用增强并口ＥＰＰ协议扩展计算机的ＩＳＡ_电力配电知识

用增强并口ＥＰＰ协议扩展计算机的ＩＳＡ

点击数：7162 次录入时间：03-04 11:58:09 整理：http://www.55dianzi.com 电力配电知识

摘要：提出了用ＥＰＰ协议和ＣＰＬＤ扩展笔记本电脑的ＩＳＡ接口的方法，给出了详细的技术解决方案。扩展的ＩＳＡ接口可以达到１３１０ＫＢ／ｓ的双向通讯速度，与ＩＳＡ本身的速度相当。用户可以通过扩展的ＩＳＡ接口直接使用市场上的基于ＩＳＡ的接口卡。

关键词：ＩＳＡ标准并口增强并口复杂的可编程逻辑器件

利用微机开发便携式的数据采集、控制系统一直是微机应用系统开发者十分关心的课题。特别在是基于笔记本电脑的数据采集和控制系统中，这一点显得尤为重要。传统的数据采集和控制系统是针对台式机或者工控机设计的，一般都做成了标准的插卡，如Ａ／Ｄ卡、Ｄ／Ａ卡、ＲＳ２３２扩展卡等等，用户根据自己的实际需要选取合适的插卡，安装在自己的计算机中，再编写所需要的程序。但是在基于笔记本电脑的应用系统中，由于其没有扩展槽，如果用户自己不再配一个扩展箱，就不能配置现成的插卡。扩展箱的主要功能是扩展笔记本电脑的各种外围接口，即把笔记本电脑的功能扩展为与一个台式机相同的功能。它需要单独的电源供应，体积比笔记本电脑本身大，又比笔记本重的多，价格在人民币７０００～１００００元左右。如果能够找到一种便捷的方法，为笔记本电脑提供一个标准的总线接口，如ＩＳＡ接口，那么现在市场上大部分的插卡都可以用在笔记本电脑上，不仅为用户节约了一个扩展箱投资，而且还为用户提供了更加广阔的选择余地。本文提出了解决该问题的一个完整的技术方案。

１ＥＰＰ并口

最初的计算机并口只是为打印机设计的，数据只是单向传输。ＩＢＭ公司引进了ＰＳ／２设计后，并口开始支持双向数据传输，但是ＰＳ／２实际上并没有成为一个为业界广泛认可的双向并口模式。１９９２年，由Ｉｎｔｅｌ、Ｘｉｃｏｍ和Ｚｅｎｉｔｈ公司共同制定了ＥＰＰ１．７标准。以后ＩＥＥＥ又发展了ＩＥＥＥ１２８４的ＥＰＰ标准。实际上ＥＰＰ的标准共有三个，即ＥＰＰ１．７、ＥＰＰ１．９和ＩＥＥＥ１２８４，这些标准并不完全兼容，特别是ＥＰＰ１．７和ＩＥＥＥ１２８４之间，不过这些对用户的使用并没有太大的影响。文献[１]即是ＩＥＥＥ１２８４标准，其中规定了并口各种模式的详细的时序图，包括ＳＰＰ、ＰＳ／２、ＥＣＰ和ＥＰＰ模式。作者根据ＩＥＥＥ１２８４上规定的时序图进行了时序设计，而计算机上提供的ＥＰＰ版本是ＥＰＰ１．７或ＥＰＰ１．９，实际使用中它们没有不匹配的地方。

２用ＥＰＰ扩展ＩＳＡ接口的总体设计

计算机主板上一般有２～３个ＩＳＡ插槽，可以扩充一些ＩＳＡ插卡。大多数基于ＩＳＡ标准的微机数据采集和控制只用到了ＩＳＡ接口的数据线、地址线、ＡＥＮ、ＡＬＥ、＃ＩＯＲ、＃ＩＯＷ等信号，有的也用到了中断和ＤＭＡ的信号。只要了解这些信号之间的时序关系，我们完全可以自己用逻辑器件“制造”出ＩＳＡ接口，文献[２]介绍了用单片机扩展总线的技术，包括ＩＳＡ、ＳＴＤ总线等。作者曾经用并口的ＳＰＰ模式和８０Ｃ１９６单片机扩展出了计算机的ＩＳＡ接口，但是ＩＯ读写速度只能达到２０ＫＢ／ｓ左右，总体的效果不太理想。ＥＣＰ和ＥＰＰ都能进行高速双向数据通讯，但是ＥＣＰ的实现远比ＥＰＰ复杂的多，其性能和ＥＰＰ却大致相当，所以最终的方案采用了ＥＰＰ模式。由于单片机是一个单任务的串行控制器，如果它只是用来扩展ＩＳＡ接口，那么可以达到比较高的速度；否则，ＩＳＡ总线的速度会大大降低，最后变得失去使用价值，所以最终的外设芯片不能采用单片机，只能采用ＤＳＰ或者大规模的可编程逻辑器件。作者选用了后一种方案。

用ＥＰＰ扩展ＩＳＡ口的硬件核心是一片可编程逻辑器件，如ＣＰＬＤ，它一方面负责与计算机通过ＥＰＰ协议进行双向数据通讯，另一方面负责产生ＩＳＡ接口时序，系统体系相当简洁而高效，电路原理如图１所示。ＥＰＰ的数据线Ｄ０～Ｄ７和信号线ｎＷｒｉｔｅ、ｎＤｓｔｒｂ、ｎＡｓｔｒｂ、ｎＩｎｉｔ、ｎＷａｉｔ、Ｉｎｔｒ直接与ＣＰＬＤ的双向Ｉ／Ｏ线相连。另外，ＥＰＰ没有定义标准并口的第１２、１３、１５三个引脚，这些引脚用户可以灵活使用。电路图上并口的第１３脚和ＣＰＬＤ连了起来，可以提供其他的功能。ＣＰＬＤ提供了ＩＳＡ接口的Ｄ０～Ｄ７，Ａ０～Ａ１５，ＡＬＥ，ＡＥＮ，＃ＩＯＲ，＃ＩＯＷ，ＩＲＱ、ＩＯＲＤＹ等信号。扩展的ＩＳＡ接口提供了１６根地址线，可以寻址６４Ｋ的ＩＯ空间，这比计算机所提供的ＩＯ空间（１Ｋ）大了许多倍。用户可以专门设计具有６４Ｋ寻址能力的数据采集和控制板，也可以用只有１Ｋ寻址能力的数据采集和控制板，在这种情况下，地址线的高６位被忽略了，但这并不影响系统的正常使用。

３硬件操作方法

ＥＰＰ协议定义的并行口提供了四种传送周期：数据写周期、数据读周期、地址写周期和地址读周期。数据周期一般用于计算机和外设间的数据传送，地址周期一般用于传送地址、通道、命令和控制等信息。实际上，数据周期和地址周期并没有那么严格的界限，可以把地址周期看做另一种数据周期，二者并没有太大的区别。图２是ＥＰＰ数据写周期的时序图，图中的ｎＩＯＷ信号实际上在进行ＥＰＰ数据写时并不会产生，只不过是为了表示所有的操作都发生在一个ＩＯ周期内，只有这样，才能使ＥＰＰ获得ＩＳＡ总线的数据操作速度。图２中的ｎＤａｔａＳｔｒｏｂｅ信号如果换为ｎＡｄｄＳｔｒｏｂｅ信号，就是ＥＰＰ地址写周期。图３是ＥＰＰ地址读周期，也是发生在一个ＩＯ周期内。

ＥＰＰ定义了一个计算机用于控制外设初始化的信号：ｎＩｎｉｔ，如果用户不希望控制外设的初始化，则可以不处理这个信号；用户也可以挪用ｎＩｎｉｔ信号做其他的用途，在本设计方案的地址周期中，如果ｎＩｎｉｔ为高，则表示该地址对应ＩＳＡ接口的高８位地址，否则，对应低８位地址。用这种办法解决了用８位的ＥＰＰ地址扩展１６位的ＩＳＡ地址的难题。实践证明，这是一个方便实用的解决方法。

用ＥＰＰ扩展ＩＳＡ接口，最根本的任务是把ＥＰＰ的数据读写周期快速地转化为ＩＳＡ的ＩＯ读写周期。在ＩＳＡ的时序中[３]，时钟的频率是４．７７ＭＨｚ，典型的一个ＩＳＡ周期要用４个时钟周期，即大概１μｓ的时间。在ＥＰＰ的读周期中，ＥＰＰ首先发出读命令，然后等待ＩＳＡ的数据响应，如果ＩＳＡ仍然以４个时钟来进行ＩＯ读操作，那么ＥＰＰ很有可能会由于超时而发生时序错误，数据也必然会错。解决这个问题可以用提高ＩＳＡ接口的时钟频率的办法，如提高到８ＭＨｚ甚至是１６ＭＨｚ，但是这样的话ＩＳＡ卡可能会来不及响应而发生数据错误，所以这种方法不可取；另一种方法是改造ＩＳＡ接口的时序，使得既能满足ＩＳＡ卡的时序要求，又不至于造成ＥＰＰ的超时错误。仔细分析ＩＳＡ的ＩＯ读时序，ＣＰＵ在Ｔ１发出地址信号并发出ＡＬＥ信号，在Ｔ２发出读命令，在Ｔ３采样ＲＥＡＤＹ信号，以决定是否产生等待周期，如果不需要等待，则在Ｔ４读取数据，完成整个读周期。可以发现，对于本系统，Ｔ１周期是可以省略的，因为ＣＰＬＤ可以在ＥＰＰ的地址周期内设定要寻址的ＩＯ地址，而没有必要在ＩＳＡ周期内再发送地址，这样ＩＳＡ的ＩＯ读周期就从４个时钟减少到３个时钟；如果可以保证ＩＳＡ卡设备可以在一个时钟内送出有效的数据，则Ｔ３也可以省略，这样一个ＩＳＡ读周期实际上只占用了两个时钟，不会造成ＥＰＰ的超时错误。对ＥＰＰ数据写周期，因为ＣＰＬＤ可以先把数据写到缓冲中，首先保证ＥＰＰ时序，再把数据从缓冲写到ＩＳＡ设备中去，所以不会造成超时错误。ＩＳＡ的读写时序经过这样的简化处理后，可以满足ＩＳＡ设备和ＥＰＰ两方面的时序要求。