非多路復(fù)用與多路復(fù)用總線轉(zhuǎn)換橋的設(shè)計與實現(xiàn)

1、非多路復(fù)用與多路復(fù)用總線轉(zhuǎn)換橋的設(shè)計與實現(xiàn)作者：李啟瑞 柏 均 王傳良    文章來源：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，分析了各自時序的特點，詳細論述了兩種總線之間轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵：讀、寫周期的使能信號和起始基準的確定，并采用復(fù)雜可編程器件實現(xiàn)。微處理器對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，同時傳輸。目前國內(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)計電路

2、時應(yīng)考慮如何將數(shù)據(jù)和地址從總線上分離出來，與存儲器、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）信號觸發(fā)鎖存器（）將地址與數(shù)據(jù)信號分離出來。近幾年來，隨著低價位芯片的出現(xiàn)，芯片已被廣泛應(yīng)用到控制與測量領(lǐng)域中。國內(nèi)使用的芯片以公司的系列為主流。這種微處理器對外的數(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。國內(nèi)和國外也沒有一款專用集成電路芯片來實現(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，地址有效；時，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)。雖然此方法實現(xiàn)起來電路簡單，但在編程時卻需要考慮發(fā)送的數(shù)據(jù)何時作為控制器的地址，何時作為控制器的數(shù)據(jù)，沒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，完成了用硬件來實現(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)用總線的信號和時序 接口的主要信號說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，主要信號有地址數(shù)據(jù)信號、地址選通信號、片選信號、讀信號、寫信號、模式選擇信號。當時，為模式；當時，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、寫周期時序。引腳在有效時，傳送的是地址信號；在或有效時，傳

4、輸?shù)氖菙?shù)據(jù)信號。 的時序分析以的讀時序為例進行說明。在設(shè)計轉(zhuǎn)換橋時，多路復(fù)用總線的各信號必須滿足如下時間參數(shù)要求：的脈沖寬度（）最小為；地址信號（）建立到變?yōu)榈碗娖剿钑r間（）最小為；的有效脈寬（）最小為；為低電平到數(shù)據(jù)信號有效所需時間最大為；變?yōu)楦唠娖降降刂窋?shù)據(jù)線釋放（即高阻狀態(tài)）所需時間最大為。 非多路復(fù)用總線的信號和時序 接口的主要信號說明的總線接口方式采用地址和數(shù)據(jù)分離的形式。其主要信號有地址信號、數(shù)據(jù)信號、讀信號、寫信號、閘門信號、空間選擇信號、數(shù)據(jù)存儲器選擇信號、程序存儲器選擇信號、機器時鐘輸出信號。當對外部數(shù)據(jù)存儲器、程序存儲器或空間訪問時，有效；當對外部訪問時（即程序中使用和指

5、令），有效。    的時序分析的讀寫時序如圖和圖所示。的讀或?qū)懝ぷ髦芷谝话阍趦蓚€機器周期內(nèi)完成。在此期間，信號和地址信號一直保持有效；閘門信號發(fā)生在第一個機器周期有效后并保持一個機器周期以上；和有效時，數(shù)據(jù)有效。兩次連續(xù)的寫操作（如圖所示）時，的有效間隔時間（）最小為（），而兩次連續(xù)的讀操作（如圖所示）時，的有效間隔時間（）為（），其中為倍的機器時鐘周期。可見對于連續(xù)的讀、寫操作，、的有效間隔不同，設(shè)計電路時應(yīng)注意此細節(jié)。在連續(xù)的讀或?qū)懖僮鲿r，信號一直為有效電平，無法以此信號作為產(chǎn)生的、讀、寫信號起始基準；而在寫周期時，與的變化始終保持一致，因此在產(chǎn)生寫周期時，可

6、以用作為、產(chǎn)生的起始基準信號。但是在連續(xù)的讀操作時，一直保持為低電平，可見在產(chǎn)生讀、寫操作周期時，無法單獨以它作為、信號產(chǎn)生的起始基準，需與、進行邏輯組合來作為讀、寫操作周期的起始基準信號。 實現(xiàn)轉(zhuǎn)換橋的設(shè)計方法此轉(zhuǎn)換橋如果用中規(guī)模集成電路（系列）實現(xiàn)起來比較復(fù)雜，工作頻率又較高，布線時若稍不合理，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，用硬件描述語言來實現(xiàn)。 轉(zhuǎn)換橋引腳信號定義圖為轉(zhuǎn)換橋的時序仿真圖，其中轉(zhuǎn)換橋的各引腳信號與和引腳信號的對應(yīng)為：接；接；接；接；接；接；接；接；接；接；接。 讀、寫周期使能信號和起始基準信號的確定轉(zhuǎn)換橋的基準時鐘為的機器時鐘輸出

7、信號。為的方波信號。因為的讀或?qū)懝ぷ髦芷谝话銥橐弧蓚€機器時鐘周期，此時基準時鐘最多含有四個邊沿狀態(tài)，無法完成非多路復(fù)用到多路復(fù)用的轉(zhuǎn)換，所以通過軟件等待設(shè)置，使對外部總線操作時，由原來所用的一個機器時鐘周期延長到四個機器時鐘周期，邊沿狀態(tài)個數(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)用總線時序的時間參數(shù)滿足的時序要求。從上面的時序分析中可以確定出的讀、寫周期的使能信號和起始基準信號、邏輯組合。作為轉(zhuǎn)換橋的片選信號，當為“”時，轉(zhuǎn)換橋工作；否則，轉(zhuǎn)換橋的各輸出信號被懸掛。當為“”、為“”、為“”、為“”時，開始對外部進行寫操作，在后面緊跟的四個機器時鐘周期產(chǎn)生出個的寫周期；當為“”

8、、為“”、為“”、為“”時，開始對外部進行讀操作，在后面緊跟的四個機器時鐘周期產(chǎn)生出個的讀周期。 讀操作轉(zhuǎn)換過程通過軟件等待設(shè)置，使的 讀、寫操作需四個機器時鐘周期。在第一個時鐘周期的上升沿產(chǎn)生信號（脈寬為倍的機器時鐘周期），同時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，并保持到第二個時鐘周期的上升沿為止，此時為高阻狀態(tài)。第三、第四個時鐘周期，的讀信號有效，將此信號直接送到引腳，此時引腳的數(shù)據(jù)直接送給引腳，讀操作結(jié)束。  寫操作轉(zhuǎn)換過程在寫操作的四個時鐘周期中，在第一個時鐘周期的上升沿產(chǎn)生信號（脈寬為一個機器時鐘周期），同時將輸入的低八位地址引腳的信號送到上，并保持到第三個時鐘周期結(jié)束。在第四個時鐘周期的上升沿產(chǎn)生寫信號（寬度為一個時鐘周期），在寫信號的上升沿處鎖存數(shù)據(jù)線來的信號，并將其送到