單片機控制系統(tǒng)中實現(xiàn)DMA數(shù)據(jù)傳送的方法

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(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(shè)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(shè)的數(shù)據(jù)交換，應(yīng)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(yīng)用雙向RAM作為外存儲器或應(yīng)用簡單的門控電路就可實現(xiàn)。但對于復(fù)雜的單片機控制系統(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：

（1）當(dāng)單片機控制系統(tǒng)需與高速外設(shè)交換數(shù)據(jù)時，單片機只能作簡單的響應(yīng)，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(qū)動器等外設(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)。

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

（3）DMA傳送控制與接口盡量不占用單片機的前處理任務(wù)的緩急情況，相應(yīng)對DMA請求作出應(yīng)答，對DMA請求的應(yīng)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(nèi)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(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(yīng)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(gòu)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(biāo)準(zhǔn)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(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，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(nèi)部寄存器端口地址）的設(shè)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(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）確定請求信號和應(yīng)答信號的有效電平；
    （6）屏蔽。

3．2．2　DMA傳送

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

（1）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(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(yīng)，啟動了DMA傳送過程。

（2）8237輸出DACK回答信號，開始DMA傳送。

（3）傳送結(jié)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(fù)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(zhǔn)備，并通知外設(shè)本次DMA傳送結(jié)束。

4 結(jié)　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(qū)動器的接口。

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