P1.6控制LED是否顯示。將雙字節數FFFEH逐位移入74LS164，對P1.7判零，若為低電平，則按下#0鍵；否則，將FFFEH左移一位，轉換后為FFFDH并逐位移入74LS164，然后對P1.7判零，若為低電平，則是#1鍵按下，依此類推，共進行進行16次，就可以判斷16個是否按下。

程序代碼如下：

ORG 0

MOV DPTR，#TABLE

LOOP:MOV R2，#0

MOV R3，#16

MOV 20H，#0FEH

MOV 21H，#0FFH

LOOP2:ACALL SUB

JNB P1.7，NEXT

INC R2

ACALL LEFT

DJNZ R3，LOOP2

SJMP LOOP

NEXT:MOV A，R2

MOVC A，@A+DPTR

ACALL SUB1

CLR P1.6

ACALL DELAY

SETB P1.6

SJMP LOOP

LEFT:MOV C，0FH

MOV A，20H

RLC A

MOV 20H，A

MOV A，21H

RLC A

MOV 21H，A

RET

SUB:MOV R7，#8

MOV A，21H

LP1:RLC A

MOV P1.5，C

CLR P1.4

SETB P1.4

DJNZ R7，LP1

MOV R7，#8

MOV A，20H

LP2:RLC A

MOV P1.5，C

CLR P1.4

SETB P1.4

DJNZ R7，LP2

RET

SUB1:MOV R7，#8

LOOP1:RLC A

MOV P1.5，C

CLR P1.4

SETB P1.4

DJNZ R7，LOOP1

RET

DELAY:MOV R5，#40

D2:MOV R6，#40

D1:MOV R7，#248

DJNZ R7，$

DJNZ R6，D1

DJNZ R5，D2

RET

TABLE:DB 3FH，06H，5BH，4FH，66H，6DH，7DH，07H

DB7FH，6FH，77H，7CH，39H，5EH，79H，71H

END

2.5.3 性能分析

本設計從原理上講，每增加一片74LS164就可以增多8個按鍵，但是以緩長程序執行時間為代價的，所以，雖然在這幾個設計中最節省I/O資源，但只能適合實時性要求不高的場合。

3 結束語

通過以上5個設計，可以看出，盡管AT89C2051單片機的I/O口很緊張，但我們可以通過巧妙的軟件設計和添加常用廉價的器件，占用較少的I/O資源，實現盡可能多的按鍵輸入。在這些設計中，作者為了顯示設計的結果，在用PROPTEUS軟件仿真時采用LED顯示鍵值。由于每個程序設計中鍵值都保存在Ｒ2中，所以完全可以根據具體功能的設計的需求，將顯示七段代碼部分改為以下程序段就可以了。

MOV A ，R2

MOV B， #2

MUL AB

MOV DPTR， #SUBTABLE

JMP @A+DPTR

…

SUBTABLE:ACALL SUB1

ACALL SUB2

…

以上5個設計為AT89C2051更廣泛地應用于智能家用電器、工業生產控制等開發提供一些設計思想。

參考文獻：

[1] 高衛東.51單片機原理與實踐[M].北京:航空航天大學出版社，2008.

[2] 鄒久明.80C51單片機實用技術[M].北京:航空航天大學出版社，2008.

[3] 周潤景.基于PROTEUS的電路及單片機系統設計與仿真[M].北京:航空航天大學出版社，2006.