淺談增強并行口EPP的便攜式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)應(yīng)用

利用傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)并行口（SPP）或RS232進行數(shù)據(jù)傳輸，其速度和靈活性受到很大限制。簡并行過程（Simplified Parallel Process）是基于CMMI以及軟件工程和項目管理知識而創(chuàng)作的一種軟件過程改進方法和規(guī)范,它由眾多的過程規(guī)范和文檔模板組成。SPP主要用于指導(dǎo)國內(nèi)IT企業(yè)持續(xù)地改進其軟件過程能力。通常可選擇Nibble（4bits）或Byte（8bits）的方式進行輸入數(shù)據(jù)，還有一種Bi-directiONal的雙向傳輸方式，這種方式需硬件支持。SPP硬件是由8條數(shù)據(jù)線，4條控制線和5條狀態(tài)線所組成，它們分別對應(yīng)三個不同的寄存器來進行數(shù)據(jù)的讀寫操作。而增強型并行端口EPP（Enhanced Parallel Port）不但與SPP兼容，而且其最高傳輸速率可達ISA總線的能力（2MHz）。由于便攜式計算機日益普及，基于EPP協(xié)議開發(fā)的便攜式微機采集系統(tǒng)將會是一個發(fā)展趨勢。

通常，低速的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可不需要板上的數(shù)據(jù)緩存區(qū)。數(shù)據(jù)采集通常有兩種解釋：一種是指盤點機、掌上電腦等終端電腦設(shè)備；另外一種是指網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集用的軟件。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括了：可視化的報表定義、審核關(guān)系的定義、報表的審批和發(fā)布、數(shù)據(jù)填報、數(shù)據(jù)預(yù)處理、數(shù)據(jù)評審、綜合查詢統(tǒng)計等功能模塊。其管腳功能如圖1所示。它不但提供了存儲空間作為數(shù)據(jù)的緩沖，而且還在EPP并行總線和A/D轉(zhuǎn)換器之間充當(dāng)一彈性的存儲器，因而無需考慮相互間的同步與協(xié)調(diào)。FIFO的優(yōu)點在于讀寫時序要求簡單，內(nèi)部帶有讀寫的環(huán)形指針，在對芯片操作時不需額外的地址信息。隨著FIFO芯片存儲量的不斷增加和價格的不斷下降，它將成為傳統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲器件RAM、SRAM等的有力替代者。方案中的A/D轉(zhuǎn)換器采用了Analog Device 公司的AD1671,最大采集速率可達1.25MHz、12Bit無漏碼轉(zhuǎn)換輸出。

1 EPP協(xié)議簡介

EPP協(xié)議與標(biāo)準(zhǔn)并行口協(xié)議兼容且能完成數(shù)據(jù)的雙向傳輸，它提供了四種數(shù)據(jù)傳送周期：數(shù)據(jù)寫周期；數(shù)據(jù)讀周期；地址寫周期；地址讀周期。雖然用于域名是EPP最初的動因，但協(xié)議設(shè)計的目標(biāo)是可應(yīng)用于任何訂單和執(zhí)行體系。EPP協(xié)議基于XML（結(jié)構(gòu)化文本）格式，底層網(wǎng)絡(luò)傳輸是不固定的，雖 EPP泡沫然目前指定的唯一方法是通過TCP,但該協(xié)議的靈活性設(shè)計，同樣允許其使用如BEEP、SMTP、SOAP或其他方式傳輸。該協(xié)議由IETF的provreg工作組于2004年定稿，2009年8月，IETF認定了EPP的充分標(biāo)準(zhǔn)地位。

在設(shè)計中我們把數(shù)據(jù)周期用于便攜機與采集板之間的數(shù)據(jù)傳輸，地址周期用于地址的傳送與選通。表1列出了DB25插座在EPP協(xié)議中的各腳定義。

表1 EPP信號定義

圖2是一個數(shù)據(jù)寫周期的例子。

（1） 程序執(zhí)行一個I/O寫周期，寫數(shù)據(jù)到Port4（EPP數(shù)據(jù)寄存器）。

（2）nWrite變低，數(shù)據(jù)送到串行口上。

（3）由于nWait為低，表示可以開始一個數(shù)據(jù)寫周期，nDataSTB變低。

（4）等待外設(shè)的握手信號（等待nWait變高）。

（5）nDataSTB變高，EPP周期結(jié)束。

（6）ISA的I/O周期結(jié)束。

（7）nWait變低，表示可以開始下一個數(shù)據(jù)寫周期。

可以看到，整個數(shù)據(jù)傳送過程發(fā)生在一個ISA I/O周期內(nèi)，所以用EPP協(xié)議傳送數(shù)據(jù)，系統(tǒng)可以獲得接近ISA總線的傳輸率（500k~2M byte/s）。

2 AD1671控制及采集系統(tǒng)工作原理

圖3是AD1671的AD轉(zhuǎn)換時序圖

AD1671在Encode信號上升沿開始A/D轉(zhuǎn)換，Dav信號在本次轉(zhuǎn)換完成前一定時間變低，直到Dav出現(xiàn)上升沿表示本次轉(zhuǎn)換結(jié)束。為防止數(shù)字噪聲耦合帶來的誤差，Encode信號應(yīng)在Dav信號變低后50ns內(nèi)變低。系統(tǒng)中通過8254計數(shù)器對晶振進行分頻來給AD1671提供Encode信號，以滿足其工作時序的需要。系統(tǒng)原理圖如圖4所示。系統(tǒng)初始化時，向8254的Clock0寫入計數(shù)值，由此可以靈活改變采樣間隔，同時寫入Clock1的計數(shù)值用來控制采樣的個數(shù)。晶振采用5MHz有源四腳晶振，D觸發(fā)器實現(xiàn)觸發(fā)功能，系統(tǒng)工作原理如下：

系統(tǒng)初始化完成后，經(jīng)地址譯碼器產(chǎn)生Add2信號，使D觸發(fā)器狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，由低變到高，8254計數(shù)使能端Gate0、Gate1變高，8254開始方式2的計數(shù)。當(dāng)Clock0的計數(shù)時間到時，發(fā)出一個寬度為一時鐘周期的負脈沖，經(jīng)反向送入Encode,啟動AD1671進行A/D轉(zhuǎn)換。一次轉(zhuǎn)換結(jié)束，利用Dav信號將轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)寫入IDT7202,同時Clock1計數(shù)一次。當(dāng)Clock1計數(shù)時間到后，發(fā)出一個脈沖，用來實現(xiàn)對D觸發(fā)器的清零，使Gate0、Gate1變低，停止AD1671轉(zhuǎn)換，完成一次系統(tǒng)的采集工作。

3 FIFO與EPP的接口電路

圖5是EPP與IDT7202的接口電路

此電路是基于EPP1.9設(shè)計的。nDataSTB與nAddSTB組合產(chǎn)生nWait回送信號，實現(xiàn)連鎖握手。方案中分別用數(shù)據(jù)讀周期、地址讀周期對1#FIFO、2#FIFO進行讀取。EPP模式設(shè)定后，對FIFO存儲器的讀取非常簡單。通過產(chǎn)生一個單I/O讀指令到基址+4,EPP控制器就會產(chǎn)生所需的選通信號，用EPP數(shù)據(jù)讀周期傳送數(shù)據(jù)。對基址+3的I/O操作，可產(chǎn)生地址周期信號。

C語言指令如下：

讀一個字節(jié)數(shù)據(jù)：Data=Inportb（Base_Addr+4）；

讀一個字節(jié)地址： Data=Inportb（Base_Addr+3）；

實際應(yīng)用中FIFO的存取時間達到ns 級，EPP的速度也接近ISA總線的速率。上述接口電路屬于高頻，電路設(shè)計要注意消除干擾。FIFO的讀寫信源應(yīng)盡量靠近FIFO,沒用到的數(shù)據(jù)輸入端應(yīng)接地或VCC等。