單片機(jī)控制系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)DMA數(shù)據(jù)傳送的方法

1　引　言　　

許多單片機(jī)控制系統(tǒng)中，信息的實(shí)時(shí)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(shù)，它們都是依靠程序控制，每次傳送數(shù)據(jù)都需要單片機(jī)執(zhí)行若干條指令，因而傳輸速率受單片機(jī)指令運(yùn)行速度的限制。例如，51系列單片機(jī)將外設(shè)某一數(shù)據(jù)存入片外RAM，至少要運(yùn)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(shí)鐘，則需4μs。可見(jiàn)，即使不考慮單片機(jī)的其它運(yùn)算，其數(shù)據(jù)傳送速度也只能達(dá)到 250Kbyte／s。對(duì)于象高速數(shù)據(jù)采集等需要成批交換數(shù)據(jù)的場(chǎng)合，速度實(shí)在是太慢了。為了實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與高速外設(shè)的數(shù)據(jù)交換，應(yīng)用接口擴(kuò)展電路和DMA 控制器，在幾乎不占用單片機(jī)資源的情況下，實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)控制系統(tǒng)的DMA數(shù)據(jù)傳送。

2 幾點(diǎn)說(shuō)明　　

對(duì)于單片機(jī)控制系統(tǒng)中簡(jiǎn)單的DMA數(shù)據(jù)傳送，只要應(yīng)用雙向RAM作為外存儲(chǔ)器或應(yīng)用簡(jiǎn)單的門控電路就可實(shí)現(xiàn)。但對(duì)于復(fù)雜的單片機(jī)控制系統(tǒng)，要解決高速外設(shè)和低速CPU之間的矛盾，就不能象微機(jī)那樣通過(guò)出借系統(tǒng)總線來(lái)實(shí)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：

（1）當(dāng)單片機(jī)控制系統(tǒng)需與高速外設(shè)交換數(shù)據(jù)時(shí)，單片機(jī)只能作簡(jiǎn)單的響應(yīng)，不能長(zhǎng)時(shí)間中斷工作。解決的辦法是采用擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器系統(tǒng)，數(shù)據(jù)交換時(shí)CPU只出借擴(kuò)展數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器作為DMA數(shù)據(jù)交換的存儲(chǔ)器。

（2）為便于單片機(jī)控制系統(tǒng)與高速數(shù)據(jù)采集或軟磁盤驅(qū)動(dòng)器等外設(shè)的連接，其DMA控制方式應(yīng)具有一致性，符合通用接口標(biāo)準(zhǔn)。

信號(hào)線共6條，即：
    DMA請(qǐng)求信號(hào)DREQ；
    DMA響應(yīng)回答信號(hào)DACK；
    DMA傳送過(guò)程結(jié)束信號(hào)
    輸入/輸出設(shè)備讀寫信號(hào)線
    輸入/輸出設(shè)備準(zhǔn)備就緒信號(hào)線READY。

（3）DMA傳送控制與接口盡量不占用單片機(jī)的前處理任務(wù)的緩急情況，相應(yīng)對(duì)DMA請(qǐng)求作出應(yīng)答，對(duì)DMA請(qǐng)求的應(yīng)答并不占用單片機(jī)的資源。

3　電路實(shí)現(xiàn)原理

3．1　存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路　

51系列單片機(jī)的外部存儲(chǔ)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(jì)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(duì)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的訪問(wèn)。這就要求對(duì)存儲(chǔ)容量進(jìn)行擴(kuò)展。將擴(kuò)展的存儲(chǔ)器用于DMA，原有的存儲(chǔ)器繼續(xù)作為工作存儲(chǔ)器。下面以圖3—1所示存儲(chǔ)器擴(kuò)展電路為例說(shuō)明存儲(chǔ)器擴(kuò)展的原理。為說(shuō)明問(wèn)題的方便，省去了編碼電路，只以單片機(jī)的P2．7和P2．6作為片選線，下一節(jié)的DMA控制電路也簡(jiǎn)單以P2．5作片選線。因而特此說(shuō)明，原理電路中各寄存器的端口地址不惟一。

8155芯片內(nèi)具有256字節(jié)的RAM，2個(gè)8位（PA和PB）、1個(gè)6位（PC）可編程I／O口。編程設(shè)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(kuò)展存儲(chǔ)器6264時(shí)，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(jī)對(duì)DMA請(qǐng)求的應(yīng)答線）。通過(guò)讀寫 PA口即可完成擴(kuò)展存儲(chǔ)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(kuò)展了存儲(chǔ)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(chǔ)器擴(kuò)展方式，通過(guò)選用不同的擴(kuò)展芯片或選用多個(gè)擴(kuò)展芯片，可大大擴(kuò)展存儲(chǔ)器的容量，如采用8255并口擴(kuò)展芯片，即可擴(kuò)展64K的存儲(chǔ)容量。

3．2　DMA控制電路

利用通用DMA控制器構(gòu)成了圖3—2所示的單片機(jī)數(shù)據(jù)DMA傳送通道，它提供了4通道標(biāo)準(zhǔn)的DMA傳送接口信號(hào)，其工作過(guò)程為：

3．2．1　初始化

單片機(jī)控制系統(tǒng)開(kāi)機(jī)后，首先要對(duì)8155和8237初始化。

8155初始化。8155只有1個(gè)狀態(tài)寄存器，通過(guò)對(duì)地址3F00H賦值，即可設(shè)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(shí)，3F00H的值為0DH；取數(shù)據(jù)時(shí)，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(shí)，8237的端口讀寫控制線與單片機(jī)的讀寫線分別接通。通過(guò)對(duì)地址5F00H～5FFFH（8237的內(nèi)部寄存器端口地址）的設(shè)定，完成8237的初始化。

針對(duì)單片機(jī)控制系統(tǒng)的特點(diǎn)，通常初始化8237的內(nèi)容包括：
    （1）決定DMA的工作通道；
    （2）數(shù)據(jù)按成組方式傳送；
    （3）確定訪存首地址及地址的增減變化；
    （4）傳送字節(jié)數(shù)；
    （5）確定請(qǐng)求信號(hào)和應(yīng)答信號(hào)的有效電平；
    （6）屏蔽。

3．2．2　DMA傳送

系統(tǒng)完成初始化之后即進(jìn)入正常工作狀態(tài)。若有DMA請(qǐng)求，即可進(jìn)行DMA傳送過(guò)程。

（1）8237接收到DMA請(qǐng)求信號(hào)DREQ后，輸出“總線”請(qǐng)求信號(hào)HOLD，引起單片機(jī)中斷，中斷響應(yīng)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(jī)控制。

8155的PC5由0變1；門控電路使8237的存儲(chǔ)器讀寫線與6264的讀寫線接通，完成DMA通道的連接。同時(shí)，8155的PC5作為CPU對(duì)DMA請(qǐng)求的回應(yīng)，啟動(dòng)了DMA傳送過(guò)程。

（2）8237輸出DACK回答信號(hào)，開(kāi)始DMA傳送。

（3）傳送結(jié)束，8237輸出信號(hào)，單片機(jī)檢測(cè)到2次中斷的發(fā)生，使8155的PC5置0，恢復(fù)控制系統(tǒng)的原有工作狀態(tài)。同時(shí)為下次DMA傳送作好了準(zhǔn)備，并通知外設(shè)本次DMA傳送結(jié)束。

4 結(jié)　論

通過(guò)存儲(chǔ)器擴(kuò)展，在僅占用單片機(jī)幾十個(gè)存儲(chǔ)空間和一個(gè)中斷源的情況下，實(shí)現(xiàn)了單片機(jī)控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)DMA傳送，保證了單片機(jī)能在DMA傳送期間的正常工作。實(shí)踐證明，該系統(tǒng)可方便用于信號(hào)的高速采集，并可作為單片機(jī)控制系統(tǒng)與軟盤驅(qū)動(dòng)器的接口。

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