摘 要：介紹了PSD813F1芯片的性能特點及內部結構，結合數據采集設備進解了PSD813F1與80C196KC組成的測量系統的實現方法。
關鍵詞： PSD單片機可編程外圍芯片 微控制器 JTAG 數據采集
由WSI公司研制的新一代可編程微控制器系統外圍器件PSD813F1芯片，具備完整的在系統可編程(In System Programmable)特性。其在系統可編程不僅僅是對程序存儲器而言，而是指整個芯片內的所有功能塊的配置，而且可對器件的邏輯和功能進行隨時組態或重組。該芯片采用模塊化設計技術，可集成一個單片機應用系統所需的多個外圍模塊，如將FLASH MEM、EEPROM、SRAM、PLD等集成到單一硅片上，為簡化微控制器應用系統的設計、縮短產品的開發周期、提高系統的可靠性、降低系統的成本、縮小產品尺寸、增強系統保密性提供了一條捷徑。
1 PSD813F1芯片的性能特點
PSD813F1的內部結構如圖1所示。
PSD813F1內部集成了可分區段保護的128K字節FLASH MEM(閃速存儲器)和32K字節EEPROM，以及掉電時通過切換到備用電源以保持數據的2K字節SRAM。每一個存儲器塊可以被用戶通過配置定位在不同地址空間。FLASH MEM分成8個大小相同的塊，EEPROM分成4個大小相同的塊，以上各塊均可被設定成程序空間或數據空間；2K字節的SRAM存儲器可完成數據緩存的功能。
PSD813F1具有可與微控制器相匹配的總線接口邏輯，片內還集成了優化的“宏單元”邏輯結構，包括24個輸入宏單元和16個輸出宏單元。這些宏單元，既可作為內部PLD陣列的一個組合邏輯輸入信號，又可用來完成寄存輸出，以完成一定的時序要求。其中輸入宏單元可將來自引腳的輸入信號經鎖存、寄存后或直接傳至內部PLD陣列的輸入總線。而輸出宏單元既可作為一個內部節點反饋至PLD的輸入總線，也可直接通過引腳輸出。
芯片包括4個可編程I/O端口，共27個允許獨立配置的端口引腳，端口A、B和C為8位，端口D為3位，端口可設置為MCU I/O、PLD I/O、外設I/O、地址輸入輸出、數據端口等不同的配置，而且其中的16個I/O引腳可以設定為CMOS電平或漏極開路工作方式。這些端口的工作方式由數據輸入、數據輸出、方向、控制、驅動選擇等寄存器決定，這些寄存器位于以CSIOP為基地址的256字節空間里，CSIOP基地址由配置軟件決定，不同寄存器具有唯一的相對于CSIOP基地址的偏移地址，對寄存器的操作可在程序中完成。
PSD813F1的譯碼邏輯由內部FLASH PLD(包括FDPLD和FGPLD)實現，具體結構由與陣列組成。FDPLD為內部功能部件提供地址譯碼，例如內部的FLASH MEM、EEPROM、SRAM、寄存器，以及I/O端口的選擇。FGPLD用于實現系統邏輯，如狀態機功能塊和組合邏輯的實現。
PSD813F1的加密技術為系統的加密提供了便捷的實現方法，當PSD配置寄存器中的保密位被置位時，不允許在器件編程器或通過JTAG端口讀器件，當使用JTAG端口時，只有全芯片擦除命令允許，其他命令被阻斷。
2 JTAG編程
PSD813F1為真正的現場可編程器件，包括芯片的PSD配置、PLD陣列、EEPROM和FLASH MEM均能在系統中編程。
基于PSD技術的硬件設計方法是采用硬件描述語言來設計復雜的數字邏輯系統，生成符合PSD芯片要求、在電路上可行的數字邏輯，通過WSI公司提供的PSDSOFT軟件包，可生成編程器所需的目標文件(包括程序及系統配置文件)，經JTAG接口可下載到芯片中。
端口C是可復用的端口，可配置成JTAG編程端口，在現場對空白器件進行在系統編程或對已編程器件進行重新編程，而無需使用微控制器。另外，也可以通過微控制器執行來自EEPROM的編程算法，FLASH MEM也可在系統內被編程。通過執行來自FLASH MEM的算法，EEPROM也可用同樣的方法進行編程。PLD邏輯或其他PSD813F1配置同樣也可通過JTAG口或器件編程器編程。
PSD813F1遵守IEEE1149.1 JTAG(Joint Test Action Group聯合測試行動小組)技術規范的基本內容，支持JTAT接口的ISC(In System Configurition在系統配置)規范，允許PSD813F1與其他工作于邊界掃描方式的器件一起存在于JTAG鏈中，但不支持該技術規范內定義的邊界掃描功能。
標準JTAG采用4個基本信號：TCK，TMS，TDI，TDO。其中，TCK為同步時鐘，TMS為JTAG方式選擇，TDI、TDO分別為串行數據輸入和串行數據輸出。WSI公司的JTAG接口除以上4個基本信號外，還附加提供了用于增強功能的TSTAT和/TERR信號，其中TSTAT代表正在進行的當前動作的瞬時狀態，/TERR指示對字節或扇區的編程/擦除是否超時。此外的附加信號為：/JEN提供低電平有效的使能輸入信號，以便使PSD813F1的JTAG功能在端口C引腳上有效；
/RST復位目標系統，/TRST復位目標板上的JTAG，CNTL是由用戶定義的信號。
3 PSD813F1在數據采集系統中的應用
PSD813F1可與8位或16位MCU構成一應用系統，本文在此介紹了采用PSD813F1與80C196KC[2]構成的現場數據采集電路。
3.1 硬件結構
系統硬件結構如圖2所示，核心器件為80C196KC和PSD813F1，圖中簡化了復位等電路。
80C196KC為INTEL公司16位單片機。該單片機具有16位多路復用的地址/數據總線，工作于12MHz的時鐘頻率，系統主體程序采用C96語言設計，程序空間大小占用32K，系統設計要求采用非易失性存儲器進行數據存儲，另外需外擴SRAM用于數據緩存。程序存儲、數據存儲和數據緩存分別由PSD813F1的FLASH MEM、EEPROM和SRAM完成。
A/D轉換采用80C196KC自身的10位8路逐次比較型A/D，鍵盤/顯示接口芯片采用8279，與PC機通信采用MAXIM公司的MAX232用于RS－232通信，由MAX874經精密調整后給80C196KC提供4.096V電壓。8279的片選和地址譯碼由PSD813F1的FGPLD完成。
3.2 軟件設計
3.2.1 PSD813F1配置文件設計
該電路在PSDSOFT(WSI公司提供的下載軟件)中的配置為：
·多路復用工作方式
·ALE高電平有效
·讀/寫控制選擇RD/WR
PSD813F1以ABEL語言為硬件描述語言，在本電路中的設計方法為：
(1)內部譯碼實現：
fs0＝!a15*!a14*!a13*!a12; /*fs為設計中FLASH MEM的保留名fs0地址空間為0000h～0fffh*/
fs1＝!a15*!a14*!a13*a12; /*fs1地址空間為1000h－－＞1fffh*/
fs2＝!a15*!a14*a13*!a12; /*fs2地址空間為2000h－－＞2fffh*/
fs3＝!a15*!a14*a13*a12; /*fs3地址空間為3000h－－＞3fffh*/
ees0＝!a15*a14*!a13*a12; /*ees為EEPROM的保留名，ees0地址空間為4000h－－＞4fffh*/
ees1＝!a15*a14*a13*!a12; /*ees1地址空間為5000h－－＞5fffh*/
ees2＝!a15*a14*a13*!a12; /*ees2地址空間為6000h－－＞6fffh*/
ees3＝!a15*a14*a13*a12;/*ees3地址空間為7000h－－＞7fffh*/
rs0＝a15*!a14*!a13*!a12*!a11*!a10; /*rs為SRAM的保留名，地址空間為8000－83fffh*/
csiop＝a15*!a14*!a13*a12;/*csiop基地址為9000h*/
(2) 外部譯碼的實現：
將PB的最低位端口設計為片選信號的設計方法為
cs1 pin7; /*PB的0端口*/
cs1＝!(a15 *a14*/a13*a12); /*8279的地址空間為d000h－－＞dfffh*/
3.2.2 程序設計
程序設計語言為C96，其實現如下：
對SRAM的操作為：
static const unsigned char *pointer_sram＝0x8000; /*設置SRAM數據單元的基址指針*/
pointer_sram＝0xaa; /*將數據寫入基址單元*/
pointer_sram[1]＝0xbb; /*將數據寫入下一地址單元*/
……
對EEPROM的操作為：
static const unsigned char *pointer_ee＝0x4000;/*設置EEPROM空間的基址指針*/
pointer_ee＝0xaa;
…… /*延時等待，對EEPROM的單元寫入數據時必須增添一定的時間延時*/
pointer_ee[i]＝0xbb； /*i為地址增量，即相對于基地址的偏移量*/
……
端口A、B的地址及各控制寄存器的地址由CSIOP的基地址加偏移地址來決定，本設計中PA.0用于為8279的A0提供地址信號。如不采用PSD813F1，則需在80C196KC和8279之間接74373用于地址鎖存輸出，采用PSD813F1則只需配置端口A的PA.0工作于地址鎖存工作方式，配置由A口的控制寄存器(占據一字節空間)決定，實現方法如下：
static const unsigned char *csiop＝0x9000;
csiop[2]＝0xfe; /*端口A的控制寄存器相對于CSIOP基地址的偏移地址為02H；此時PA.0在控制寄存器中的相應位為0，因此PA.0工作于地址鎖存輸出方式，其他高7位相應位為1，因此工作于MCU I/O方式*/
對8279的初始化操作為：
static const unsigned char *pointer_8279＝0xd000h;/*基址為數據口地址*/
pointer_8279[1]＝0xd1;/*對命令端口寫入清除命令*/
do{}
while((pointer_8279[1]‖0x7f＝＝0x7f);/*等待清除完成*/
pointer 8279[1]＝0x2a; /*送程序時鐘分頻常數*/pointer_8279[1]＝0x08; /*寫鍵盤/顯示器工作方式命令*/
pointer_8279[1]＝0x90; /*寫顯示RAM命令*/
pointer_8279＝0x10;/*向數據口送入顯示數據0x10*/
總之，本文通過設計該數據采集系統，表明PSD813F1芯片集FLASH MEM、EERPOM、SRAM、PLD等于一體，可代替電路設計中的程序存儲、數據存儲、數據緩存和譯碼等芯片，從而可使單片機系統大大簡化，一個實用系統可簡化為“兩片”系統，而其JTAG技術更是為該芯片的使用增添了便捷的設計和使用手段。
參考文獻
1 PSD8XXF系列數據手冊及應用筆記.武漢：武漢力源1998
2 孫涵芳.INTEL 16位單片機.北京：北京航空航天大學出版社