隨著微機控制技術的廣泛應用以及控制系統復雜性和實時性要求的不斷提高,很多控制系統都對高速、多功能、大容量控制器的被控對象提出了各種要求控制.尤其是在工業應用領域中,系統需要快速地完成大量數據的采集和處理以及控制信號的接收和發送等諸多功能,這樣,一般的單片機系統很難滿足要求.因此,如何設計一個實用、經濟、合理的高性能控制系統已成為設計的關鍵.

1 PSD芯片說明

對于一個單片機系統,如果采用常規的RAM、ROM和邏輯器件分離的系統連接方式,必定會使整個控制電路過于龐雜,從而給設計和調試帶來很大的困難,同時也會降低系統的穩定性.而美國WSI公司生產的可編程外圍邏輯器件PSD系列芯片內集成有EPROM、SRAM和PLD陣列等部件,它將單片機所需的多個外圍芯片集成在一個芯片內,從而大大地簡化了硬件電路的設計,減少了印制電路板的面積,縮短了開發周期.圖1是PSD3系列器件的組成結構.

從圖中可以看到PSD3XX內部有256k位到1M位不等的EPROM,它們被均勻地分為8個相同大小的區,每個區都有相應的選擇信號,通過 PSD中PLD譯碼部分可產生相應的選擇信號.還有一些主要的功能部件,如多個單獨可配置I/O端口、兩個可編程陣列(PAD A和PAD B)、16k位靜態RAM等.對于較大的系統,還可以通過水平級聯(以增加總線寬度為特點)或垂直級聯(以增加子系統深度為特點)等方式并配置多個 PSD3XX來完成.PSD3XX可以和多路復用或非多路復用總線的16位微控制器接口.并支持多種MCU,例如Intel的80196、 80386EX,Motorola的68HC16、683XX,Philips的80C51XA以及AD公司的ADSP2105等.如此大的儲存空間和功能單元極大地方便了單片機的嵌入式設計,同時地為用戶提供了更為簡單靈活的解決方案.圖2是常規的單片機系統和由PSD組成的系統進行硬件結構比較的示意圖,可見運用PSD后,系統結構得到極大簡化.

圖2 常規單片機系統和由PSD組成的兩片系統比較圖

2 ADMC401芯片說明

對于系統設計者來說,數字信號處理(DSP)的普遍使用正在成為一股潮流.ADMC401?1??2?芯片即是一個基于單片DSP的控制器,適合工業應用領域中的高性能控制.該芯片集成了一個26MIPS定點內核ADSP-2171,其編碼與ADSP-21xx DSP 系列完全兼容.該內核具有一套完備的外圍控制接口,可以在高度集成環境中快速實現對元器件的控制.另外,它還包含三個計算單元、兩個數據地址發生器和一個程序定序器,其中計算單元包含一個算術邏輯單元ALU、一個乘法/累加器?MAC 和一個桶式移位器,而內核也增加了位操作、平方、四舍五入和全局中斷屏蔽等指令.除此之外,ADMC401芯片還包括兩個靈活的雙緩沖器以及雙向同步串行口.圖3為ADMC401的功能框圖.從圖中可以看到:該芯片提供有2k×24位的內部程序儲存器RAM、2k×24位的內部程序存儲器ROM、 1k×16位的內部數據存儲器RAM、一個高性能8通道12位模數轉換ADC系統(它能經過4對輸入實現雙通道同時采樣)、一個三相16位中心對稱的 PWM發生器(能以最小開銷產生高精度的PWM信號)、一個增量編碼器接口單元、2個可調頻的輔助PWM輸出、12條I/O數字信號線、一個雙通道事件捕獲系統一個16位看門狗定時器和2個16位內部定時器等.

程序和數據RAM可以通過串行口引導程序裝入,內部程序和數據RAM也可以從外圍設備經地址總線和數據總線引導程序裝入.此外,ADMC401芯片還可充分利用DSP內核的地址和數據總線,同時增添了重要的外存儲器和外設擴展能力,因而可擴展外部程序存儲器和數據存儲器容量,并使得DSP內核能夠尋址到14k×24 位的外部程序存儲器和13k×16 位的外部數據存儲器,從而為其與PSD接口提供方便.

圖3 單片數字信號處理(DSP)器ADMC401功能框圖

3 ADMC401與PSD311的接口設計

由于PSD3XX內部提供了許多應用系統所需要的全部元件和“外圍”,這使得設計兩片式計算機系統成為可能.對于8051,80196和 68HC11等微控制器來說,與PSD相配合是極為方便的.同樣,對于提供了外擴程序、數據存儲空間的ADMC401來說,也可以和PSD相配合.考慮到系統成本,推薦使用的PSD芯片為PSD311(現有價格最低的產品).

ADMC401芯片的引導程序裝載可以通過引腳MMAP和BMODE的各種不同狀態來完成,如果引腳MMAP和BMODE所加的電壓都為 “0”,那么ADMC401將工作在所謂的EPROM引導程序模式,其中被稱為“引導存儲器”的專用外部存儲空間將允許芯片和字節寬度的EPROM相連, 并在上電時通過存儲器接口從外部裝載程序;而如果引腳MMAP和BMODE設置為其它電位,那么將會產生不同的引導模式.另外,ADME401芯片還有一個專門的低電平有效信號BMS(Boot Memory Select,引導存儲器選擇),可用于簡化引導存儲器的接口.以上這些功能極大地方便了ADMC401和PSD的接口設計.圖4為ADMC401和 PSD311的接口電路圖(圖中還包括一些其它外圍).

圖4 ADMC401-PSD311接口電路圖

由圖可見,ADMC401與PSD311的連接幾乎和它與標準的EPROM連接一樣簡單.由于總線的通路布在ADMC401內部,因此,PSD311的8根數據線并不是像常用的與ADMC401的D7～D0相連,而是與D15～D8相連.另外,還要注意,地址的最高位是由 ADMC401的D22線提供的(在ADMC401中沒有A14地址線).其BMS信號可用于EPROM的片選并與PSD311的A19輸入相連,A19 在PSD的程序里將被定義為芯片使能信號,而由ADMC401生成低有效讀和寫選通脈沖,它們通常與對應于PSD311的RD和WR輸入相連,這些選通脈沖在傳輸中可用來選通PSD311的EPROM和RAM.