运用PSD系列器件进行单片机外围电路扩展

1　引言

典型的微控制器（MCS51系列，MCS98系列，M68000系列，PIC系列等）片的内部都集成了少量的RAM、ROM及计数器，具有有限的 I／O能力，这在构成一般小型应用系统时，或许可以满足开发者的需求。但对于大型的单片机应用系统，仅单片机内的这一点资源是远远不够的。为了扩展单片机系统，设计者不得不外加EPROM、RAM、IO端口、存储器空间译码逻辑和各类外围芯片片选译码逻辑。因此，设计者就必须根据需求加入各类芯片，并在电路设计完成以后就不能再更改电路。1990年美国的WSI公司引入了可编程系统器件PSD（Pro－grammable System Device），PSD是世界上第一个把EPROM、SRAM、可编程逻辑器件（PLD）以及众多IO端口集成到一块硅片上的芯片。WSI公司免费提供集成开发环境PSDsoft，在这个环境下设计者可以自己运用软件进行单片机外围电路的设计，在完成设计并通过仿真以后，可以编程且配置到一片PSD器件上。因此PSD器件易于使用，又可以大大减少元件数、功耗和电路板空间，从而相对显著地降低了系统的成本，提高了系统的可靠性。

2　芯片结构及功能简介

PSD器件有多个系列，主要包括2XX、3XX、4XX、5XX、8XX、9XX及目前最新推出的4000系列，其中在国内应用较多的为3XX系列。

2．1　典型的PSD3XX系列芯片逻辑结构和主要特征

典型的PSD3XX系列芯片逻辑结构见图1，其主要特征有：

·数据总线可以配置为8位或16位，地址总线最多可以有20位，支持绝大多数的MCU。

·256kb至1Mb EPROM，可以配置为8位或16位方式。为了优化地址译码，EPROM分为8个相同大小的块，由内部地址译码逻辑PAD A输出（ES0－ES7）进行选择，通过对PAD A的编程可以把每一块EPROM放入任何地址空间。另外，PSD3XX系列芯片的EPROM采用零功耗技术，即仅在EPROM的地址输入发生改变时， EPROM才有功耗，这非常适用于有严格功耗要求的场合。

·可选择的16k SRAM，可以配置为8位或16位方式，由内部地址译码逻辑PADA输出（RS0）进行选择，内部的SRAM同样采用零功耗技术。

·两个可编程地址译码阵列PAD A和PADB，可产生片选逻辑、控制逻辑和锁存的地址信号等。这两个阵列属可编程逻辑阵列，可以由用户以软件进行配置，最多可以有18个输入，24项输出，总共40个乘积项。PAD A和PAD B的输入信号可以有：MCU地址输入信号，PSD本身端口C的输入信号，内部页面寄存器输入信号，MCU各控制信号等。其中PAD A输出最多可以有13项，用于PSD芯片内部8个EPROM块的选择（ES0～ES7）、SRAM基地址的确定（RSO）及IO缓冲器、页面寄存器、控制寄存器基地址（C SIOPORT）的确定。PAD B输出到IO口B和C上，最多可以输出11项（CS0～CS10），供片外使用。PSD芯片的这种配置方式，极大地提高了PSD芯片的使用灵活性，使它能适应各种不同类型的MCU。

·扩展MCU可寻址空间，最大可以至原来寻址空间的16倍，这由内部的页面寄存器（4位）实现。

·可编程IO，共有A（8位）、B（8位）和C（3位）三个端口，可重构MCU由于数据／地址复用而失去的IO端口。其中A口可以根据不同的MCU进行不同的配置，可配置为通用IO、数据总线或地址总线等。B口可以配置为通用IO或内部PAD B译码输出（CS0～CS7，作为片选，控制逻辑），注意，B口的每根线可以单独配置。C口可以配置为地址输入（A16～A18：用于有多于16条地址总线的MCU）或内部PAD B译码输出（CS8～CS10），同样，C口的每根线也可以单独配置。具体配置情况在下面的工作模式中阐述。

·可编程的安全特性，在设置安全特性位的情况下，可以防止内部PADA和PAD B的配置方式及EPROM内容被非法读出。

2．2　根据不同的MCU，PSD3XX系列芯片有四种不同的工作方式

（1）方式1：8位数据总线、地址／数据总线多路复用方式。

如图2所示，这种方式为绝大多数的8位MCU所用，如MCS51系列等。在这种方式下，MCU的8位低阶地址／数据复用线接PSD器件的 AD0～AD8，高阶地址线接AD8～AD15。当ALE／AS信号有效时，PSD芯片在内部锁存地址信号，然后在下一个时钟周期，复用总线上出现的8位数据是写入器件还是读出器件由控制信号决定。因此，在这种方式下A口可以配置为通用IO，低阶地址线（A0～A7），低阶的8位地址／数据复用总线（AD0～AD7），即原来的MCU复用总线的功能。B口的每根线可以配置为通用IO，或内部PADB输出（CS0～CS7）。端口C可配置为地址输入（A16～A18：有的MCU有多于16条的地址总线）也可配置为PAD B的输出（CS8～CS10），注意，C口可能的配置在四种方式下都是一样的。

（2）方式2：16位数据总线、地址／数据总线多路复用方式。

如图3所示，这种方式下的MCU的16位数据／地址复用线和PSD器件的16位数据／地址复用线直接相连，和方式1电路连接形式完全相同，工作原理也类似，只不过其数据总线变为16位。此时端口A，可能的配置如方式1，即通用IO，低阶地址线，低阶的8位地址／数据复用总线。B口可能的配置也如方式 1。

（3）方式3：8位数据总线、地址／数据总线独立方式。

如图4所示，在这种方式下，MCU输出的16位地址总线和PSD器件的AD0～AD8相连作为地址总线。MCU的8位数据总线连到PSD器件的A口。在这种方式下A口只能配置为数据总线。B口可能的配置如方式1和方式2。