1、引言

　　許多單片機控制系統中，信息的實時處理往往需要數據的批量傳送。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，每次傳送數據都需要單片機執行若干條指令，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據存入片外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。可見，即使不考慮單片機的其它運算，其數據傳送速度也只能達到 250Kbyte／s。對于象高速數據采集等需要成批交換數據的場合，速度實在是太慢了。為了實現單片機與高速外設的數據交換，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，實現了單片機控制系統的DMA數據傳送。

　　2、幾點說明

　　對于單片機控制系統中簡單的DMA數據傳送，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。但對于復雜的單片機控制系統，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總線來實現數據的DMA傳送，更不能因數據傳送而中斷CPU的工作。為此要求：

　　（1）當單片機控制系統需與高速外設交換數據時，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據存儲器系統，數據交換時CPU只出借擴展數據存儲器作為DMA數據交換的存儲器。

　　（2）為便于單片機控制系統與高速數據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。

　　（3）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，在高速數據采集等情況下，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，包括對外部數據存儲器的訪問。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的數據口。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。雖然存取一次數據要用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，為數據的DMA傳送創造了條件。

　　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所示的單片機數據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

　　單片機控制系統開機后，首先要對8155和8237初始化。

　　8155初始化。8155只有1個狀態寄存器，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的數據口，存數據時，3F00H的值為0DH；取數據時，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。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的特點，通常初始化8237的內容包括：

　　（1）決定DMA的工作通道；

　　（2）數據按成組方式傳送；

　　（3）確定訪存首地址及地址的增減變化；

　　（4）傳送字節數；

　　（5）確定請求信號和應答信號的有效電平；

　　（6）屏蔽。

　　3．2．2　DMA傳送

　　系統完成初始化之后即進入正常工作狀態。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。

　　（3）傳送結束，8237輸出信號，單片機檢測到2次中斷的發生，使8155的PC5置0，恢復控制系統的原有工作狀態。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，實現了單片機控制系統的數據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，該系統可方便用于信號的高速采集，并可作為單片機控制系統與軟盤驅動器的接口。