武汉理工大学自动化学院  唐穗欣

一、引言
由于在C8051F060单片机中采用了双16位模数转换器（ADC），采集速度较之前面产品有了大幅度提高，CPU既要控制 ADC信号采集，又要队ADC的转换数据进行存储控制。这样一来，CPU对于实时采集的信号不能加以迅速处理，甚至发生在数据缓冲器里数据重叠并丢失的现象，造成整个系统的性能下降，因而，采取了DMA存储技术，以缓解CPU的工作压力。

二、 C8051F060简介
C8051F060（简称060）是美国德州Cygnal公司推出的一种混合信号SOC型8位单片机，它属于 C8051F系列中的F06x子系列，其性价比在目前应用领域极具竞争力。其模拟外设包括：两个由DMA控制的16位1Msps 的ADC、一个10位逐次逼近型(SAR)ADC，可多达8个外部输入，可编程为单端输入或差分输入、两个12位DAC、内部高精度基准电源、一个温度传感器、三个模拟比较器以及精确的VDD监视器和欠压检测器。数字外设包括：8个8位的I/O端口、五个16位定时/计数器、两个可同时使用硬件SMBus (I2C兼容)、SPI及两个增强型UART串口、可编程的16位计数器/定时器阵列(PCA)、六个捕捉/比较模块、专用的看门狗定时器。此外，高速 8051位控制器内核，流水线式指令结构使其速度可达25MIPS，存储器部分为片内4352字节数据RAM和64KB Flash程序存储器可作非易失性存储，此外外部可扩展64KB数据存储器接口。
三、C8051F060中的DMA介绍
1、DMA原理
DMA 是一种新型的存储技术，在DMA传送方式下，数据的传送不经过CPU，由DMA控制器来实现内存和外设，外设和外设之间的直接快速传送。它多用于需要高速大批量数据传送的系统中，以提高数据的吞吐率。但是，DMA传送方式的优点是以增加系统硬件的复杂性和成本为代价的。
2、DMA接口技术
C8051F060 单片机种的DMA是配合着两个模数转换器ADC0 和ADC1 来使用，它把ADC0和ADC1转换结果直接存到XRAM的一个专门的区域。DMA接口是由特殊功能寄存器（SFR）来配置使用的。在DMA中，有一个指令缓冲器，可编入多达64条DMA指令来对DMA 产生一连串的操作。这个指令缓冲器可有DMA控制逻辑来访问。这些DMA指令会告诉DMA控制逻辑将要存储那一个ADC的转换结果。值得注意的是，在开始 DMA接口前，务必把ADC的参考电压、逐次比较的时钟频率要设置好。
3、如何向指令缓冲器写指令
指令缓冲器是一个64字节的存储区域，能够写一些指令在里面，这些指令就成为DMA指令。如何向其中写指令是由特殊功能寄存器DMA0IPT和DMA0IDT控制。DMA0IPT寄存器控制的是地址，DMA0IDT控制的是数据，当在DMA0IDT区中读出或写入一条指令时，DMA0IPT寄存器指针将自动指向下一个指令区域。
4、数据存储的选择
DMA要存储的数据来自于AD转换的结果，分为ADC0的转换结果、ADC1的转换结果以及它们转换结果的差分输出。如何设定请见下列宏定义中所示：
#define DMA0_END_OF_OP       0x00       
// 不存储
#define DMA0_END_OF_OP_C     0x80       
// 不存储并继续转换
#define DMA0_GET_ADC0       0x10      
// 存储ADC0的转换结果
#define DMA0_GET_ADC1       0x20     
// 存储ADC1的转换结果
#define DMA0_GET_ADC01      0x30    
// 存储ADC0 和ADC1的结果
#define DMA0_GET_DIFF       0x40   
// 存储差分输出结果
#define DMA0_GET_DIFF1      0x60  
// 存储差分输出和ADC1结果5、数据存储器的编址与设置
DMA接口可设置为即可以访问内部数据存储器也可以访问外部存储器。但是，只有CPU不使用片内数据存储器时，DMA才可以对片内存储器进行访问，这样就保证了DMA和CPU在时序上不会冲突。
片外数据存储器的访问权由DMA0CF寄存器中的DMA0HLT为控制。当DMA0HLT=0时，片外数据存储器完全由DMA访问；当DMA0HLT=1 时，CPU访问片外数据存储器。当DMA和CPU都要求访问片外数据存储器时，DMA0HLT位由软件控制置‘1’或置‘0'。软件应检查DMA0XBY 位，它为‘0'时，DMA没有在访问片外数据存储器，为‘1'时，表明DMA正在访问片外数据存储器。当DMA0HLT=‘0'时，CPU不能访问外部数据存储器。这时，CPU好像仍然继续访问片外数据存储器，但是，数据却不能从片外数据存储器读出或写入。当CPU访问完片外数据存储器后，要把 DMA0HLT设为‘0'，以便DMA接口能访问外部数据存储器。DMA控制逻辑将总是等到DMA0HLT=‘0'时，才存数据到片外数据存储器。如果在新的数据到来时DMA接口上的数据还没有被写入片外数据寄存器，那么，新来的数据将丢失。
DMA将数据写在片外数据存储器的哪个地方是由数据地址指针寄存器DMA0DSH和DMA0DSL来决定，DMA0DSH和DMA0DSL组成16位地址。在写数据之前，DMA0DSH和DMA0DSL被初始化为DMA0DAH和DMA0DAL。当写入一个数据后，数据地址寄存器将自动加‘1'。

6、中断源
DMA有多个中断源，并且一些中断源在需要时可单独使用，DMA控制寄存器（DMA0CN）和配置寄存器（DMA0CF）包含了DMA的中断位。DMA中断如下表所示：

四、DMA寄存器
1、 DMA控制寄存器（DMA0CN)
MSB                                  LSB
DMA0EN：DMA允许位
当写数据时：0：禁用DMA 1：启动DMA
当读数据时：0：DMA口是空闲的 1：正在使用
DMA0INT：DMA操作完成标志位
0：DMA还没有完成所有操作  1：DMA完成所有操作
DMA0MD：DMA模式选择位 0：模式0 1：模式1
DMA0DE1：ADC1数据溢出错误标志位
0：数据未溢出  1：数据溢出，ADC1的转换结果丢失，软件清此位
DMA0DE0：ADC0数据溢出错误标志位
0：数据未溢出  1：数据溢出，ADC0的转换结果丢失，软件清此位
DMA0DOE：数据溢出警告中断使能位
0：禁止数据溢出警告中断  1：允许数据溢出警告中断
DMA0DO1：ADC1数据溢出警告标志位
0：ADC1没有数据溢出警告 1：ADC1有数据溢出警告，软件置0
DMA0DO0：ADC0数据溢出警告标志位
0：ADC0没有数据溢出警告 1：ADC0有数据溢出警告，软件置0
2、DMA配置寄存器（DMA0CF）
 MSB                                 LSB
DMA0HLT：阻止DMA访问片外数据存储器
0：DMA已经完成对片外数据存储器的访问 1：CPU已经完成对片外数据存储器的访问
DMA0XBY：片外数据寄存器忙标志
0：DMA没有正在使用片外数据存储器 1：DMA0正在访问片外数据存储器
位5-4：保留，置0
DMA0CIE：指令计数器溢出中断允许位
0：禁止指令计数器溢出中断  1：允许指令计数器溢出中断
DMA0CI：指令计数器溢出标志位
0：指令计数器还未溢出 1：指令计数器已经溢出，软件清0
DMA0EOE：操作结束中断使能位
0：禁止操作结束中断  1：允许操作结束中断
DMA0EO：操作结束标志位
0：操作结束指令还未收到  1：操作结束指令已经收到，软件清0此位
3、DMA指令写数据寄存器（DMA0IDT）
MSB                               LSB
CCNV：连续转换位
0：禁止连续转换位  1：允许连续转换，指令计数器忽略，转换继续
DIFFSEL：等差分输出数据位
0：不收集差分输出数据   1：等待差分输出数据并储存至片外数据存储器
ADC1EN：等ADC1的数据
0：不收集ADC1数据 1：等待ADC1数据并储存至片外数据存储器
ADC0EN：等ADC0的数据
0：不收集ADC0数据 1：等待ADC0数据并储存至片外数据存储器
位3-0：保留 ，置0
五：软件编程
1、DMA初始化程序
void DMA0_Init (unsigned int XRAM_START_ADD,unsigned int NUM_SAMPLES)
{
   char old_SFRPAGE = SFRPAGE;           
//储存当前寄存器页
   SFRPAGE = DMA0_PAGE;               
// 切换到DMA0特殊功能寄存器页
   DMA0CN = 0x00;                      
// 禁止DMA接口
 DMA0DA = XRAM_START_ADD;       
// 设置数据存储器开始值
   DMA0CT = NUM_SAMPLES;          
// 获取采样点
   DMA0IPT = 0x00;                    
// 设置向指令缓冲器中写指令的开始区域为0
   DMA0IDT = DMA0_GET_ADC01;     
// DMA 存ADC0的转换数据
   DMA0IDT = DMA0_END_OF_OP;         
   DMA0BND = 0x00;                 
// 设置指令开始执行地址为0
   DMA0CN = 0x80;                  
//设置为模式0, 开始执行指令
   SFRPAGE = old_SFRPAGE;         
// 恢复刚才的特殊功能寄存器页
}
   2、DMA调用方法：
EMIF_Init ();                           
// 外部数据存储器接口初始化
    SFRPAGE = CONFIG_PAGE;    
// 置DMA配置寄存器页为当前页
    ADC0_Init ();                         
// ADC0初始化
 ADC1_Init ();                        
// ADC0初始化
    Timer3_Init (SYSCLK/SAMP_RATE);   
// 定时器3初始化设出采样率 
EA=0;                             
// 关中断  
 for(x=0;x<4096;x++)XBYTE[x]=0xff;
//清内部数据寄存器
    SFRPAGE = DMA0_PAGE;          
// 置DMA0寄存器页为当前页
 DMA0_Init (0x0000,512);           
//DMA0初始化
 while (!(DMA0CN & 0x40));        
//开DMA接口，准备储存数据
结束语
C8051F060内部DMA技术的开发利用大大提高了CPU的数据采集速率，解决了以往CPU不能对实时采集的信号加以迅速处理、数据缓冲器里发生数据重叠并丢失、系统性能下降等现象。为高速大批量数据传送的系统提供了方便。

参考文献：
[1]潘琢金，施国君。C8051FXXX高速SOC单片机原理及应用[M].北京航空航天大学出版社，2002
[2]许爱均，彭秀华。单片机高级语言C51应用程序设计  北京：电子工业出版社  2002