非多路復(fù)用與多路復(fù)用總線轉(zhuǎn)換橋的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1、非多路復(fù)用與多路復(fù)用總線轉(zhuǎn)換橋的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)作者：李啟瑞 柏 均 王傳良    文章來(lái)源：電子技術(shù)應(yīng)用摘要：提出了一種新穎的非多路復(fù)用總線與多路復(fù)用總線的轉(zhuǎn)換接口電路。以兩種總線的典型代表芯片與為例，分析了各自時(shí)序的特點(diǎn)，詳細(xì)論述了兩種總線之間轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵：讀、寫周期的使能信號(hào)和起始基準(zhǔn)的確定，并采用復(fù)雜可編程器件實(shí)現(xiàn)。微處理器對(duì)外并行總線接口方式一般分為兩種，一種為多路復(fù)用方式，數(shù)據(jù)與地址采用共用引腳，分時(shí)傳輸；另一種是非多路復(fù)用方式，數(shù)據(jù)與地址采用分離引腳，同時(shí)傳輸。目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用廣泛的和系列微處理器采用多路復(fù)用總線，設(shè)計(jì)電路

2、時(shí)應(yīng)考慮如何將數(shù)據(jù)和地址從總線上分離出來(lái)，與存儲(chǔ)器、外圍接口芯片的數(shù)據(jù)和地址引腳連接。一般利用（地址鎖存）信號(hào)觸發(fā)鎖存器（）將地址與數(shù)據(jù)信號(hào)分離出來(lái)。近幾年來(lái)，隨著低價(jià)位芯片的出現(xiàn)，芯片已被廣泛應(yīng)用到控制與測(cè)量領(lǐng)域中。國(guó)內(nèi)使用的芯片以公司的系列為主流。這種微處理器對(duì)外的數(shù)據(jù)和地址總線接口方式為非多路復(fù)用方式，不能與多路復(fù)用方式的外圍接口芯片（如控制器）直接相連。國(guó)內(nèi)和國(guó)外也沒(méi)有一款專用集成電路芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)非多路復(fù)用方式到多路復(fù)用方式的轉(zhuǎn)換。參考文獻(xiàn)提出了一種轉(zhuǎn)換方法，是將的數(shù)據(jù)線作為控制器的數(shù)據(jù)地址復(fù)用線，用的地址線作為地址、數(shù)據(jù)選擇線。時(shí)，地址有效；時(shí)，數(shù)據(jù)有效，即用奇數(shù)地址傳送地址，用偶數(shù)地

3、址傳送數(shù)據(jù)。雖然此方法實(shí)現(xiàn)起來(lái)電路簡(jiǎn)單，但在編程時(shí)卻需要考慮發(fā)送的數(shù)據(jù)何時(shí)作為控制器的地址，何時(shí)作為控制器的數(shù)據(jù)，沒(méi)有從根本上解決非多路復(fù)用方式到多路復(fù)用方式的轉(zhuǎn)換。本文以與的連接為例，采用復(fù)雜可編程邏輯器件，完成了用硬件來(lái)實(shí)現(xiàn)非多路復(fù)用方式到多路復(fù)用方式的轉(zhuǎn)換。 多路復(fù)用總線的信號(hào)和時(shí)序 接口的主要信號(hào)說(shuō)明控制器提供的微處理器接口方式為典型或地址數(shù)據(jù)多路復(fù)用總線模式，主要信號(hào)有地址數(shù)據(jù)信號(hào)、地址選通信號(hào)、片選信號(hào)、讀信號(hào)、寫信號(hào)、模式選擇信號(hào)。當(dāng)時(shí)，為模式；當(dāng)時(shí)，為模式。本文描述的地址數(shù)據(jù)多路復(fù)用總線模式均為模式。圖和圖分別為模式讀、寫周期時(shí)序。引腳在有效時(shí)，傳送的是地址信號(hào)；在或有效時(shí)，傳

4、輸?shù)氖菙?shù)據(jù)信號(hào)。 的時(shí)序分析以的讀時(shí)序?yàn)槔M(jìn)行說(shuō)明。在設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)換橋時(shí)，多路復(fù)用總線的各信號(hào)必須滿足如下時(shí)間參數(shù)要求：的脈沖寬度（）最小為；地址信號(hào)（）建立到變?yōu)榈碗娖剿钑r(shí)間（）最小為；的有效脈寬（）最小為；為低電平到數(shù)據(jù)信號(hào)有效所需時(shí)間最大為；變?yōu)楦唠娖降降刂窋?shù)據(jù)線釋放（即高阻狀態(tài)）所需時(shí)間最大為。 非多路復(fù)用總線的信號(hào)和時(shí)序 接口的主要信號(hào)說(shuō)明的總線接口方式采用地址和數(shù)據(jù)分離的形式。其主要信號(hào)有地址信號(hào)、數(shù)據(jù)信號(hào)、讀信號(hào)、寫信號(hào)、閘門信號(hào)、空間選擇信號(hào)、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器選擇信號(hào)、程序存儲(chǔ)器選擇信號(hào)、機(jī)器時(shí)鐘輸出信號(hào)。當(dāng)對(duì)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、程序存儲(chǔ)器或空間訪問(wèn)時(shí)，有效；當(dāng)對(duì)外部訪問(wèn)時(shí)（即程序中使用和指

5、令），有效。    的時(shí)序分析的讀寫時(shí)序如圖和圖所示。的讀或?qū)懝ぷ髦芷谝话阍趦蓚€(gè)機(jī)器周期內(nèi)完成。在此期間，信號(hào)和地址信號(hào)一直保持有效；閘門信號(hào)發(fā)生在第一個(gè)機(jī)器周期有效后并保持一個(gè)機(jī)器周期以上；和有效時(shí)，數(shù)據(jù)有效。兩次連續(xù)的寫操作（如圖所示）時(shí)，的有效間隔時(shí)間（）最小為（），而兩次連續(xù)的讀操作（如圖所示）時(shí)，的有效間隔時(shí)間（）為（），其中為倍的機(jī)器時(shí)鐘周期。可見對(duì)于連續(xù)的讀、寫操作，、的有效間隔不同，設(shè)計(jì)電路時(shí)應(yīng)注意此細(xì)節(jié)。在連續(xù)的讀或?qū)懖僮鲿r(shí)，信號(hào)一直為有效電平，無(wú)法以此信號(hào)作為產(chǎn)生的、讀、寫信號(hào)起始基準(zhǔn)；而在寫周期時(shí)，與的變化始終保持一致，因此在產(chǎn)生寫周期時(shí)，可

6、以用作為、產(chǎn)生的起始基準(zhǔn)信號(hào)。但是在連續(xù)的讀操作時(shí)，一直保持為低電平，可見在產(chǎn)生讀、寫操作周期時(shí)，無(wú)法單獨(dú)以它作為、信號(hào)產(chǎn)生的起始基準(zhǔn)，需與、進(jìn)行邏輯組合來(lái)作為讀、寫操作周期的起始基準(zhǔn)信號(hào)。 實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換橋的設(shè)計(jì)方法此轉(zhuǎn)換橋如果用中規(guī)模集成電路（系列）實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較復(fù)雜，工作頻率又較高，布線時(shí)若稍不合理，易引起干擾，使得電路工作不穩(wěn)定，因此這里采用高可靠性的復(fù)雜可編程邏輯器件，用硬件描述語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn)。 轉(zhuǎn)換橋引腳信號(hào)定義圖為轉(zhuǎn)換橋的時(shí)序仿真圖，其中轉(zhuǎn)換橋的各引腳信號(hào)與和引腳信號(hào)的對(duì)應(yīng)為：接；接；接；接；接；接；接；接；接；接；接。 讀、寫周期使能信號(hào)和起始基準(zhǔn)信號(hào)的確定轉(zhuǎn)換橋的基準(zhǔn)時(shí)鐘為的機(jī)器時(shí)鐘輸出

7、信號(hào)。為的方波信號(hào)。因?yàn)榈淖x或?qū)懝ぷ髦芷谝话銥橐弧蓚€(gè)機(jī)器時(shí)鐘周期，此時(shí)基準(zhǔn)時(shí)鐘最多含有四個(gè)邊沿狀態(tài)，無(wú)法完成非多路復(fù)用到多路復(fù)用的轉(zhuǎn)換，所以通過(guò)軟件等待設(shè)置，使對(duì)外部總線操作時(shí)，由原來(lái)所用的一個(gè)機(jī)器時(shí)鐘周期延長(zhǎng)到四個(gè)機(jī)器時(shí)鐘周期，邊沿狀態(tài)個(gè)數(shù)增加了倍。另外的脈寬為，這樣可以保證轉(zhuǎn)換橋輸出的多路復(fù)用總線時(shí)序的時(shí)間參數(shù)滿足的時(shí)序要求。從上面的時(shí)序分析中可以確定出的讀、寫周期的使能信號(hào)和起始基準(zhǔn)信號(hào)、邏輯組合。作為轉(zhuǎn)換橋的片選信號(hào)，當(dāng)為“”時(shí)，轉(zhuǎn)換橋工作；否則，轉(zhuǎn)換橋的各輸出信號(hào)被懸掛。當(dāng)為“”、為“”、為“”、為“”時(shí)，開始對(duì)外部進(jìn)行寫操作，在后面緊跟的四個(gè)機(jī)器時(shí)鐘周期產(chǎn)生出個(gè)的寫周期；當(dāng)為“”

8、、為“”、為“”、為“”時(shí)，開始對(duì)外部進(jìn)行讀操作，在后面緊跟的四個(gè)機(jī)器時(shí)鐘周期產(chǎn)生出個(gè)的讀周期。 讀操作轉(zhuǎn)換過(guò)程通過(guò)軟件等待設(shè)置，使的 讀、寫操作需四個(gè)機(jī)器時(shí)鐘周期。在第一個(gè)時(shí)鐘周期的上升沿產(chǎn)生信號(hào)（脈寬為倍的機(jī)器時(shí)鐘周期），同時(shí)將輸入的低八位地址鎖存并送到地址數(shù)據(jù)復(fù)用總線，并保持到第二個(gè)時(shí)鐘周期的上升沿為止，此時(shí)為高阻狀態(tài)。第三、第四個(gè)時(shí)鐘周期，的讀信號(hào)有效，將此信號(hào)直接送到引腳，此時(shí)引腳的數(shù)據(jù)直接送給引腳，讀操作結(jié)束。  寫操作轉(zhuǎn)換過(guò)程在寫操作的四個(gè)時(shí)鐘周期中，在第一個(gè)時(shí)鐘周期的上升沿產(chǎn)生信號(hào)（脈寬為一個(gè)機(jī)器時(shí)鐘周期），同時(shí)將輸入的低八位地址引腳的信號(hào)送到上，并保持到第三個(gè)時(shí)鐘周期結(jié)束。在第四個(gè)時(shí)鐘周期的上升沿產(chǎn)生寫信號(hào)（寬度為一個(gè)時(shí)鐘周期），在寫信號(hào)的上升沿處鎖存數(shù)據(jù)線來(lái)的信號(hào)，并將其送到