PSD813器件在單片機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用

隨著單片機(jī)系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，其功能不斷加強(qiáng)，集成度日益增高。但是，由于在傳統(tǒng)的單片機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中必須使用許多分立器件組成單片機(jī)的外圍電路，諸如地址鎖存器、ＰＬＤ、ＲＡＭ、ＥＰＲＯＭ等，因此使得整個(gè)系統(tǒng)變得十分復(fù)雜、可靠性降低、功耗費(fèi)用增高。由于各個(gè)系統(tǒng)的要求不盡一致，這樣在開發(fā)每一個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)時(shí)都必須重復(fù)設(shè)計(jì)以上外圍分立器件電路，延長(zhǎng)了開發(fā)時(shí)間，工作效率隨之大幅度下降，并且還浪費(fèi)了大量的人力、物力。隨著科學(xué)技術(shù)，尤其是大規(guī)模集成電路技術(shù)的飛速發(fā)展，單片機(jī)外圍集成芯片也隨之產(chǎn)生、發(fā)展。ＷＳＩ公司的可編程單片機(jī)通用外圍接口芯片（ＰＳＤ）可將單片機(jī)所需的多個(gè)外圍器件集成在一個(gè)芯片中，并能與單片機(jī)實(shí)現(xiàn)所謂無(wú)縫連接（ｎｏｇｌｕｅ），大大簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)、節(jié)省了資源，并且顯著地提高了系統(tǒng)的可靠性。由于ＰＳＤ系列產(chǎn)品迎合了單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)開發(fā)的要求，其先進(jìn)的設(shè)計(jì)思想給廣大的單片機(jī)開發(fā)者帶來(lái)了諸多好處，因此用ＰＳＤ或其他類似器件取代單片機(jī)外圍分立器件已經(jīng)成為單片機(jī)開發(fā)的一大趨勢(shì)。

1 ＰＳＤ８１３系列產(chǎn)品特點(diǎn)

作為ＰＳＤ系列中的最新成員，ＰＳＤ８１３系列器件秉承了以往幾代ＰＳＤ產(chǎn)品的優(yōu)良特性，同時(shí)又采用了新技術(shù)、新工藝，完善了以往ＰＳＤ器件的一些不足之處。ＰＳＤ８１３的閃速存儲(chǔ)器和可編程邏輯具有在線可編程特性，這對(duì)于實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、靈活的嵌入式設(shè)計(jì)方案具有很大的幫助。ＰＳＤ８１３器件還集成了優(yōu)化的“微控制器宏單元”邏輯結(jié)構(gòu)，它允許系統(tǒng)地址／數(shù)據(jù)總線與ＰＳＤ內(nèi)部寄存器直接相連，簡(jiǎn)化了ＭＣＵ和其外部器件之間的通信。除此以外，ＰＳＤ８１３還具有以下關(guān)鍵特性：

（１）１Ｍ位的內(nèi)部大容量ＦＬＡＳＨ ＲＯＭ，２５６Ｋ位的Ｅ２ＰＲＯＭ（８１３Ｆ１）或ＦＬＡＳＨ ＯＴＰＲＯＭ（８１３Ｆ２），１６Ｋ位ＳＲＡＭ，其中ＦＬＡＳＨＲＯＭ可配置為１２８Ｋ×８或６４Ｋ×８，并分為８?jìng)€(gè)大小相同的塊，可由用戶規(guī)定的地址訪問(wèn)，訪問(wèn)時(shí)間包括地址鎖存和ＰＬＤ譯碼。ＳＲＡＭ可配置為２Ｋ×８或１Ｋ×１６。

（２）閃速（ＦＬＡＳＨ）或Ｅ２ＰＲＯＭ／ＯＴＰ ＲＯＭ閃速存儲(chǔ)器的同時(shí)編程。在執(zhí)行來(lái)自一個(gè)存儲(chǔ)器的代碼的同時(shí)可對(duì)另一個(gè)編程，ＥＥＰＲＯＭ／閃速引導(dǎo)存儲(chǔ)器被分為四個(gè)大小相等的塊，可由用戶規(guī)定的地址訪問(wèn)。

（３）帶有基于閃速的１６個(gè)輸出宏單元和２４個(gè)輸入宏單元。因此ＰＳＤ８１３可有效地實(shí)現(xiàn)多種邏輯功能，包括用于內(nèi)部和外部控制的狀態(tài)機(jī)和地址譯碼器。這些邏輯功能要求微控制器軟件和硬件交互作用。內(nèi)置ＰＬＤ提供三種專用的外部芯片選擇輸出，從而允許多達(dá)１９個(gè)外部芯片選擇。

（４）２７個(gè)可重建的Ｉ／Ｏ端口可用作ＭＣＵ Ｉ／Ｏ、ＰＬＤ Ｉ／Ｏ、鎖存ＭＣＵ地址輸出或特殊Ｉ／Ｏ口以提供最多１９個(gè)外部片選信號(hào)，并且其中１６個(gè)Ｉ／Ｏ口可配置為漏極輸出。

（５）可編程的電源管理支持兩種單獨(dú)的低功耗工作方式，加之零功耗ＣＭＯＳ技術(shù)可允許用低至１０ｍＡ（在５Ｖ Ｖｃｃ時(shí)）的電流工作。器件可自動(dòng)檢測(cè)微控制器活動(dòng)的停止并使ＰＳＤ置入低功耗狀態(tài)。

（６）內(nèi)置的ＪＴＡＧ串口使得能在工廠或現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行器件的在系統(tǒng)編程調(diào)試。

由于ＰＳＤ８１３具有以上特性，故可以很方便地進(jìn)行Ｉ／Ｏ重建、擴(kuò)展微控制器地址空間等以往較為復(fù)雜的工作，并可通過(guò)編程進(jìn)行靈活的設(shè)計(jì)，以實(shí)現(xiàn)與不同類型的微控制器的兼容，使得單片機(jī)開發(fā)尤其是外圍電路設(shè)計(jì)變得簡(jiǎn)便。

2 ＰＳＤ８１３與單片機(jī)的連接

本文應(yīng)用實(shí)例是基于一臺(tái)全數(shù)字化心電圖機(jī)系統(tǒng)，如圖１所示。由于該系統(tǒng)的工作要求，采用了雙ＣＰＵ結(jié)構(gòu)（ＤＳＰ－８０Ｃ５５２），外帶１６０× １２８ＬＣＤ顯示、串行熱敏打印機(jī)、４×４鍵盤等外設(shè)，系統(tǒng)總線設(shè)計(jì)為８位。由于系統(tǒng)要求存儲(chǔ)大量的心電數(shù)據(jù)，故采用了５１２Ｋ的大容量ＳＲＡＭ。其中ＤＳＰ（ＴＩ公司的ＴＭＳ３２０Ｆ２０６）主要用于心電波形的濾波計(jì)算、分析及控制打印部分。８０Ｃ５５２用作主程序及人機(jī)界面的控制以及Ａ／Ｄ采集，由于５１單片機(jī)外設(shè)較多，為了節(jié)省成本、降低功耗，采用了ＰＳＤ８１３作為外部程序存儲(chǔ)器以及地址譯碼器，并用于端口擴(kuò)展。實(shí)際使用表明該系統(tǒng)工作正常。

3 ＰＳＤｓｏｆｔ軟件應(yīng)用

ＰＳＤ８１３是在硬件基礎(chǔ)上，采用專用的開發(fā)軟件ＰＳＤｓｏｆｔ進(jìn)行系統(tǒng)開發(fā)的。ＰＳＤｓｏｆｔ是一套在Ｗｉｎｄｏｗｓ環(huán)境下運(yùn)行的軟件工具，運(yùn)用可視化技術(shù)進(jìn)行編程，具有方便的人機(jī)交互功能。并且由于該軟件集成度較高，各步操作在同一界面下進(jìn)行，因此使用十分方便。

由圖２所示流程圖，我們可以看到在ＰＳＤｓｏｆｔ軟件環(huán)境下，ＰＳＤ８１３器件的開發(fā)，從Ａｂｅｌ文件的編寫、硬件特性的配置，直至目標(biāo)文件的寫入，都可以很方便地完成。另外，ＰＳＤｓｏｆｔ軟件還提供ＰＳＤ器件的實(shí)時(shí)仿真，并可實(shí)現(xiàn)目標(biāo)文件的Ｃ語(yǔ)言反匯編。

由于篇幅有限，現(xiàn)僅寫出Ａｂｅｌ文件以作參考：ｍｏｄｕｌｅ ｃ５１＿８１３

ｔｉｔｌｅ ＇ＷＳＩ ＰＳＤ８１３Ｆ１ ｄｅｓｉｇｎ ｔｅｍｐｌａｔｅ ｆｏｒ ８０Ｃ５１ ｆａｍ－

ｉｌｙ ｍｉｃｒｏｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ＇；

″ＰＩＮ ＤＥＣＬＡＲＡＴＩＯＮＳ

ｂｈｅ ｐｉｎ ４９；″ｐｉｎ ４９，ｂｙｔｅ ｈｉｇｈ ｅｎａｂｌｅ ｏｒ ＣＮＴＬ２

ｗｒ ｐｉｎ ４７； ″ｐｉｎ ４７，ｗｒｉｔｅ ｌｉｎｅ ｏｒ ＣＮＴＬ０

ｒｄ ｐｉｎ ５０； ″ｐｉｎ ５０，ｒｅａｄ ｌｉｎｅ ｏｒ ＣＮＴＬ１

ｒｅｓｅｔ ｐｉｎ ４８； ″ｒｅｓｅｔ Ｉｎｐｕｔ，ａｃｔｉｖｅ ｌｏｗ

ａ１５，ａ１４，ａ１３，ａ１２，ａ１１，ａ１０，ａ９，ａ８，ｐｉｎ ３９，４０，４１，４２，４３，４４，４５，４６； ″Ａｄｄｒｅｓｓ ｂｕｓ

ａ７，ａ６，ａ5，ａ４，ａ３，ａ２，ａ１，ａ０，ｐｉｎ ３０，３１，３２，３３，３４，３５，３６，３７， ″Ａｄｄｒｅｓｓｂｕｓ

″********Ｐｏｒｔ Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ ｐｉｎ ｄｅｃｌａｒａｔｉｏｎ*************

ａｄｄｒ＿ｏｕｔ０．．ａｄｄｒ＿ｏｕｔ７ ｐｉｎ； ″ａｄｄｒｅｓｓ ｏｕｔ， Ｐｏｒｔ Ａ ｐｉｎｓ

″Ａｄｄｒｅｓｓ ｏｕｔｐｕｔ

ＷＳＩＰＳＤ ＰＲＯＰＥＲＴＹ ′Ａｄｄｒｅｓｓ＿Ｏｕｔ Ａｏｕｔ[７:０]:ａｄｄｒ＿ｏｕｔ

[７:０] ＰｏｒｔＡ′；

ａｄｄｒ＿ｏｕｔ８．．ａｄｄｒ＿ｏｕｔ１５ ｐｉｎ； ″ａｄｄｒｅｓｓ ｏｕｔ，Ｐｏｒｔ Ｂ ｐｉｎｓ

″Ａｄｄｒｅｓｓ ｏｕｔｐｕｔ

ＷＳＩＰＳＤ ＰＲＯＰＥＲＴＹ ′Ａｄｄｒｅｓｓ Ｏｕｔ Ａｏｕｔ 《１５:８]：ａｄｄｒ

ｏｕｔ[１５:８] ＰｏｒｔＢ′

ａ１６,ａ１７,ａ１８ ｐｉｎ １８,１７,１４； ″ｐｃ[２：４],ａ[１６:１８]

″Ｅｘｔｅｎｄ Ａｄｄｒｅｓｓ ｏｕｔｐｕｔ

ＬＣＤ＿ｃｅ ｐｉｎ １１; ″ｐｃ７, ｔｈｅ ｓｉｇｎａｌ ｃｅ ｏｆ ＬＣＤ

ＳＲＡＭ＿ｃｅ ｐｉｎ ９, ″ｐｄ１, ｔｈｅ ｃｅ ｏｆ ５１２Ｋ ＳＲＡＭ

ａｌｅ ｐｉｎ １０； ″ｐｉｎ １０ ａｄｄｒｅｓｓ ｌａｔｃｈ ｅｎａｂｌｅ ｏｒ ＰＤ０

ｃｓｉ ｐｉｎ ８； ″ｐｉｎ ８，／ｃｓｉ ｏｒ ｐｄ２

ｆｓ７，ｆｓ６，ｆｓ５，ｆｓ４，ｆｓ３，ｆｓ２，ｆｓ１，ｆｓ０ ｎｏｄｅ； ″Ｍａｉｎ Ｆｌａｓｈ

ｓｅｇｍｅｎｔ ｃｈｉｐ ｓｅｌｅｃｔｓ

ｒｓ０ ｎｏｄｅ；″ＰＳＤ ＳＲＡＭ ｃｈｉｐ ｓｅｌｅｃｔ

ｃｓｉｏｐ ｎｏｄｅ；″ＰＳＤ ｃｏｎｔｒｏｌ ａｎｄ Ｉ／Ｏ ｒｅｇｉｓｔｅｒ

ｊｔａｇｓｅｌ ｎｏｄｅ； ″Ｓｅｌｅｃｔｓ ＪＴＡＧ ｐｏｒｔ ａｃｔｉｖｅ ｕｓｉｎｇ ａ ｐｒｏｄ ｕｃｔ ｔｅｒｍ

Ｘ ＝ ．ｘ．； ″Ｄｏｎ′ｔ ｃａｒｅ ｓｙｍｂｏｌ

ａｄｄｒｅｓｓ ＝ [ａ１８．．ａ０]; ″Ｄｅ－ｍｕｘｅｄ ｍｉｃｒｏｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ

ａｄｄｒｅｓｓ ｓｉｇｎａｌｓ

ＥＱＵＡＴＩＯＮＳ

ｊｔａｇｓｅｌ ＝ ０；

ｆｓ０ ＝ （ａｄｄｒｅｓｓ ＞＝＾ｈ２０００　 ＆ ａｄｄｒｅｓｓ ＜＝＾ｈ２ＦＦＦ）；

″Ａｄｄｒｅｓｓ ｏｆ ＲＯＭ

ｆｓ１ ＝ （ａｄｄｒｅｓｓ ＞＝＾ｈ３０００）＆（ａｄｄｒｅｓｓ ＜＝＾ｈ３ＦＦＦ）；

ｆｓ２ ＝ （ａｄｄｒｅｓｓ ＞＝＾ｈ４０００）＆（ａｄｄｒｅｓｓ ＜＝＾ｈ４ＦＦＦ）；

ｆｓ３ ＝ （ａｄｄｒｅｓｓ ＞＝＾ｈ５０００）＆（ａｄｄｒｅｓｓ ＜＝＾ｈ５ＦＦＦ）；

ｆｓ４ ＝ （ａｄｄｒｅｓｓ ＞＝＾ｈ６０００　）＆ （ａｄｄｒｅｓｓ ＜＝＾ｈ６ＦＦＦ）；

ｒｓ０ ＝ （ａｄｄｒｅｓｓ ＞＝＾ｈ７０００　）＆ （ａｄｄｒｅｓｓ ＜＝＾ｈ７７ＦＦ）；

ＬＣＤ＿ｃｅ ＝ （ａｄｄｒｅｓｓ ＞＝＾ｈ７８００） ＆（ａｄｄｒｅｓｓ ＜＝＾ｈ７ＦＦＦ）；

ｃｓｉｏｐ ＝ （ａｄｄｒｅｓｓ ＞＝＾ｈ８０００） ＆ （ａｄｄｒｅｓｓ ＜＝＾ｈ８０ＦＦ）；

ＳＲＡＭ＿ｃｅ＝?。ǎ。幔保叮Γ。幔保罚Γ。幔保福＃ǎǎ幔洌洌颍澹螅?＞＝＾ｈ８１００　 ＆ （ａｄｄｒｅｓｓ ＜＝＾ｈＦＦＦＦ））； ″Ａｄｄｒｅｓｓ

ｏｆ ＲＡＭ

ｅｎｄ ｃ５１＿８１３

由于ＰＳＤ８１３具有很高的集成度和很強(qiáng)的在線編程功能，所以其應(yīng)用對(duì)提高單片機(jī)的開發(fā)速度、系統(tǒng)穩(wěn)定性及靈活性都比傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方式有了很大的提高，這應(yīng)該成為單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的一個(gè)發(fā)展方向。

但ＰＳＤ８１３內(nèi)部數(shù)據(jù)總線為８位，所以雖然ＰＳＤ８１３與８位ＭＣＵ可以很方便地直接相連，但與１６位單片機(jī)相連時(shí)，必須用兩片ＰＳＤ８１３以構(gòu)成１６位的多路復(fù)用和非多路復(fù)用總線結(jié)構(gòu)接口。并且由于１６位單片機(jī)與外部存儲(chǔ)器的連接規(guī)則，所以當(dāng)兩片ＰＳＤ８１３與１６位單片機(jī)相連時(shí)，其地址線連接必須循環(huán)移位一次，以保證ＣＰＵ在工作時(shí)同時(shí)正確接收兩片ＰＳＤ８１３ ＲＯＭ中的高位和低位指令字節(jié)。