请详细说明如何利用51单片机和74LS164芯片完成从串行数据到并行数据的转换过程，并涉及必要的硬件设计和软件编程步骤。

要实现串行数据到并行数据的转换，首先需要理解51单片机的串口通信和74LS164芯片的工作原理。51单片机的串口是通过TXD和RXD引脚进行数据的发送和接收，而74LS164芯片是一个串行输入并行输出的移位寄存器，通过它的A和B引脚输入数据，通过Q0到Q7引脚输出数据。将这两个设备结合起来，可以完成数据的串并转换。

参考资源链接：[单片机实训：串行到并行数据转换](https://wenku.csdn.net/doc/5cpzggbbiw?spm=1055.2569.3001.10343)

在硬件设计方面，首先需要连接好51单片机与74LS164芯片的接口。将51单片机的TXD引脚连接到74LS164的串行数据输入引脚（A），利用TXD引脚产生的时钟信号控制数据的移位。同时，需要为74LS164提供一个稳定的时钟信号源，这通常可以通过单片机的定时器/计数器来生成。此外，51单片机的I/O端口还需连接到74LS164的输出端，以便获取转换后的并行数据。

在软件编程方面，要编写汇编语言程序来配置51单片机的串口和定时器，确保串口工作在正确的模式，并产生合适的波特率。使用Keil C51环境进行程序编写和调试，确保数据能正确地从TXD发送，并通过74LS164完成串并转换。程序中需要包含初始化串口、定时器、中断服务程序等相关部分。

具体的实现步骤包括：设置串口通信参数，初始化定时器产生所需的时钟频率，编写中断服务程序处理接收到的串行数据，并将其发送到74LS164芯片进行转换，最后通过查询或中断方式读取转换后的并行数据。

在整个实训过程中，除了编程和硬件连接外，硬件调试和软件调试同样重要。硬件调试可能需要使用万用表、逻辑分析仪等工具检查电路的正确性和稳定性；软件调试则需要逐步跟踪程序执行过程，确保数据正确传输和处理。

综上所述，通过实训项目的操作，学员可以深刻理解数据传输的全过程，掌握单片机与外设芯片的接口技术，以及软件与硬件的协同工作方式。为了更深入地学习这些技术，建议参考《单片机实训：串行到并行数据转换》这本书，它将为你提供更加详细的设计案例和调试经验，帮助你成为单片机应用方面的专业人才。

参考资源链接：[单片机实训：串行到并行数据转换](https://wenku.csdn.net/doc/5cpzggbbiw?spm=1055.2569.3001.10343)