PSD813器件在單片機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用

摘 要： 可編程外圍器件PSD813應(yīng)用于單片機(jī)系統(tǒng)后，可大幅度地簡化CPU外圍電路的設(shè)計(jì)，減小系統(tǒng)體積，降低功耗，增強(qiáng)系統(tǒng)可靠性。介紹了PSD813系列產(chǎn)品的特點(diǎn)，并結(jié)合實(shí)例介紹了系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)以及使用流程。
　　

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)所謂無縫連接(no glue)，大大簡化了設(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 OTP ROM(813F2)，16K位SRAM，其中FLASH ROM可配置為128K×8或64K×8，并分為8個(gè)大小相同的塊，可由用戶規(guī)定的地址訪問，訪問時(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。
　　(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 family 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 product 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)。