基于MCS－51單片機的IEEE－488接口設計

摘 要   介紹了以MCS－51單片機為內部控制器的程控儀表的接口設計思想，詳細描述了MCS－51系列單片機和MC68488接口芯片之間的時序配合、控制信號轉換和中斷信號調整的實現(xiàn)方法。

關鍵詞  MCS－51程控接口  

1 概 述  

　　智能儀器程控接口電路的設計，首先是根據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系列單片機作為內部控制器的高速數(shù)據采集裝置，由于A／D轉換器既要向計算機輸送采集結果，又要接受計算機對其工作條件的控制，因此，在程控接口電路設計時，設置了六種接口功能：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）設計

　　如圖1所示是該儀器的原理框圖，其中接口功能電路由時序轉換與信號控制電路、MC68488和四片MC3448構成，由于MCS－51單片機的時序和MC68488的時序不同，因此時序轉換與信號控制電路是接口功能電路設計的關鍵。

2．1  MCS－51單片機和MC68488的時序圖　　

    系統(tǒng)采用8031作為智能儀器（高速數(shù)據采集系統(tǒng)）的內部控制器，通過對MC68488的編程實現(xiàn)對A／D轉換的控制。系統(tǒng)的外部程序存儲器及數(shù)據存儲器的片選信號通過P2．3～P2．5三根地址線經3—8譯碼器74LS123產生。二者擴展地址分別為0000H～07FFH、0800H～1000H。圖 2所示為單片機8031和MC68488的時序對應關系圖。

2．2時序及信號轉換電路

   MCS－51系列單片機和MC68488來自不同的廠家，控制方法及工作速度等均有很
大差異，因此要實現(xiàn)二者的相互連接必須著重解決以下幾個問題：

（1）時序配合；

（2）控制信號轉換；

（3）中斷信號調整。

2．2．1時序配合

　　MCS—51系列單片機工作時鐘頻率為1．2～12 MHz，若只考慮與高速數(shù)據采集系
統(tǒng)的配合問題，似乎應選擇12 MHz的時鐘頻率，但單片機的工作性能在最高頻率時不穩(wěn)定，故選擇了6 MHz的工作時鐘。MC68488的工作時鐘頻率為1 MHz，與單片機在時序上不匹配。因為MCS－51沒有等待或準備好引腳，為了既能實現(xiàn)與單片機在時序上的匹配，又能保證單片機的工作效率，就需要對單片機的PSEN、WR、RD、ALE和MC68488的E信號進行綜合考慮。8031CPU的程序、數(shù)據的讀寫時序及MC68488的有關時序如圖2所示。

       通過分析8031及MC68488的時序可知，在8031對外部數(shù)據寄存器進行讀寫時，PSEN始終為高電平。但在每進行一次讀寫前，8031必須先進行取指操作。因此，每個機器周期中，有效一次，且其頻率為1MHz。從波形圖上看，只需將PSEN、WR、RD進行如下運算即可得到與MC68488工作時鐘E信號一致的波形。

      而且從高低電平的維持時間來看，組合信號高電平維持時間≥450ns，低電平維持時間≥450ns，完全滿足E信號對電平維持時間的要求。具體實現(xiàn)的硬件電路如圖3所示。

      也可用單穩(wěn)觸發(fā)器的脈沖寬度調整功能改變有關信號電平寬度的方法來滿足E信號的要求。但由于通過調單穩(wěn)觸發(fā)器的外接電阻Rext和電容Cext很難調出準確的脈沖寬度，所以，該方法盡管理論上可行，實際難以實現(xiàn)。

    2.2.2  讀寫控制信號信號(R／W)轉換

     8031 CPU的讀寫信號是WR、RD兩根信號線,而MC68488所需的讀寫控制線是R／W一根。為了使8031 CPU能夠對MC68488進行正確的讀寫控制，需對其讀寫信號進行一定的轉換。WR、RD和R／W三者的關系可用表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兩個輸入端，則RS觸發(fā)器的輸出端Q得到的信號即為R／W，具體轉換電路如圖4所示。

2．2．3中斷信號調整


　　本接口是為高速數(shù)據采集系統(tǒng)而設計的，系統(tǒng)要求接口電路響應速度快，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來控制，若設ITX＝1，則采用了邊沿觸發(fā)方式。在相繼的兩個周期中ITX引腳進行兩次連續(xù)的采樣，若第一次為高電平，第二次為低電平，則TCON寄存器中的中斷請求標志位ITX被置為1，以請求中斷。由于外部中斷引腳每個機器周期被采樣一次，為確保采樣，由引腳INTX輸入的信號至少保持一個機器周期（12個震蕩周期），即高、低電平各保持一個機器周期（2μs），才能確保檢測到電平的跳變，從而把中斷請求標志置為1。但 MC68488的TRIG信號和IEQ信號輸出電平有效時間為1μs，直接接到8031的INTX引腳有可能出錯。為了使系統(tǒng)工作可靠，準確地發(fā)中斷，需要對此信號進行延時。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MC68488編程來實現(xiàn)對接口的管理及對高速數(shù)據采集系統(tǒng)的控
制。采用MC68488設計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、簡化軟件及可靠性高等特點。

    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。至于各個信號線
的輸出采用哪種形式，要根據所設計的傳輸速度而定。因本接口是為高速數(shù)據采集系統(tǒng)而設計的，對速度要求高，故采用三態(tài)輸出。

    2．5 GPIB接口母線

    采用24芯電纜線。其中包括信號線16根（8根數(shù)據線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  結束語

    由于計算機技術的不斷發(fā)展，它的用途越來越廣泛，計算機接口的設計也越來越重要。很多廠家為自己的計算機配置了專用的接口，但在有些大的測試系統(tǒng)中如果采用專用接口會使得系統(tǒng)結構龐大而且價格昂貴，另外，在實際應用中經常需要將不同廠家的產品配合起來使用，這樣專用接口將難以應用。而采用GPIB通用標準接口則完全彌補了專用接口的不足。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系列單片機為中央處理器的所有儀器的接口設計。

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