单片微机原理P3：80C51外部拓展系统

外部拓展其实是个相对来说很好玩的章节，可以真正开始用单片机写程序了，比较重要的是外部存储器拓展，81C55拓展，矩阵键盘，动态显示，DAC和ADC。

0. IO接口电路概念与存储器拓展

1. 为什么需要IO电路？：1. 协调计算机与外设的速度的差异 2. 输入/输出过程中的状态信号 3. 解决计算机信号与外设信号之间不一致

2. IO传送方式三种：1. 无条件传送（灯，DAC），2. 查询，3. 中断（ADC）。

3. DMA存储方式（直接传输数据不通过CPU，这种方式实际上已经很古老了，都快要被淘汰了（当然还存在STM32，51这些低级产品中）。）

　　工作流程：

　　①CPU通过指令，把要传送的数据块的长度、传送数据块在内存中的首地址等信息写入DMA控制器。

　　②外设通过DMA控制器向CPU发出DMA请求。

　　③CPU接受DMA请求后，暂停正在执行的程序，并且放弃对总线的控制权，由DMA控制器来接管，外设的数据线和存储器的数据线经过DMA控制器的通道直接连通。

　　④DMA控制器通过地址总线向存储器发出传送数据的地址。

　　⑤如果是外设向存储器传送数据，DMA控制器向外设发出读信号，读出数据，DMA控制器向存储器发出写信号，则写入数据，由于两者的数据线是直接连接的，数据读、写的操作就可以连续进行，很快地完成一次数据传送。

　　⑥数据块长度计数器减1，然后重复以上进程，直到数据块传送完毕。

　　⑦DMA操作结束，CPU再次恢复对总线的控制，继续执行原来的程序。

以上的传送过程，一次数据传输一般只要几个时钟周期就可以完成。

4. 在无条件传送方式下，CPU和外设端口之间也要有接口电路。

　　1. 在输入端口上会有一个输入缓冲器：

　　　　在不做输入操作时，缓冲器处于高阻状态，CPU实际上和输入外设没有连接；

　　　　需要做输入操作时，地址译码器的输出使缓冲器正常工作，输入设备的信息就可以通过缓冲器读入到CPU。

　　2. 在输出的端口上一般会有一个输出锁存器：CPU将要输出的信息存入输出锁存器中，外设从锁存器读取信息。

　　接口电路也至少需要两个端口：状态端口和数据端口，用以分别传送状态信息和数据信息。（这就是ADC芯片所设计的那样的。）

5. 单片机从逻辑上有3个存储器寻址空间

片内RAM空间：00H~FFH

片外RAM空间：0000H~FFFFH

片内外统一编址的ROM空间：0000H~FFFFH （注意是片外，如果是片内+片外为0000~0FFFH，然后片外再从1000H开始到FFFFH）

6. 扩展ROM时，用控制线PSEN，指令用MOVC

　 扩展RAM时，用控制线RD和WR，指令用MOVX

　 单片机是通过地址（AB）、数据（DB）和控制总线（CB）与外部交换信息的。

1. 存储器的拓展（ROM & RAM）

　　1. 拓展程序存储器（以拓展2732为例）（一定要会）

　　现在我们来解释一下这些引脚的意思：

　　ALE引脚：和我们之前的说的是一样的，就是实现对P0口的分时复用，要注意这个ALE很坑的地方是他是在下降沿P0口的地址输出信号才有效，所以锁存芯片一定要选对（比如这里选的就是373，如果选那些上升沿触发的377之类的，请加个反相器再加上去）。

　　PSEN引脚：引脚功能如其名：外部程序存储器选通信号PSEN，所以接2732的使能片很符合常理。（低电平有效）

　　2732的CE引脚：片选信号端，用P2.5~2.7进行选通。

　　关于时钟，ALE，PSEN，P2，P0的时序图：

　　注意ALE和PSEN是同步开始的，P2和P0的信号相对于PSEN和ALE都是有延迟的

译码器法：（其实就是加了个译码器而已，简单）

2. 拓展外部RAM（以拓展6116为例）（一定要会）

　　SRAM（51的内部内存都是SRAM）通常用于小于64KB的小系统，DRAM（我们的电脑内存是DRAM）用于大于64KB的大系统。

　　拓展RAM和ROM的做法其实是差不多的，但是唯一的不一样是ROM是拓展的PSEN，所以PSEN要接ROM的OE，但是对于RAM来说，它读写双向的，所以我们只要拓展把80C51的RD端接6116的OE端，WR端接6116的WE端就可以了，同时注意，6116也是有片选端（CE）的，我们也可以像ROM那样对RAM进行片选。

3. 拓展FLASH（RAM + ROM）

　　就是把ROM和RAM的拓展方式结合起来，既要接PSEN又要接WR和RD

　　注意这里的PSEN，WR，RD，WE，CS和OE都是低电平有效的，一旦哪个引脚低电平了就可以把FLASH对应成相应存储器，比如当PSEN为低电平时，这个Flash就是个程序存储器，WR为低表示以外部RAM写，ED为低则表示以外部RAM读（可能这个电路有点复杂，其实只用仔细看一下就知道只要有一个是低电平CS就会是低，然后你就可以把它看成是什么都行了）。

　　注意这里的拓展还用P1拓展了地址，输出的时候注意：

;（写）

MOV P1，#05H

MOV DPTR, #0AAAAH

MOV A, #3FH

MOVX @DPTR, A

;（读）

MOV P1，#02H

MOV DPTR, #0AAAAH

MOVX A, @DPTR

;地址由P0，P1.0~2，P2共同决定

当然了我们也可以不占用P1来拓展这个芯片，由于我们只用保证必须要有信号就可以了，所以我们可以用锁存器来继续拓展这个芯片，这样就可以只用P0~P2了（程序设计要麻烦一点而已）。

4. 奇葩拓展芯片2718（有BUSY和READY位告知CPU已经完成转换）

　　仔细看下RD和PSEN，他们是通过一个与门来连接同样是低电平有效的OE，这个芯片的特别之处在于他有BUSY位（低电平有效）和RDY（Ready）位，看英文就知道是怎么回事。

5. IO口拓展

　　这个有个很有趣的例子就是拓展开关和灯泡，拓展IO口可以很巧妙地里用WR和RD不同时为0的特性：

　　还记得之前我们是怎么说的吗？输出部分要有锁存器，输入部分要有缓冲电路。74LS244为3态8位缓冲器，一般用作总线驱动器。74LS273是8位D触发器,常用作锁存器。这个图完美的切合了我们之前所说的，由于WR和RD不同时为低，所以我们可以仅用MOVX指令就可以完成IO拓展了（P2.0当总控制口）

上例中按下任意键，对应的LED发光。

CONT：

MOV DPTR, #0FEFFH ;数据指针指向口地址

MOVX A, @DPTR ;检测按键，向74LS244读入数据

MOVX @DPTR, A ;向74LS273输出数据，驱动LED

SJMP CONT ;循环

　　总结一下，如果出了设计题，一定要先思考到WR和RD的问题，要记住WR和RD都是低电平有效的，一般和与门进行结合来控制CS端。

1. 81C55拓展

1. 81C55参数如下：（要熟记81C55的引脚的作用）

AD7~AD0：三态地址数据总线，用于传送数据、命令和状态字，分时复用线，P0口可以和AD0～AD7直接相连接。

CE：片选信号线。（80C51随便找个P口控制）

RD：存储器读信号线。（一般接80C51的RD线）

WR：存储器写信号线。（一般接80C51的WR线）

ALE：地址及片选信号锁存信号线，高电平有效，其后沿将地址及片选信号锁存到器件中。 （一般接80C51的ALE线）

IO/M：I/O接口与存储器选择信号线，高电平表示选择I/O接口，低电平选择存储器RAM。（80C51随便找个P口控制）

PA7~PA0：A口输入/输出线。

PB7~PB0：B口输入/输出线。

PC3~PC0：C口输入/输出或控制信号线(A口和B口作为选通口时)。

TIMER IN：定时器/计数器输入端

TIMER OUT ：定时器/计数器输出端

RESET：复位信号线

　　81C55各端口地址分配（81C55一共7个端口）（注：那个C/S寄存器就是命令字/状态字寄存器（共用一个地址，但是是不同的两个寄存器），低电平有效）

引脚作用（注意0是操作RAM，1是操作IO）

命令字（只能写）

状态字（只能读）

TIMER：定时/计数器中断请求标志，定时器/计数器记满时这个位为1，当CPU读取状态后，这个标志位为0

INTE：端口允许中断位，高电平表示允许对应口中断，低电平表示禁止对应端口中断

BF：对应端口的缓冲器状态标志位，高电平表示的是缓冲器填满，低电平表示的是可以接受外设或者单片机的数据。

2. 当81C55涉及C寄存器做联络线的问题

　　其实这个问题是很简单的，C寄存器的6个口的功能如下

　　我们知道81C55可以很方便地与慢速设备进行连接，当外设需要往PA或者PB输入数据时，外设首先先给BSTX端口一个低电平信号，向81C55表明需要读信号，然后81C55的PX就从外设中开始读数据，到读满端口寄存器时，给ABF/BBF置位（表明缓冲区满），并且向CPU发出中断。CPU（比如80C51）调用中断处理，只需要一条MOVX A,@DPTR（此时DPTR指向对应P口），就可以把数据读进来。

　　当需要写数据时，只要80C51一条MOVX @DPTR, A，就可以给对应P口写数据，直到对应P口的寄存器满，对应的BF位置位，外设就可以从P口读数据了，读数据时，BSTB变成低电平。

3. 关于81C55的定时器

　　81C55的定时器是14位的减1定时器

　　定时器寄存器的地址上面有写，需要注意的是，定时器的高8位的最高两位是设定81C55定时器的工作方式的：

　　单负方波：计数期间输出为低电平，记满回“0”后输出高电平。

　　连续方波：计数长度的前半部分输出高电平，后半部分输出低电平，如果计数值为奇数个，则高电平为（n+1/2）个，低电平为（n-1/2）个。连续方波输出方式能自 动恢复初值。

　　单负脉冲：计数器记满回“0”后输出一个单负脉冲。

　　连续脉冲：计数值回“0”后输出单负脉冲，然后自动重装初值，回“0”后又输出单负脉冲，如此循环。

　　给命令字的TM0和TM1位设定对应值即可开启定时器~

　　例题：81C55的命令字寄存器的地址是7F00H，要求设定81C55的A口为基本输入方式，B口定义为基本输出方式，C口输入，打开定时器，读取81C55，要求将立即数0AAH写入81C55 RAM的7E25H单元：（P2.0是接CE，P2.7接IO/M）

MOV DPTR,@7F00H

MOV A,#0C2H ;11000010，（打开了计时器A口为输入（0），B口为输出0，PC1:PC0 = 00（A/B基本输入输出，C口输入））

MOVX @DPTR,A

MOV A,#0AAH

MOV DPTR,#7E25H ;写入的是内存，地址是7E25H，刚好符合写入RAM的要求（81C55的RAM只有256B）

MOVX @DPTR,A

2. 矩阵键盘拓展

　　矩阵键盘只要记住矩阵键盘的样子：

　　你就能想到矩阵键盘的扫描方法了（必须按行和列来扫，因为本质上是通过给行/列全部低电平来让判断按钮有没有按下，当某行某列有按钮按下，对应电阻就会产生电压降，我们就可以找到对应的按钮了）。

　　来一段我以前写过的C的代码：

#include

sbit encoder_selet=P2^7;

sbit numeric_display=P2^6;

unsigned char leddata[]={ 

                0x3F, 0x06, 0x5B, 0x4F, 0x66, 0x6D, 0x7D, 0x07,0x7F, 0x6F, 0x77, 0x7C, 0x39, 0x5E, 

                0x79, 0x71, 0x76, 0x38, 0x37, 0x3E, 0x73, 0x5C,0x40, 0x00, 0x00  

                };

unsigned char lower_key_set[4]={0x0e,0x0d,0x0b,0x07};

unsigned char lower_key_set_colum[4]={0xe0,0xd0,0xb0,0x70};

void delay(unsigned int);

void scan_keyboard(int);

void scan_keyboard_col(int);

void display_key(int);

static int pos= 0;

int main(void)

{

    int pos = 0;

    bstv51_init();

    while(1)

    {

        scan_keyboard_col(0);

        scan_keyboard_col(1);

        scan_keyboard_col(2);

        scan_keyboard_col(3);

    }

    return 0;

}

void scan_keyboard(int line)

{

    unsigned char in, lower_key,in_tmp;

    int selet_key;

    lower_key = lower_key_set[line];

    P3 = lower_key|0xf0;                            

    in = P3;

    in_tmp= in & 0x0f;

    in &= 0xf0;

    in |= lower_key;

    if(in!= (lower_key|0xf0))

    {

        delay(5);

        P3 = lower_key|0xf0;

        in = P3;

        in &= 0xf0;

        in |= lower_key;

        if(in != (lower_key|0xf0))                //软件防抖

        {

            in_tmp = in & 0xf0;

            switch(in_tmp)                        //找到相应的坐标

            {

                case 0xe0:

                    selet_key= 0 + line*4;        

                    break;

                case 0xd0:

                    selet_key= 1 + line*4;

                    break;

                case 0xb0:

                    selet_key= 2 + line*4;

                    break;

                case 0x70:

                    selet_key= 3 + line*4;

                    break;    

            }

            while(in != (lower_key|0xf0))

            {

                in = P3;

                in &=(lower_key|0xf0);

            }

            display_key(selet_key);

        }

    }

}

void scan_keyboard_col(int colum)

{

    unsigned char in, lower_key,in_tmp;

    int selet_key;

    lower_key = lower_key_set_colum[colum];

    P3 = lower_key|0x0f;                                

    in = P3;

    in_tmp= in & 0x0f;

    in &= 0x0f;

    in |= lower_key;

    if(in!= (lower_key|0x0f))

    {

        delay(5);

        P3 = lower_key|0x0f;

        in = P3;

        in &= 0x0f;

        in |= lower_key;

        if(in != (lower_key|0x0f))                //软件防抖

        {

            in_tmp = in & 0x0f;

            switch(in_tmp)                        //找到相应的坐标

            {

                case 0x0e:

                    selet_key= 0 + colum*4;        

                    break;

                case 0x0d:

                    selet_key= 1 + colum*4;

                    break;

                case 0x0b: