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基于增强并行口EPP的便携式高速数据采集系统

2008-12-22
作者:王海艇 张鹏飞 李 实 宋建平

  摘 要: 針對基于EPP協議的并行端口設備開發的特點與趨勢,開發了由A/D" title="A/D">A/D轉換器AD1671和FIFO存儲器ID7202構成的1.25MHz、12Bit的高速數據采集系統" title="采集系統">采集系統,并通過IDT7202與EPP的接口電路實現了采集數據的高速回傳。介紹了EPP協議和該采集系統工作原理。
  關鍵詞: 增強并行口(EPP) 先進先出存儲器(FIFO) A/D轉換器AD1671


  利用傳統的標準并行口(SPP)或RS232進行數據傳輸,其速度和靈活性受到很大限制。而增強型并行端口EPP(Enhanced Parallel Port)不但與SPP兼容,而且其最高傳輸速率可達ISA總線的能力(2MHz)。由于便攜式計算機日益普及,基于EPP協議開發的便攜式微機采集系統將會是一個發展趨勢。
  通常,低速的數據采集系統可不需要板上的數據緩存區。但當采集速率較高時,數據的回傳將占用CPU大量的時間,因而不可能進行其他的控制操作與數值處理,這時就需要足夠的緩存區來存放數據。我們在設計高速數據采集系統時采用了FIFO(First In First Out) IDT7202、其管腳功能如圖1所示。它不但提供了存儲空間作為數據的緩沖,而且還在EPP并行總線和A/D轉換器之間充當一彈性的存儲器,因而無需考慮相互間的同步與協調。FIFO的優點在于讀寫時序要求簡單,內部帶有讀寫的環形指針,在對芯片操作時不需額外的地址信息。隨著FIFO芯片存儲量的不斷增加和價格的不斷下降,它將成為傳統數據存儲器件RAM、SRAM等的有力替代者。方案中的A/D轉換器采用了Analog Device 公司的AD1671,最大采集速率可達1.25MHz、12Bit無漏碼轉換輸出。


1 EPP協議簡介
  EPP協議與標準并行口協議兼容且能完成數據的雙向傳輸,它提供了四種數據傳送周期:數據寫周期" title="寫周期">寫周期;數據讀周期" title="讀周期">讀周期;地址寫周期;地址讀周期。
  在設計中我們把數據周期用于便攜機與采集板之間的數據傳輸,地址周期用于地址的傳送與選通。表1列出了DB25插座在EPP協議中的各腳定義。
  圖2是一個數據寫周期的例子。

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  (1) 程序執行一個I/O" title="I/O">I/O寫周期,寫數據到Port4(EPP數據寄存器)。
  (2)nWrite變低,數據送到串行口上。
  (3)由于nWait為低,表示可以開始一個數據寫周期,nDataSTB變低。
  (4)等待外設的握手信號(等待nWait變高)。
  (5)nDataSTB變高,EPP周期結束。
  (6)ISA的I/O周期結束。
  (7)nWait變低,表示可以開始下一個數據寫周期。
  可以看到,整個數據傳送過程發生在一個ISA I/O周期內,所以用EPP協議傳送數據,系統可以獲得接近ISA總線的傳輸率(500k~2M byte/s)。
2 AD1671控制及采集系統工作原理
  圖3是AD1671的AD轉換時序圖。


  AD1671在Encode信號上升沿開始A/D轉換,Dav信號在本次轉換完成前一定時間變低,直到Dav出現上升沿表示本次轉換結束。為防止數字噪聲耦合帶來的誤差,Encode信號應在Dav信號變低后50ns內變低。系統中通過8254計數器對晶振進行分頻來給AD1671提供Encode信號,以滿足其工作時序的需要。系統原理圖如圖4所示。系統初始化時,向8254的Clock0寫入計數值,由此可以靈活改變采樣間隔,同時寫入Clock1的計數值用來控制采樣的個數。晶振采用5MHz有源四腳晶振,D觸發器實現觸發功能,系統工作原理如下:
  系統初始化完成后,經地址譯碼器產生Add2信號,使D觸發器狀態翻轉,由低變到高,8254計數使能端Gate0、Gate1變高,8254開始方式2的計數。當Clock0的計數時間到時,發出一個寬度為一時鐘周期的負脈沖,經反向送入Encode,啟動AD1671進行A/D轉換。一次轉換結束,利用Dav信號將轉換的數據寫入IDT7202,同時Clock1計數一次。當Clock1計數時間到后,發出一個脈沖,用來實現對D觸發器的清零,使Gate0、Gate1變低,停止AD1671轉換,完成一次系統的采集工作。


3 FIFO與EPP的接口電路
  圖5是EPP與IDT7202的接口電路。


  此電路是基于EPP1.9設計的。nDataSTB與nAddSTB組合產生nWait回送信號,實現連鎖握手。方案中分別用數據讀周期、地址讀周期對1#FIFO、2#FIFO進行讀取。EPP模式設定后,對FIFO存儲器的讀取非常簡單。通過產生一個單I/O讀指令到“基址+4”,EPP控制器就會產生所需的選通信號,用EPP數據讀周期傳送數據。對“基址+3”的I/O操作,可產生地址周期信號。
  C語言指令如下:
  讀一個字節數據:Data=Inportb(Base_Addr+4);
  讀一個字節地址:Data=Inportb(Base_Addr+3);
  實際應用中FIFO的存取時間達到ns 級,EPP的速度也接近ISA總線的速率。上述接口電路屬于高頻,電路設計要注意消除干擾。FIFO的讀寫信源應盡量靠近FIFO,沒用到的數據輸入端應接地或VCC等。

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