基于单片机的IDE硬盘接口设计方案分析

基于单片机的IDE硬盘接口设计方案分析摘要：本文提出了一种用单片机扩展8255来控制ide硬盘的方法，并给出了完整的硬件和软件设计方案，详细讨论并解决了控制过程中所遇到的问题，较好的实现了对硬盘的存取操作。

关键词：单片机；ide；硬盘接口
【中图分类号】 tp368.1 【文献标识码】 b【文章编号】1671-1297（2012）09-0326-01
一方案比较
由于本系统是与硬盘存储相连，所以单片机的选择也很重要，考虑到硬盘是以扇区来存储数据的，并要保留设置参数，不易掉电，因此有三种方案：
方案一：采用比较熟悉的80c51单片机，须外扩掉电不丢失的eeprom存储器。

方案二：采用内部带有eeprom、片内ram 256b的单片机，如winbond公司的w78e52单片机。

方案三：采用atmel公司生产的内部带有片内ram512b的单片机，在实现扇区读写时，可以不用外扩数据存储器。

方案比较：方案一对于初学者来讲，80c51单片机再熟悉不过了，当为首选，但外扩存储器会增加硬件电路的复杂性，并占用单片机的i/o口。

方案三，虽说在扇区一次读取时，不用外扩数据存储器，但考虑到对初学单片机的来说，需要先熟悉其精简指令，在实现其功能时，需要一段时间。

对于方案二，虽说w78e52片内只有256b，
但考虑到本系统是把数据进行即时读写处理，所以不需要在掉电的时候保存读取的数据，因此从整个系统的开发时间和成本来说，方案三不适合。

为了比较在附录中我给出了at90s8515p控制硬盘接口的电原理图，以做参考。

本系统选用winbond公司的w78e52。

它是整个系统的控制核心，完成对ide硬盘，8255的初始化，接收单片机处理的数据并存储在硬盘上。

w78e52是一款完全与8051兼容的8位单片机，片内rom 8k，片内ram 256b，适合硬盘数据的快速传输，它增加了watchdog timer 和内部电源管理等功能，并且是目前少数可运行在最高40mhz晶振的单片机之一。

本系统中的单片机w78e52运行在40mhz晶振下，以提高运行速度。

所以方案二较好。

二各单元电路方案
本系统要控制ide驱动器，ide驱动器有40个引脚，而单片机i/o口有限，而且，单片机还要用于其它功能的实现和控制。

方案比较：
直接用i/o口通过74ls373锁存，74ls244驱动来控制ide驱动器接口。

要用到两个i/o口。

通过扩展i/o口芯片来扩展有限的i/o口，可以减少单片机资源的利用。

如：8255可编程i/o接口芯片。

因此从资源利用来说，方案二较好。

所以需要外扩i/o口。

i/o口扩展方式主要有两种：总线扩展法和串行口扩展法。

在这里，用总线扩展法。

总线扩展法又分为简单i/o接口扩展和可编程
i/o接口扩展。

本系统采用8255芯片来实现i/o口的扩展。

8255a可编程i/o接口扩展
本系统采用可编程8255a并行i/o扩展口。

8255a是intel公司生产的可编程输入输出接口芯片，它具有3个8位的并行i/o口，具有三种工作方式，可通过程序改变其功能，因而使用灵活，通用性强，可作为单片机与多种外围设备连接时的中间接口电路。

内部结构：8255内部包括三个并行数据输入/输出端口，两个工作方式控制电路，一个读/写控制逻辑电路和8位总线缓冲器。

各部分功能概括如下：
工作方式控制电路：工作方式控制电路有两个，一个是a组控制电路，另一个是b组控制电路。

这两组控制电路具有一个控制命令寄存器，用来接受中央处理器发来的控制字，以决定两组端口的工作方式，也可根据控制字的要求对c口按位清“0”或者按位置“1”。

a组控制电路用来控制a口和c口的上半部分（pc7-pc4）。

b组控制电路用来控制b口和c口的下半部分（pc3-pc0）。

总线数据缓冲器：总线数据缓冲器是一个三态双向8位缓冲器，作为8255与系统总线之间的接口，用来传送数据、指令、控制命令以及外部状态信息。

读/写控制逻辑电路：
读/写控制逻辑电路接受cpu发来的控制信号rd、wr、reset、地址信号a1-a0等，然后根据控制信号的要求，将端口数据读出，
发往cpu，或者将cpu送来的数据写入端口。

工作方式0：
工作方式0是一种基本的输入/输出工作方式，在这种方式下，三个端口都可以由程序设置为输入或输出，没有固定的用于应答的联络信号。

其基本的功能可概括如下：
可具有两个8位端口（a、b）和两个4位端口（c口的上半部分和下半部分）。

任何一个端口都可以设定为输入或者输出，各端口的输入、输出可构成16种组合。

数据输出时可以锁存，输出时不锁存。

按照方式0工作时，cpu 可以通过简单的传送指令对人以一个端口进行读/写，这样各端口就可以作为查询式输入/输出接口。

按照查询方式工作时，a口、b 口可作为两个数据输入/输出端口，c口的某些位可作为这两个端口的控制/状态信号端。

工作方式1是一种选通式输入/输出工作方式。

在这种工作方式下，选通信号与输入/输出数据一起传送，由选通信号对数据进行选通。

其基本功能可概括如下：
3个端口分为两组，即a组和b组。

每一组包括一个8位数据端口和一个4位的控制/状态端口。

每一个8位数据端口均可设置为输入或者输出，输入输出均可锁存。

4位端口作为8位数据端口的控制/状态信号端口。

本系统能够用到的工作方式0、1，所以就不用介绍工作方式2。

8255a在投入工作前必须设定工作方式，工作方式有初始化程序对8255a的控制寄存器写入控制字来决定。

控制字共有两种。

8255的连接是同过w78e52的po口进行i/o扩展，用74ls573锁存器来确定8255的3个i/o口的地址，本系统中8255的a口起始地址是ff7ch ，b口的起始地址是ff7dh，c口的起始地址是
ff7eh，控制口的起始地址是ff7fh。

在进行数据读写时首先确定8255的工作方式，用哪个口进行数据传输，本系统才用工作方式0、1进行数据读取，用movx dptr，#x和mov @dptr，a来进行数据操作和对硬盘的智能控制。

基于单片机的ide硬盘接口系统，除了单片机和硬件的连接外，还需要了解硬盘的结构，文件的存储格式，ide驱动器的端口定义和编程的种种细节问题，所以下面通过3、4、5 章来介绍硬盘的工作原理，fat文件系统，ide硬盘驱动器的原理。

参考文献
[1] 李华.《mcs-51系列单片机实用接口技术》.北京.北京航空航天大学出版社，1993 p71-79
[2] 陈利学，孙彪，赵玉连.《微机总线与接口设计》.成都.电子科技大学出版社，1988 p45-90
[3] 徐厚俊.《ide接口和ide硬盘驱动器》.新浪潮，1996.p17
[4] 吴宁，陈文革，张建.《微型计算机硬件技术基础》.高等教育出版社，2003.p280-283
作者简介：王莹，女，1983年出生，专业为电子信息工程，研究方向为电子电气控制。