1、引言

　　許多單片機控制系統(tǒng)中，信息的實時處理往往需要數(shù)據(jù)的批量傳送。不管是采用軟件查詢，還是采用中斷技術，它們都是依靠程序控制，每次傳送數(shù)據(jù)都需要單片機執(zhí)行若干條指令，因而傳輸速率受單片機指令運行速度的限制。例如，51系列單片機將外設某一數(shù)據(jù)存入片外RAM，至少要運行2周期指令MOVX和更改地址指針DPTR指令各兩次，若采用12MHz時鐘，則需4μs?？梢?，即使不考慮單片機的其它運算，其數(shù)據(jù)傳送速度也只能達到 250Kbyte／s。對于象高速數(shù)據(jù)采集等需要成批交換數(shù)據(jù)的場合，速度實在是太慢了。為了實現(xiàn)單片機與高速外設的數(shù)據(jù)交換，應用接口擴展電路和DMA 控制器，在幾乎不占用單片機資源的情況下，實現(xiàn)了單片機控制系統(tǒng)的DMA數(shù)據(jù)傳送。

　　2、幾點說明

　　對于單片機控制系統(tǒng)中簡單的DMA數(shù)據(jù)傳送，只要應用雙向RAM作為外存儲器或應用簡單的門控電路就可實現(xiàn)。但對于復雜的單片機控制系統(tǒng)，要解決高速外設和低速CPU之間的矛盾，就不能象微機那樣通過出借系統(tǒng)總線來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的DMA傳送，更不能因數(shù)據(jù)傳送而中斷CPU的工作。為此要求：

　?。?）當單片機控制系統(tǒng)需與高速外設交換數(shù)據(jù)時，單片機只能作簡單的響應，不能長時間中斷工作。解決的辦法是采用擴展數(shù)據(jù)存儲器系統(tǒng)，數(shù)據(jù)交換時CPU只出借擴展數(shù)據(jù)存儲器作為DMA數(shù)據(jù)交換的存儲器。

　　（2）為便于單片機控制系統(tǒng)與高速數(shù)據(jù)采集或軟磁盤驅動器等外設的連接，其DMA控制方式應具有一致性，符合通用接口標準。

　　信號線共6條，即：

　　DMA請求信號DREQ；

　　DMA響應回答信號DACK；

　　DMA傳送過程結束信號

　　輸入/輸出設備讀寫信號線

　　輸入/輸出設備準備就緒信號線READY。

　?。?）DMA傳送控制與接口盡量不占用單片機的前處理任務的緩急情況，相應對DMA請求作出應答，對DMA請求的應答并不占用單片機的資源。

　　3、電路實現(xiàn)原理

　　3．1　存儲器擴展電路

　　51系列單片機的外部存儲容量只有64K，在高速數(shù)據(jù)采集等情況下，其容量明顯不足。若以采樣率50KS／s計算，只能容納1s多的采樣量，況且要求 DMA傳送期間CPU要照常工作，包括對外部數(shù)據(jù)存儲器的訪問。這就要求對存儲容量進行擴展。將擴展的存儲器用于DMA，原有的存儲器繼續(xù)作為工作存儲器。下面以圖3—1所示存儲器擴展電路為例說明存儲器擴展的原理。為說明問題的方便，省去了編碼電路，只以單片機的P2．7和P2．6作為片選線，下一節(jié)的DMA控制電路也簡單以P2．5作片選線。因而特此說明，原理電路中各寄存器的端口地址不惟一。

　　8155芯片內具有256字節(jié)的RAM，2個8位（PA和PB）、1個6位（PC）可編程I／O口。編程設定PB口和PC口為輸出口，用于為6264提供地址；PA口為雙向輸入輸出口，作為6264的數(shù)據(jù)口。其地址分配為：

　　讀寫擴展存儲器6264時，在PB口送入6264的低8位地址，PC口送入另5位地址（PC口的另外1位作為單片機對DMA請求的應答線）。通過讀寫 PA口即可完成擴展存儲器的讀寫。雖然存取一次數(shù)據(jù)要用3條外部RAM讀寫指令，但這樣不但擴展了存儲器容量，而且更重要的是在保證CPU不中斷工作的條件下，為數(shù)據(jù)的DMA傳送創(chuàng)造了條件。

　　另外，這種存儲器擴展方式，通過選用不同的擴展芯片或選用多個擴展芯片，可大大擴展存儲器的容量，如采用8255并口擴展芯片，即可擴展64K的存儲容量。

　　3．2　DMA控制電路

　　利用通用DMA控制器構成了圖3—2所示的單片機數(shù)據(jù)DMA傳送通道，它提供了4通道標準的DMA傳送接口信號，其工作過程為：

　　3．2．1　初始化

　　單片機控制系統(tǒng)開機后，首先要對8155和8237初始化。

　　8155初始化。8155只有1個狀態(tài)寄存器，通過對地址3F00H賦值，即可設定PB口和PC口為輸出口，用于為6264提供地址；PA口為雙向輸入輸出口，作為6264的數(shù)據(jù)口，存數(shù)據(jù)時，3F00H的值為0DH；取數(shù)據(jù)時，3F00H的值為0CH。

　　8237初始化。將8155的PC5位置0，2片4066組成的門控電路使8237處于非DMA狀態(tài)。此時，8237的端口讀寫控制線與單片機的讀寫線分別接通。通過對地址5F00H～5FFFH（8237的內部寄存器端口地址）的設定，完成8237的初始化。

　　針對單片機控制系統(tǒng)的特點，通常初始化8237的內容包括：

　?。?）決定DMA的工作通道；

　?。?）數(shù)據(jù)按成組方式傳送；

　?。?）確定訪存首地址及地址的增減變化；

　　（4）傳送字節(jié)數(shù)；

　?。?）確定請求信號和應答信號的有效電平；

　?。?）屏蔽。

　　3．2．2　DMA傳送

　　系統(tǒng)完成初始化之后即進入正常工作狀態(tài)。若有DMA請求，即可進行DMA傳送過程。

　?。?）8237接收到DMA請求信號DREQ后，輸出“總線”請求信號HOLD，引起單片機中斷，中斷響應程序包括：解除8237的屏蔽功能；保持P2．6、P2．5置0，使能6264、8237；

　　P2．7置1，使8155空閑；6264脫離單片機控制。

　　8155的PC5由0變1；門控電路使8237的存儲器讀寫線與6264的讀寫線接通，完成DMA通道的連接。同時，8155的PC5作為CPU對DMA請求的回應，啟動了DMA傳送過程。

　　（2）8237輸出DACK回答信號，開始DMA傳送。

　?。?）傳送結束，8237輸出信號，單片機檢測到2次中斷的發(fā)生，使8155的PC5置0，恢復控制系統(tǒng)的原有工作狀態(tài)。同時為下次DMA傳送作好了準備，并通知外設本次DMA傳送結束。

　　4 、結論

　　通過存儲器擴展，在僅占用單片機幾十個存儲空間和一個中斷源的情況下，實現(xiàn)了單片機控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)DMA傳送，保證了單片機能在DMA傳送期間的正常工作。實踐證明，該系統(tǒng)可方便用于信號的高速采集，并可作為單片機控制系統(tǒng)與軟盤驅動器的接口。