PC機中外設(shè)與內(nèi)存儲器之間數(shù)據(jù)直接傳輸?shù)腄MA功能以其高效,、高速,、CPU資源占用少等特點已被廣泛應(yīng)用,，這一功能通過安裝在主板上的專用DMA控制器芯片或集成在外圍控制芯片來實現(xiàn),。單片機的應(yīng)用領(lǐng)域也常常需要有高速數(shù)據(jù)傳輸或數(shù)據(jù)采集,，雖然近些年單片機速度有所提高，仍然無法應(yīng)付類似單脈沖信號捕獲,、周期信號頻譜分析等需要采用高速A/D的場合,。對于速率在100ksps以上的數(shù)據(jù)采集或傳輸一般的中斷查詢法就不易實現(xiàn)，因此考慮通過直接存儲存取操作才能完成,。然而單片機內(nèi)部設(shè)計通常不具有DMA功能,，也沒有現(xiàn)成的控制芯片可以利用。而目前通用DSP芯片對于開發(fā)小型儀器儀表而言價格過高,。
　　數(shù)字式磁通表主要應(yīng)用在對恒定磁場的磁感應(yīng)強度或脈沖場磁感應(yīng)強度峰值的測量,。是采用閉合線圈作為探測線圈，穿過線圈的磁通Φ變化時,，探測線圈中感應(yīng)電動勢： 瞬間將線圈由0磁場移到磁場最大點,，記錄下整個過程中感應(yīng)電動勢ε的變化。變化過程結(jié)束后用軟件對ε進行積分,，計算出磁感應(yīng)強度。本設(shè)計所需解決的是在瞬間記錄下ε的變化曲線,。
　　本文討論一種采用數(shù)字邏輯電路設(shè)計的DMA控制電路,。結(jié)合在“數(shù)字式磁通表”中的實際應(yīng)用，給出高速A/D芯片MAX153與89C51單片機系統(tǒng)DMA接口電路的主要原理圖和主程序流程。
1 系統(tǒng)構(gòu)成
　　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示,。

　　設(shè)計采用89C51單片機芯片組成的單片機系統(tǒng),，外部64K RAM采用62512芯片，存儲器的全部64K地址范圍允許作為外設(shè)的A/D轉(zhuǎn)換電路在DMA周期寫入,，以及單片機在非DMA周期讀出寫入,。RAM的數(shù)據(jù)線和地址線由總線切換電路來控制，選擇連接單片機系統(tǒng)總線或連接A/D轉(zhuǎn)換電路的數(shù)據(jù)輸出和地址發(fā)生器輸出地址,?？偩€切換電路不僅切換地址線和數(shù)據(jù)線，同時切換RAM的寫控制線WRI,，控制實現(xiàn)DMA周期外設(shè)寫入和非DMA周期的單片機寫入,。RAM讀控制線接單片機/READ。
　　DMA周期時,，RAM的寫入地址由地址發(fā)生器產(chǎn)生,。它是一個可預(yù)置數(shù)的16位二進制計數(shù)器。其溢出信號作為DMA周期的結(jié)束控制和結(jié)束標志,。
2 硬件組成
　　· 單片機芯片
　　采用ATMEL公司的89C51,，片內(nèi)有4K字節(jié)FLASH ROM。設(shè)計使用其最大時鐘頻率20MHz,，可以有1μs以下的指令周期,。
　　· A/D轉(zhuǎn)換器
　　采用MAXIM公司的MAX153芯片，轉(zhuǎn)換精度8bit并行輸出,，轉(zhuǎn)換時間660ns,、采集速率1Msps。設(shè)計采用循環(huán)采集方式,。
　　· 靜態(tài)RAM
　　靜態(tài)RAM62512芯片為64Kbytes,，典型存取時間200ns。
　　· 總線(數(shù)據(jù)線,、地址線和WR)切換電路
　　總線切換采用74HC245三態(tài)總線收發(fā)器并聯(lián),，分別選通。如圖2所示,。

　　· 寫地址產(chǎn)生電路
　　DMA寫地址產(chǎn)生電路是一可預(yù)置數(shù)的16位2進制計數(shù)器,，電路是采用四片4位可預(yù)置計數(shù)器74HC569級連方式。因此可以預(yù)置16位地址的初值,，就是DMA傳輸數(shù)據(jù)塊的起始地址,。計數(shù)脈沖反向輸入74HC569的CP端以保證寫操作的時序。
3 工作原理
3.1 DMA允許與響應(yīng)
　　單片機系統(tǒng)開機運行時或進行內(nèi)部數(shù)據(jù)處理,、顯示時應(yīng)置P1.0高,，使其處于DMA禁止狀態(tài),。單片機完成初始化或進入DMA準備就緒狀態(tài)時，先向地址發(fā)生器寫入數(shù)據(jù)塊的起始地址,，將地址溢出標志位置零,，再發(fā)出DMA允許信號釋放RAM的控制權(quán)，等待DMA結(jié)束標志和DMA控制信號,。當(dāng)DMA允許為1且地址計數(shù)器溢出標志為0時,，進入DMA預(yù)備狀態(tài)，等待外部觸發(fā)信號輸入,。DMA觸發(fā)信號可以是周期信號的過零脈沖,，也可以是單脈沖信號放大整形輸出，或者是A/D轉(zhuǎn)換完成信號,。DMA控制部分如圖3所示,。本設(shè)計采用將感應(yīng)電動勢信號放大整形，其脈沖前沿觸發(fā),。DMA允許后的第一個觸發(fā)脈沖到來,，D觸發(fā)器輸出Q為1。開通四輸入端與非門輸出與振蕩器同頻同相的周期信號,，開始數(shù)據(jù)采集和傳送,。由NE555和阻容元件組成的方波振蕩器的振蕩頻率決定采樣頻率的大小，其頻率應(yīng)小于等于A/D轉(zhuǎn)換器的最大轉(zhuǎn)換速率1Msps,。與非門輸出信號同時作為RAM寫信號,、A/D芯片讀/RD，經(jīng)反相后作為地址計數(shù)器的計數(shù)輸入,。

3.2 數(shù)據(jù)線與地址線的控制
　　總線的選擇控制由DMA允許信號控制兩組74HC245三態(tài)總線收發(fā)器,，使其分別處于開通和高阻狀態(tài)。此兩組總線收發(fā)器一端并接至RAM,，另一端分別接單片機系統(tǒng)總線和A/D轉(zhuǎn)換外部總線,。當(dāng)DMA禁止周期時DMA允許信號為低，選通系統(tǒng)總線允許單片機對RAM進行讀寫操作,。反之當(dāng)DMA周期時DMA允許信號為高,，選通外部總線允許DMA控制器對RAM寫操作。數(shù)據(jù)線有8根(D0～D7),，對數(shù)據(jù)線的切換需要兩片74HC245,，而地址線有16根(A0～A15)，切換地址線需要4片74HC245才可以,。另外還需兩片用以對RAM的讀寫線的切換,，對讀寫線的控制采用相同的方法，也是由DMA允許進行兩周期的控制權(quán)切換,。
3.3 DMA塊數(shù)據(jù)傳輸
　　與非門輸出1MHz的振蕩信號,，連接A/D芯片/RD腳,，在低電平開始時已采集的數(shù)據(jù)被輸出到數(shù)據(jù)線。地址計數(shù)器被設(shè)計為下降沿觸發(fā),，因此下降沿開始后地址計數(shù)器將在預(yù)設(shè)的起始地址的基礎(chǔ)上加1，形成新的地址輸出至地址線,。數(shù)據(jù)和地址的形成均在下降沿后的160ns(由74HC系列計數(shù)器性能參數(shù)可知其最大傳輸延遲時間為40ns,，有四片級連總計160ns。由MAX153CPP的手冊可知其讀寫模式下Data－AccessTime為160ns)內(nèi)完成,，其小于振蕩信號低電平停留時間500ns,。在下一個振蕩的下降沿到來之前數(shù)據(jù)地址保持不變，在此后的上升沿時數(shù)據(jù)被寫入RAM的指定地址,，第二個下降到來后重復(fù)這樣的過程,，地址計數(shù)器加1形成新的地址和讀出A/D轉(zhuǎn)換器中新的數(shù)據(jù)，再寫入儲存器,。工作時序參見圖4,。

3.4 響應(yīng)過程的結(jié)束
　　DMA過程的結(jié)束設(shè)計在地址溢出時。設(shè)計利用地址計數(shù)器的溢出位,，當(dāng)?shù)刂芬绯黾创笥?FFFF)H時溢出位為1,，經(jīng)反向器反向后至四輸入端與非門的輸入端，使其輸出常為高而達到封鎖的目的,。直到單片機系統(tǒng)重新初始化地址計數(shù)器,，清溢出標志，并重新DMA允許后才能再次進入DMA準備就緒狀態(tài),。
4 軟件設(shè)計(主流程)
　　主程序流程圖見圖5,。