PSD813器件在单片机系统中应用

    摘要：可编程外围器件ＰＳＤ８１３应用于单片机系统后，可大幅度地简化ＣＰＵ外围电路的设计，减小系统体积，降低功耗，增强系统可靠性。介绍了ＰＳＤ８１３系列产品的特点，并结合实例介绍了系统硬件设计以及使用流程。

    随着单片机系统的广泛应用，其功能不断加强，集成度日益增高。但是，由于在传统的单片机系统设计中必须使用许多分立器件组成单片机的外围电路，诸如地址锁存器、ＰＬＤ、ＲＡＭ、ＥＰＲＯＭ等，因此使得整个系统变得十分复杂、可靠性降低、功耗费用增高。由于各个系统的要求不尽一致，这样在开发每一个单片机系统时都必须重复设计以上外围分立器件电路，延长了开发时间，工作效率随之大幅度下降，并且还浪费了大量的人力、物力。随着科学技术，尤其是大规模集成电路技术的飞速发展，单片机外围集成芯片也随之产生、发展。ＷＳＩ公司的可编程单片机通用外围接口芯片（ＰＳＤ）可将单片机所需的多个外围器件集成在一个芯片中，并能与单片机实现所谓无缝连接（ｎｏ ｇｌｕｅ），大大简化了设计、节省了资源，并且显著地提高了系统的可靠性。由于ＰＳＤ系列产品迎合了单片机应用系统开发的要求，其先进的设计思想给广大的单片机开发者带来了诸多好处，因此用ＰＳＤ或其他类似器件取代单片机外围分立器件已经成为单片机开发的一大趋势。

1 ＰＳＤ８１３系列产品特点

    作为ＰＳＤ系列中的最新成员，ＰＳＤ８１３系列器件秉承了以往几代ＰＳＤ产品的优良特性，同时又采用了新技术、新工艺，完善了以往ＰＳＤ器件的一些不足之处。ＰＳＤ８１３的闪速存储器和可编程逻辑具有在线可编程特性，这对于实现简单、灵活的嵌入式设计方案具有很大的帮助。ＰＳＤ８１３器件还集成了优化的“微控制器宏单元”逻辑结构，它允许系统地址／数据总线与ＰＳＤ内部寄存器直接相连，简化了ＭＣＵ和其外部器件之间的通信。除此以外，ＰＳＤ８１３还具有以下关键特性：

    （１）１Ｍ位的内部大容量ＦＬＡＳＨ ＲＯＭ，２５６Ｋ位的Ｅ２ＰＲＯＭ（８１３Ｆ１）或ＦＬＡＳＨ ＯＴＰ ＲＯＭ（８１３Ｆ２），１６Ｋ位ＳＲＡＭ，其中ＦＬＡＳＨ ＲＯＭ可配置为１２８Ｋ×８或６４Ｋ×８，并分为８个大小相同的块，可由用户规定的地址访问，访问时间包括地址锁存和ＰＬＤ译码。ＳＲＡＭ可配置为２Ｋ×８或１Ｋ×１６。

    （２）闪速（ＦＬＡＳＨ）或Ｅ２ＰＲＯＭ／ＯＴＰ ＲＯＭ闪速存储器的同时编程。在执行来自一个存储器的代码的同时可对另一个编程，ＥＥＰＲＯＭ／闪速引导存储器被分为四个大小相等的块，可由用户规定的地址访问。

    （３）带有基于闪速的１６个输出宏单元和２４个输入宏单元。因此ＰＳＤ８１３可有效地实现多种逻辑功能，包括用于内部和外部控制的状态机和地址译码器。这些逻辑功能要求微控制器软件和硬件交互作用。内置ＰＬＤ提供三种专用的外部芯片选择输出，从而允许多达１９个外部芯片选择。

    （４）２７个可重建的Ｉ／Ｏ端口可用作ＭＣＵ Ｉ／Ｏ、ＰＬＤ Ｉ／Ｏ、锁存ＭＣＵ地址输出或特殊Ｉ／Ｏ口以提供最多１９个外部片选信号，并且其中１６个Ｉ／Ｏ口可配置为漏极输出。

    （５）可编程的电源管理支持两种单独的低功耗工作方式，加之零功耗ＣＭＯＳ技术可允许用低至１０ｍＡ（在５Ｖ Ｖｃｃ时）的电流工作。器件可自动检测微控制器活动的停止并使ＰＳＤ置入低功耗状态。

    （６）内置的ＪＴＡＧ串口使得能在工厂或现场进行器件的在系统编程调试。

    由于ＰＳＤ８１３具有以上特性，故可以很方便地进行Ｉ／Ｏ重建、扩展微控制器地址空间等以往较为复杂的工作，并可通过编程进行灵活的设计，以实现与不同类型的微控制器的兼容，使得单片机开发尤其是外围电路设计变得简便。

2 ＰＳＤ８１３与单片机的连接

    本文应用实例是基于一台全数字化心电图机系统，如图１所示。由于该系统的工作要求，采用了双ＣＰＵ结构（ＤＳＰ－８０Ｃ５５２），外带１６０×１２８ＬＣＤ显示、串行热敏打印机、４×４键盘等外设，系统总线设计为８位。由于系统要求存储大量的心电数据，故采用了５１２Ｋ的大容量ＳＲＡＭ。其中ＤＳＰ（ＴＩ公司的ＴＭＳ３２０Ｆ２０６）主要用于心电波形的滤波计算、分析及控制打印部分。８０Ｃ５５２用作主程序及人机界面的控制以及Ａ／Ｄ采集，由于５１单片机外设较多，为了节省成本、降低功耗，采用了ＰＳＤ８１３作为外部程序存储器以及地址译码器，并用于端口扩展。实际使用表明该系统工作正常。

3 ＰＳＤｓｏｆｔ软件应用

    ＰＳＤ８１３是在硬件基础上，采用专用的开发软件ＰＳＤｓｏｆｔ进行系统开发的。ＰＳＤｓｏｆｔ是一套在Ｗｉｎｄｏｗｓ环境下运行的软件工具，运用可视化技术进行编程，具有方便的人机交互功能。并且由于该软件集成度较高，各步操作在同一界面下进行，因此使用十分方便。

    由图２所示流程图，我们可以看到在ＰＳＤｓｏｆｔ软件环境下，ＰＳＤ８１３器件的开发，从Ａｂｅｌ文件的编写、硬件特性的配置，直至目标文件的写入，都可以很方便地完成。另外，ＰＳＤｓｏｆｔ软件还提供ＰＳＤ器件的实时仿真，并可实现目标文件的Ｃ语言反汇编。

    由于篇幅有限，现仅写出Ａｂｅｌ文件以作参考：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＝！（！ａ１６＆！ａ１７＆！ａ１８）＃（（ａｄｄｒｅｓｓ ＞＝＾ｈ８１００? ＆ （ａｄｄｒｅｓｓ ＜＝＾ｈＦＦＦＦ））； ″Ａｄｄｒｅｓｓ

    ｏｆ ＲＡＭ

    ｅｎｄ ｃ５１＿８１３

    由于ＰＳＤ８１３具有很高的集成度和很强的在线编程功能，所以其应用对提高单片机的开发速度、系统稳定性及灵活性都比传统的设计方式有了很大的提高，这应该成为单片机应用系统的一个发展方向。

    但ＰＳＤ８１３内部数据总线为８位，所以虽然ＰＳＤ８１３与８位ＭＣＵ可以很方便地直接相连，但与１６位单片机相连时，必须用两片ＰＳＤ８１３以构成１６位的多路复用和非多路复用总线结构接口。并且由于１６位单片机与外部存储器的连接规则，所以当两片ＰＳＤ８１３与１６位单片机相连时，其地址线连接必须循环移位一次，以保证ＣＰＵ在工作时同时正确接收两片ＰＳＤ８１３ ＲＯＭ中的高位和低位指令字节。