虛擬儀器中的EPP接口設(shè)計(jì)

1、虛擬儀器中的EPP接口設(shè)計(jì)        摘要：增強(qiáng)型并行口EPP與標(biāo)準(zhǔn)并行口SPP兼容，但可通過(guò)數(shù)據(jù)線雙向傳送數(shù)據(jù)，并且達(dá)到接近于PC機(jī)ISA總線的數(shù)據(jù)傳輸率。本文詳細(xì)討論了EPP接口特性，并使用CPLD設(shè)計(jì)虛擬儀器的EPP接口電路，給出了用LabWindowsCVI編寫的EPP接口功能函數(shù)。     關(guān)鍵詞：虛擬儀器；EPP接口；CPLD；LabW indowsCVI 1引言虛擬儀器是計(jì)算機(jī)軟件和硬件（處理器、存儲(chǔ)器、顯示器）及測(cè)試功能硬件（數(shù)模變換器、模數(shù)變換器、定時(shí)和計(jì)數(shù)、數(shù)字

2、輸入輸出等）構(gòu)成的測(cè)試平臺(tái)，他融合了測(cè)試?yán)碚?、儀器原理、電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)接口、總線技術(shù)以及軟件編程技術(shù)于一身，實(shí)現(xiàn)了測(cè)量?jī)x器的系列化、模塊化、智能化和網(wǎng)絡(luò)化，具有多功能、低成本、應(yīng)用靈活、操作方便等優(yōu)點(diǎn)，成為儀器發(fā)展的一個(gè)重要方向。    虛擬儀器與微型計(jì)算機(jī)的接口主要有3種形式：（1）通用儀器總線接口最典型的是VXI總線（VMEbus Extensions for Instrumentation，VME總線在儀器領(lǐng)域的擴(kuò)展），該總線數(shù)據(jù)傳輸速度可達(dá)40 Mbs，其電氣標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，系統(tǒng)重組和電磁兼容性均較好，可靠性高，并具有同步觸發(fā)功能；但系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高，一般

3、適合于組建大型精密的自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，如航空測(cè)試系統(tǒng)，軍用測(cè)試系統(tǒng)。（2）計(jì)算機(jī)內(nèi)部插卡式接口主要有微機(jī)內(nèi)部的ISA接口和PCI接口，數(shù)據(jù)傳輸速度分別可達(dá)16 Mbs 和133 Mbs；價(jià)格適中，適用于中小型測(cè)試系統(tǒng)。但由于插卡式結(jié)構(gòu)的虛擬儀器直接插在微機(jī)內(nèi)部的主板上，極易受到PC機(jī)的電源紋波和機(jī)箱內(nèi)電磁輻射的干擾，從而限制了他的應(yīng)用范圍。（3）計(jì)算機(jī)外部通用總線接口主要有增強(qiáng)并行接口EPP（Enhanced ParallelPort，IEEE1284）、擴(kuò)展能力接口ECP（Enhanced Capability，PortIEEE1284）、通用串行總線USB（Universal SerialBu

4、s）和火線Fire wire（即IEEE1394總線），數(shù)據(jù)傳輸速度分別可達(dá)2 Mbs，4 Mbs，12 Mbs和400 Mbs。EPP和ECP是在原打印機(jī)接口基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的并行接口；USB，F(xiàn)ire wire是新型高速串行總線，并具有熱插拔能力。由于采用外部通用接口的虛擬儀器硬件在微機(jī)外部與計(jì)算機(jī)相聯(lián)，因此電磁兼容特性良好。特別是增強(qiáng)并行接口EPP，技術(shù)的復(fù)雜性和成本都不會(huì)太高，是構(gòu)建通用自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)的一種良好選擇。由于插拔不用開機(jī)箱，使用方便，尤其是適用于筆記本電腦。本文僅討論使用EPP并口的虛擬儀器。2EPP增強(qiáng)型并行接口    數(shù)據(jù)傳輸?shù)膮f(xié)議。該協(xié)議定義

5、的并行口更像一個(gè)開放的總線，給用戶提供了強(qiáng)大的功能和靈活的設(shè)計(jì)手段。21EPP信號(hào)特性當(dāng)計(jì)算機(jī)并口工作于EPP模式時(shí)，實(shí)際上只用了8條數(shù)據(jù)線Data07和5條信號(hào)線nWrite，nWait，nDataStrobe，nAddrStrobe，nReset（“n”表示低有效）。EPP信號(hào)引腳的定義與標(biāo)準(zhǔn)并口的定義有所不同，如表1所示。22EPP端口寄存器EPP端口與標(biāo)準(zhǔn)并口SPP兼容，并增強(qiáng)定義了新的端口地址，如表2所示（Base為并口基地址：如LPT1為378H）。 當(dāng)對(duì)基地址端口進(jìn)行IO操作時(shí)，就如同使用標(biāo)準(zhǔn)并口一樣，必須由軟件程序檢測(cè)當(dāng)前狀態(tài)以產(chǎn)生必要的控制信號(hào)。要同EPP外設(shè)通信，則從EPP

6、地址端口Base3讀寫地址，從EPP數(shù)據(jù)端口Base4讀寫數(shù)據(jù)。由于計(jì)算機(jī)并口只有8 b數(shù)據(jù)線，16 b或32 b數(shù)據(jù)必須分成若干字節(jié)分別傳送。如果設(shè)備端口有16 b或32 b數(shù)據(jù)線，可以利用Base5，Base6和Base7三個(gè)端口直接完成16 b或32 b數(shù)據(jù)傳輸。23EPP時(shí)序與標(biāo)準(zhǔn)并口通過(guò)軟件檢測(cè)外設(shè)狀態(tài)并產(chǎn)生握手信號(hào)不同，EPP只需對(duì)相應(yīng)端口進(jìn)行一次IO操作，讀寫周期即開始，計(jì)算機(jī)自身產(chǎn)生一系列異步、互鎖信號(hào)，自動(dòng)完成握手操作，避免了程序的復(fù)雜性，使得EPP數(shù)據(jù)傳輸率接近標(biāo)準(zhǔn)PC內(nèi)部ISA總線的傳輸率，典型的EPP傳輸速率為500 kbs2 Mbs。EPP協(xié)議定義的并行口提供了4種傳

7、送周期：數(shù)據(jù)寫周期、數(shù)據(jù)讀周期、地址寫周期和地址讀周期。數(shù)據(jù)周期一般用于計(jì)算機(jī)向外設(shè)發(fā)送命令和控制信號(hào)，以及向外設(shè)傳送數(shù)據(jù)。地址周期一般用于傳送地址、通道等信息。實(shí)際上，數(shù)據(jù)周期和地址周期并沒(méi)有那么嚴(yán)格的界限，可以把地址周期看作另一種數(shù)據(jù)周期。圖1圖4是4種周期的時(shí)序圖。 EPP時(shí)序規(guī)定nDataStrobe（nAddrStrobe）信號(hào)在PC檢測(cè)到nWait有效后才能置低，nDataStrobe（nAddrStrobe）有效又導(dǎo)致nWait信號(hào)變高，即通知26PC結(jié)束該讀寫周期，nDataStrobe（nAddrStrobe）隨后恢復(fù)到空閑時(shí)的高電平狀態(tài)。上述信號(hào)之間的互鎖關(guān)系可用下式實(shí)現(xiàn)。

8、24EPP初始化在EPP處于空閑狀態(tài)時(shí)，nDataStrobe，nAddrStrobe，nWrite和nReset信號(hào)必須無(wú)效即處于高電平狀態(tài)。有的PC機(jī)需要程序在讀寫EPP之前對(duì)并口控制寄存器（BASE2）相應(yīng)位（Bit 0，Bit1，Bit3）初始化，即向控制寄存器寫入xxxx0100的控制字。而有的并口當(dāng)其被置于反向傳輸模式時(shí)，將無(wú)法正常實(shí)現(xiàn)EPP寫周期，需要在使用EPP之前將并口置于正向傳輸模式，即清除控制寄存器的第5位Bit5。所以在發(fā)生上述情況時(shí)，程序在訪問(wèn)EPP數(shù)據(jù)、地址寄存器之前需先向控制寄存器寫入xx0x0100的控制字。3虛擬儀器EPP并行接口電路設(shè)計(jì)虛擬儀器通過(guò)EPP并行

9、接口連接PC計(jì)算機(jī)，硬件電路板包括多路數(shù)字量輸入輸出、定時(shí)器計(jì)數(shù)器、AD轉(zhuǎn)換器及DA轉(zhuǎn)換器、存儲(chǔ)器等，軟件包括硬件IO驅(qū)動(dòng)程序、儀器驅(qū)動(dòng)程序、數(shù)據(jù)采集和處理模塊、面板顯示程序等，通過(guò)軟件編程可構(gòu)成交直流電壓表、頻率計(jì)、多波形程控信號(hào)源、數(shù)字存儲(chǔ)式示波器等虛擬儀器。電路板內(nèi)采用了總線結(jié)構(gòu)，各功能部件均連接在模板的內(nèi)部總線上。EPP有8條數(shù)據(jù)地址共用線，因此只能采用分時(shí)復(fù)用的方法提供所需要的數(shù)據(jù)和地址總線。此外，還需要為各輸入輸出電路提供讀寫信號(hào)和片選信號(hào)。為簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，使用CPLD芯片EPM7128 SLC84完成電路板到EPP并口的接口電路。CPLD的設(shè)計(jì)輸入采用Altera公司的硬件描述語(yǔ)言H

10、DL（HardwareDescribable Language），開發(fā)工具為MAX-PLUS II， 設(shè)計(jì)輸入、編譯、仿真、修改及下載和電路驗(yàn)證都非常方便。EPP接口電路設(shè)計(jì)文件如下：SUBDESIGN EPP4對(duì)EPP接口的IO操作編程使用LabWindsCVI虛擬儀器開發(fā)平臺(tái)，設(shè)計(jì)了3個(gè)EPP接口功能函數(shù)。使用時(shí)首先初始化EPP接口，然后再調(diào)用EPP的輸入或輸出函數(shù)即可。    （1）初始化EPP接口函數(shù)（2）EPP接口輸出數(shù)據(jù)函數(shù)：先向地址寄存器寫入IO 8 b地址，再向數(shù)據(jù)寄存器輸出數(shù)據(jù)。（3）通過(guò)EPP接口輸入數(shù)據(jù)函數(shù)：先向地址寄存器寫入IO8 b地址，再?gòu)臄?shù)據(jù)寄存器輸入數(shù)據(jù)。  datainp（0x37c）；5結(jié)語(yǔ)在虛擬儀器中使用增強(qiáng)并行接口EPP，具有數(shù)據(jù)傳輸速度高（2 Mbs），電磁兼容特性良好。由于插拔不用開機(jī)箱，使用方便，具有熱插拔能力，尤其是適用于筆記本電腦。技術(shù)的復(fù)雜性和成本都不會(huì)太高，是構(gòu)建通用自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)