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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，需要先熟悉其精簡指令，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。
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，需要先熟悉其精簡指令，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。