基于51單片機(jī)的IEEE－488接口設(shè)計(jì)

1 概 述
　　智能儀器程控接口電路的設(shè)計(jì)，首先是根據(jù)儀器的功能確定該儀器的接口功能。文中所涉及的儀器是以MCS－51系列單片機(jī)作為內(nèi)部控制器的高速數(shù)據(jù)采集裝置，由于A／D轉(zhuǎn)換器既要向計(jì)算機(jī)輸送采集結(jié)果，又要接受計(jì)算機(jī)對(duì)其工作條件的控制，因此，在程控接口電路設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)置了六種接口功能：源掛鉤功能（選用SH1功能子集）、受者掛鉤功能（選用AH1功能子集）、講功能（選用T5功能子集）、聽功能（選用L4功能子集）、遠(yuǎn)地／本地功能（選用RL功能子集）和器件觸發(fā)功能（選用DT1功能子集）。

2 接口功能（IF）設(shè)計(jì)

　　如圖1所示是該儀器的原理框圖，其中接口功能電路由時(shí)序轉(zhuǎn)換與信號(hào)控制電路、MC68488和四片MC3448構(gòu)成，由于MCS－51單片機(jī)的時(shí)序和MC68488的時(shí)序不同，因此時(shí)序轉(zhuǎn)換與信號(hào)控制電路是接口功能電路設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。

2．1 MCS－51單片機(jī)和MC68488的時(shí)序圖　　

系統(tǒng)采用8031作為智能儀器（高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)）的內(nèi)部控制器，通過對(duì)MC68488的編程實(shí)現(xiàn)對(duì)A／D轉(zhuǎn)換的控制。系統(tǒng)的外部程序存儲(chǔ)器及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器的片選信號(hào)通過P2．3～P2．5三根地址線經(jīng)3—8譯碼器74LS123產(chǎn)生。二者擴(kuò)展地址分別為0000H～07FFH、0800H～1000H。圖 2所示為單片機(jī)8031和MC68488的時(shí)序?qū)?yīng)關(guān)系圖。

2．2時(shí)序及信號(hào)轉(zhuǎn)換電路
MCS－51系列單片機(jī)和MC68488來(lái)自不同的廠家，控制方法及工作速度等均有很
大差異，因此要實(shí)現(xiàn)二者的相互連接必須著重解決以下幾個(gè)問題：

（1）時(shí)序配合；

（2）控制信號(hào)轉(zhuǎn)換；

（3）中斷信號(hào)調(diào)整。

2．2．1時(shí)序配合


　　MCS—51系列單片機(jī)工作時(shí)鐘頻率為1．2～12 MHz，若只考慮與高速數(shù)據(jù)采集系
統(tǒng)的配合問題，似乎應(yīng)選擇12 MHz的時(shí)鐘頻率，但單片機(jī)的工作性能在最高頻率時(shí)不穩(wěn)定，故選擇了6 MHz的工作時(shí)鐘。MC68488的工作時(shí)鐘頻率為1 MHz，與單片機(jī)在時(shí)序上不匹配。因?yàn)镸CS－51沒有等待或準(zhǔn)備好引腳，為了既能實(shí)現(xiàn)與單片機(jī)在時(shí)序上的匹配，又能保證單片機(jī)的工作效率，就需要對(duì)單片機(jī)的PSEN、WR、RD、ALE和MC68488的E信號(hào)進(jìn)行綜合考慮。8031CPU的程序、數(shù)據(jù)的讀寫時(shí)序及MC68488的有關(guān)時(shí)序如圖2所示。

通過分析8031及MC68488的時(shí)序可知，在8031對(duì)外部數(shù)據(jù)寄存器進(jìn)行讀寫時(shí)，PSEN始終為高電平。但在每進(jìn)行一次讀寫前，8031必須先進(jìn)行取指操作。因此，每個(gè)機(jī)器周期中，有效一次，且其頻率為1MHz。從波形圖上看，只需將PSEN、WR、RD進(jìn)行如下運(yùn)算即可得到與MC68488工作時(shí)鐘E信號(hào)一致的波形。

而且從高低電平的維持時(shí)間來(lái)看，組合信號(hào)高電平維持時(shí)間≥450ns，低電平維持時(shí)間≥450ns，完全滿足E信號(hào)對(duì)電平維持時(shí)間的要求。具體實(shí)現(xiàn)的硬件電路如圖3所示。

也可用單穩(wěn)觸發(fā)器的脈沖寬度調(diào)整功能改變有關(guān)信號(hào)電平寬度的方法來(lái)滿足E信號(hào)的要求。但由于通過調(diào)單穩(wěn)觸發(fā)器的外接電阻Rext和電容Cext很難調(diào)出準(zhǔn)確的脈沖寬度，所以，該方法盡管理論上可行，實(shí)際難以實(shí)現(xiàn)。

2.2.2 讀寫控制信號(hào)信號(hào)(R／W)轉(zhuǎn)換

8031 CPU的讀寫信號(hào)是WR、RD兩根信號(hào)線,而MC68488所需的讀寫控制線是R／W一根。為了使8031 CPU能夠?qū)C68488進(jìn)行正確的讀寫控制，需對(duì)其讀寫信號(hào)進(jìn)行一定的轉(zhuǎn)換。WR、RD和R／W三者的關(guān)系可用表1表示。

　　由表1可以看出，將WR、RD分別作為RS觸發(fā)器的R和S兩個(gè)輸入端，則RS觸發(fā)器的輸出端Q得到的信號(hào)即為R／W，具體轉(zhuǎn)換電路如圖4所示。

2．2．3中斷信號(hào)調(diào)整


　　本接口是為高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)而設(shè)計(jì)的，系統(tǒng)要求接口電路響應(yīng)速度快，因此，工作方式采用外部中斷、邊沿激活方式，由TCON寄存器中的中斷方式位IT1或IT0來(lái)控制，若設(shè)ITX＝1，則采用了邊沿觸發(fā)方式。在相繼的兩個(gè)周期中ITX引腳進(jìn)行兩次連續(xù)的采樣，若第一次為高電平，第二次為低電平，則TCON寄存器中的中斷請(qǐng)求標(biāo)志位ITX被置為1，以請(qǐng)求中斷。由于外部中斷引腳每個(gè)機(jī)器周期被采樣一次，為確保采樣，由引腳INTX輸入的信號(hào)至少保持一個(gè)機(jī)器周期（12個(gè)震蕩周期），即高、低電平各保持一個(gè)機(jī)器周期（2μs），才能確保檢測(cè)到電平的跳變，從而把中斷請(qǐng)求標(biāo)志置為1。但 MC68488的TRIG信號(hào)和IEQ信號(hào)輸出電平有效時(shí)間為1μs，直接接到8031的INTX引腳有可能出錯(cuò)。為了使系統(tǒng)工作可靠，準(zhǔn)確地發(fā)中斷，需要對(duì)此信號(hào)進(jìn)行延時(shí)。我們采用可再重觸的雙單穩(wěn)74LS123，電路如圖5所示。

Cext端之所以接地是為了在工作中得到最好的效果。

2．3通用接口適配器MC68488

　　8031 CPU通過對(duì)MC68488編程來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)接口的管理及對(duì)高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的控
制。采用MC68488設(shè)計(jì)的接口功能與采用中、小規(guī)模TTL電路及PAL組建的接口功能相比，具有節(jié)省硬件、簡(jiǎn)化軟件及可靠性高等特點(diǎn)。

2．4總線收發(fā)器MC3488


　　該芯片主要用于TTL電平與MOS電平的轉(zhuǎn)換，以保證MC68488的輸入／輸出電平
與GPIB接口母線電平的兼容。輸出可以是三態(tài)或集電極開路輸出。至于各個(gè)信號(hào)線
的輸出采用哪種形式，要根據(jù)所設(shè)計(jì)的傳輸速度而定。因本接口是為高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)而設(shè)計(jì)的，對(duì)速度要求高，故采用三態(tài)輸出。

2．5 GPIB接口母線

采用24芯電纜線。其中包括信號(hào)線16根（8根數(shù)據(jù)線DI01（DI08、掛鉤線3根
（RAN、NRFD、NDAC）、管理母線5根（IFC、ATN、SRQ、EOI、REN）），地線8根。

3 系統(tǒng)軟件流程方框圖

4 結(jié)束語(yǔ)
由于計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，它的用途越來(lái)越廣泛，計(jì)算機(jī)接口的設(shè)計(jì)也越來(lái)越重要。很多廠家為自己的計(jì)算機(jī)配置了專用的接口，但在有些大的測(cè)試系統(tǒng)中如果采用專用接口會(huì)使得系統(tǒng)結(jié)構(gòu)龐大而且價(jià)格昂貴，另外，在實(shí)際應(yīng)用中經(jīng)常需要將不同廠家的產(chǎn)品配合起來(lái)使用，這樣專用接口將難以應(yīng)用。而采用GPIB通用標(biāo)準(zhǔn)接口則完全彌補(bǔ)了專用接口的不足。本文所采用的方案即采用MC68488和8031 CPU配合實(shí)現(xiàn)IEEE—488接口，有一定的通用性，可推廣到以MCS－51系列單片機(jī)為中央處理器的所有儀器的接口設(shè)計(jì)。

參考資料
1 MCS—51 Family ofsingle clip Microcomputers Users Manual，Intel Comporation，1981
2 張禮勇、程玉潤(rùn)，IEC625通用接口及其應(yīng)用，計(jì)量出版社，1985
3 王章、祝貴亮，Z80系列微機(jī)上的IEEE—488接口，電子測(cè)量技術(shù)，1984
4 楊吉祥，MC68488通用接口原理及編程，電子測(cè)量技術(shù)，1984