基于PSD系列芯片的單片機(jī)電路設(shè)計(jì)

摘 要：

現(xiàn)在，PSD系列芯片的功能和優(yōu)點(diǎn)尚未被許多人所認(rèn)識，大多數(shù)人還習(xí)慣于用散件來構(gòu)造單片機(jī)外圍電路，這種思維方法必將隨著PSD系列芯片的普及應(yīng)用而發(fā)生改變。

1、傳統(tǒng)的單片機(jī)系統(tǒng)的硬件構(gòu)成

對于傳統(tǒng)的工業(yè)控制單片機(jī)系統(tǒng)的硬件構(gòu)成來說，盡管典型的微控制器(如：8031，8098，90C32，Z8，M68010，TMS320CXX等)內(nèi)部已集成了計(jì)數(shù)器、小量的RAM和ROM以及有限的I/O能力，但大多數(shù)的微控制器仍需外加EPROM、RAM、I/O端口和存儲器空間譯碼邏輯，有時(shí)還需外加鎖存器對來自多路復(fù)用地址/數(shù)據(jù)總線的地址和數(shù)據(jù)進(jìn)行分離。電路的設(shè)計(jì)者不得不根據(jù)各自的需要來選用芯片構(gòu)成自己所要設(shè)計(jì)的電路，一旦電路設(shè)計(jì)完成，如果要進(jìn)行修改則比較麻煩，如果采用以PSD系列芯片作為單片機(jī)的外圍芯片就可以使上述問題得到很好的解決。

2、采用PSD芯片的單片機(jī)系統(tǒng)的硬件構(gòu)成

WSI公司生產(chǎn)的一種高性能的現(xiàn)場可編程的微控制器外圍集成電路(PSD)系列，將EPROM、RAM、PLD、地址鎖存器和I/O口集成在單一的芯片上。隨著PSD系列芯片的出現(xiàn)和發(fā)展，設(shè)計(jì)者不必再費(fèi)盡心思地考慮需要哪些離散器件來構(gòu)成系統(tǒng)所需的存儲器、譯碼電路、端口和地址鎖存器了。這種芯片內(nèi)功能的高度集中，使得小型系統(tǒng)的組件可降低到只有兩個(gè)芯片：一片微控制器和一片PSD芯片。這種硬件設(shè)計(jì)的二片方案，既可簡化電路設(shè)計(jì)，節(jié)省印制板空間，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，又可增加系統(tǒng)可靠性，降低產(chǎn)品功耗。當(dāng)然，對于較大的系統(tǒng)，可配置多個(gè)PSD芯片，而不需要外加邏輯線路。將兩個(gè)或多個(gè)PSD芯片通過水平級聯(lián)(以增加總線寬度)或垂直級聯(lián)(以增加子系統(tǒng)深度)，來增加該系統(tǒng)的存儲器空間、I/O端口和片選信號，用以達(dá)到系統(tǒng)所需的要求。

3、PSD系列芯片的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和功能簡介

PSD系列芯片(主要有PSD3、PSD4、PSD5、PSD6、PSD8、PSD100等)系列，目前最常用的是PSD3和PSD100系列芯片。

PSD3系列芯片的主要結(jié)構(gòu)和功能表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

(1)數(shù)據(jù)總線　PSD3的數(shù)據(jù)總線為16位，通過配置，既可工作于8位，又可工作于16位;既可工作于地址/數(shù)據(jù)復(fù)用方式，又可工作于非復(fù)用方式。

(2)尋址空間　PSD3的地址總線為A0～A19，尋址空間可達(dá)1MB。尤為重要的是PSD3系列芯片內(nèi)含兩個(gè)可編程地址譯碼器(PADA和PADB)，它們采用可重復(fù)編程的CMOSEPROM技術(shù)制造的，供用戶進(jìn)行編程和擦除，類似GAL器件。這個(gè)可編程陣列擁有輸入項(xiàng)12個(gè)(有的芯片16個(gè))、輸出項(xiàng)24個(gè)、乘積項(xiàng)40個(gè)。PADA主要用來產(chǎn)生片選PSD3芯片內(nèi)部EPROM和SRAM所需的信號，它是由地址(A11～A19)、讀寫邏輯等信號編程產(chǎn)生。PADB的輸入與PADA的輸入相同，但它的輸出是輸出到端口B和C上，供片外使用，以便選擇外部器件或用作隨機(jī)邏輯替換。這種邏輯的可替換性和隨機(jī)性，使得PSD3能以不同的方式配置PADA和PADB的輸出，來適應(yīng)不同種類的微控制器芯片，如圖1所示。PSD3系列芯片的配置，只要在WINDOWS環(huán)境下運(yùn)行PSDsoft-Lite軟件包，并通過打印口連接PEP300編程器即可進(jìn)行，且操作十分簡單。

(3)I/O引腳　PSD3有19個(gè)I/O引腳，分成三個(gè)端口A(PA0～7)、B(PB0～7)和C(PC0～2)，可單獨(dú)配置使用，其靈活性既可使PSD3芯片與共享資源相接口，又可用作微控制器I/O端口的擴(kuò)展。當(dāng)C口配置為輸入時(shí)，可用作地址A16～18的輸入：當(dāng)它配置為輸出時(shí)，可用作地址譯碼器PADB的輸出。端口A和B的工作方式比C口更加靈活，對于不同的微控制器，可進(jìn)行不同的配置。如果微控制器是地址/數(shù)據(jù)復(fù)用型的，PSD3作為它的外圍接口芯片，該微控制器的數(shù)據(jù)線若是8位，它的復(fù)用地址/數(shù)據(jù)線直接與PSD3的AD0～7相連：若是16位，則直接與PSD3的AD0～15相連，此時(shí)的A口、B口均可配置成I/O端口。如果微控制器不是地址/數(shù)據(jù)復(fù)用型的，PSD3作為它的外圍接口芯片，該微控制器的地址線直接與PSD3的AD0～15相連，它的數(shù)據(jù)線若是16位，則將高8位與B口相連，低8位與A口相連：若是8位，直接與PSD3的A口相連，此時(shí)的A口配置成數(shù)據(jù)總線所示。

(4)片內(nèi)EPROM　片內(nèi)256k位的EPROM，可配置為32k×8或16k×16，為優(yōu)化地址譯碼而劃分為8個(gè)相等的可映射存儲塊，每個(gè)存儲塊結(jié)構(gòu)為4k×8或2k×16，由PADA的輸出ES0～ES7來選擇。存儲器的訪問時(shí)間為90ns，包括輸入鎖存和PAD地址譯碼的時(shí)間。

(5)片內(nèi)RAM　片內(nèi)16k靜態(tài)RAM：可配置為2k×8或1k×16，由PADA的輸出RSO來選擇。它的訪問時(shí)間也為90ns，包括輸入鎖存和PAD地址譯碼的時(shí)間。

(6)片內(nèi)加密　可實(shí)現(xiàn)PSD3系列芯片的配置加密和PAD的譯碼加密。由于傳統(tǒng)的硬件電路是由散件構(gòu)成，通過測試單個(gè)器件，比較容易破譯電路的設(shè)計(jì)。而PSD3系列芯片的高度集成和本身的加密功能使得電路和程序無法破譯。

其余的PSD系列芯片在功能上比PSD3更強(qiáng)，主要表現(xiàn)在I/O引腳的增多、EPROM、SRAM容量的擴(kuò)充和PLD的輸入、輸出與乘積項(xiàng)上。如：PSD503，I/O引腳有40個(gè)，PLD的輸入有61個(gè)，乘積項(xiàng)有140個(gè)，中斷有8級，定時(shí)器/計(jì)數(shù)器有4個(gè)，EPROM有1M，SRAM有16k，且?guī)в泻髠潆姵亍Ｔ偃纾篜SD813F1是在系統(tǒng)可編程器件，無需硬件編程器，可實(shí)現(xiàn)整個(gè)芯片內(nèi)的所有功能塊的配置和程序EPROM的寫入。

4、應(yīng)用實(shí)例

例1：目前，8031系列單片機(jī)應(yīng)用特別廣泛，使用PSD312與8031構(gòu)成單片機(jī)的硬件核心。8031用信號訪問PSD312中程序存儲器，用讀寫PSD312的數(shù)據(jù)存儲器。將PSD312的程序存儲器配置成8個(gè)8k×8的存儲塊，數(shù)據(jù)存儲器配置成一個(gè)2k×8的存儲塊。因?yàn)榈刂纷g碼空間為64k，所以PC0、PC1、PC2配置成I/O端口，不作A16、A17、A18之用。又因?yàn)?031是以8位數(shù)據(jù)/地址復(fù)用方式工作的，所以，將PSD312配置成8位數(shù)據(jù)/地址復(fù)用工作方式，此時(shí)端口A也配置成I/O端口。

例2：在數(shù)字信號處理領(lǐng)域中，微控制器TMS320系列芯片的應(yīng)用很廣泛，使用PSD100芯片作為TMS320C25的外圍接口芯片，以此構(gòu)成用于數(shù)字信號處理方面的單片機(jī)的核心電路，比以前用散件構(gòu)成要簡單得多。PSD100是數(shù)字信號處理器(DSP)的外圍接口專用芯片，它是非數(shù)據(jù)/地址復(fù)用型，可與8位或16位數(shù)據(jù)總線的微控制器相接，內(nèi)有128k位的EPROM，32k位的SRAM，存儲器訪問時(shí)間為32ns。在圖3中，PSD100配置成八個(gè)1k×16的EPROM。兩個(gè)1k×16的SRAM。TMS320C25用PS選擇PSD100的程序存儲器。用DS選擇PSD100的數(shù)據(jù)存儲器。由于PSD100沒有專門引腳用作片內(nèi)EPROM的讀脈沖輸入(不同于PSD3XX系列芯片)，這對PSD100來說，其程序和數(shù)據(jù)存儲器在同一存儲空間，所以，將PS連接到A18，將DS連接到A17，使用不同的地址空間映射，來選擇程序和數(shù)據(jù)存儲器。

5、結(jié)束語

現(xiàn)在，PSD系列芯片的功能和優(yōu)點(diǎn)尚未被許多人所認(rèn)識，大多數(shù)人還習(xí)慣于用散件來構(gòu)造單片機(jī)外圍電路，這種思維方法必將隨著PSD系列芯片的普及應(yīng)用而發(fā)生改變。