基于51单片机的PC机硬盘驱动器接口分析

51单片机集成度高，控制、处理能力强，工作可靠稳定，已广泛应用于生产过程的自动检测、工业实时控制、机器人、通信、导航、医疗卫生和智能仪器仪表等领域。在这些应用中，特别是在工程信号的自动测试、分析中，常常需要记录、存储大量的数据，某些数据还需长期或永久保存。目前，单片机系统保存、记录数据的工具是随机存取存储器（RAM）。众所周知，RAM不能长久保存数据，51系列单片机系统的数据存储器最大只有64 KB，因此这些方法满足不了某些实际系统的要求。当前磁记录技术已非常成熟，硬盘记录、存储系统已成为计算机系统中的主流设备。它的存储容量大，存取速度高，可以永久性地保存数据，而价格却越来越低。将其应用于单片机系统，可使组成的系统性能大为提高。

IBM - PC计算机支持硬盘系统，主机与硬盘之间的接口技术已经标准化，已得到广泛的应用。用IBM - PC机的硬盘系统作为51系列单片机系统的数据存储设备，接口电路结构简单，无需专门设计硬盘的驱动电路，因而构成的应用系统性能价格比非常高。

一、接口电路的设计

IBM - PC机硬盘驱动器适配器简称硬盘控制器。它是一个智能部件，可接一个或两个硬盘，通过系统板上62脚I/O通道插槽与PC机相连。这62脚信号线在此只用了40脚，其中AO～A19为20位地址线；DO～D7是8位数据线；MEMR用于读硬盘的基本I/O程序；IOR和IOW分别为主机读、写硬盘控制器的控制信号；IRQ5、DRQ3分别为硬盘控制器的中断请求和DMA请求信号；DACK3为主机响应DMA时送给控制器的信号；另外还有一个复位硬盘控制器的RESET信号，一个DMA数据传送时禁止I/O操作的AEN信号和6根电源、地线。主机从硬盘读取数据或向硬盘写入数据均是通过向硬盘控制器提供的6个可访问的寄存器写入命令和控制字来实现的。因此，设计单片机与硬盘控制器的接口电路时，只要考虑以上信号的产生、接收，单片机数据存储器的扩展，DMA控制器的连接等问题即可。在PC机中，硬盘控制器的6个可访问的寄存器占用主机的I/O端口地址320—323H，信号的发送、接收均是通过这几个口地址寻址的。20根地址线实际只用了10根，51系列单片机有16根地址线，能满足地址译码的要求。51系列单片机不直接支持DMA数据传送方式，而硬盘控制器和数据存储器之间的数据必须采用DMA方式。在PC机中，主机对硬盘控制器的读／写操作是通过对I/0端口的读／写来实现的，而单片机系统没有I/O读／写指令，可采用存储器映射方式，将硬盘控制器的4个地址映射到外部数据存储器，这样控制器的IOR和IOW分别与单片机的WR和RD相连即可。硬盘控制器的中断请求信号IRQ5只用于硬盘操作结束信号，因此，此信号作为单片机的INT1。其他信号线的连接方式不赘述，本接口电路如图1- 91所示。