淺談增強并行口EPP的便攜式數據采集系統應用

利用傳統的標準并行口（SPP）或RS232進(jìn)行數據傳輸，其速度和靈活性受到很大限制。簡(jiǎn)并行過(guò)程（Simplified Parallel Process）是基于CMMI以及軟件工程和項目管理知識而創(chuàng )作的一種軟件過(guò)程改進(jìn)方法和規范,它由眾多的過(guò)程規范和文檔模板組成。SPP主要用于指導國內IT企業(yè)持續地改進(jìn)其軟件過(guò)程能力。通?？蛇x擇Nibble（4bits）或Byte（8bits）的方式進(jìn)行輸入數據，還有一種Bi-directiONal的雙向傳輸方式，這種方式需硬件支持。SPP硬件是由8條數據線(xiàn)，4條控制線(xiàn)和5條狀態(tài)線(xiàn)所組成，它們分別對應三個(gè)不同的寄存器來(lái)進(jìn)行數據的讀寫(xiě)操作。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(xiàn)的能力（2MHz）。由于便攜式計算機日益普及，基于EPP協(xié)議開(kāi)發(fā)的便攜式微機采集系統將會(huì )是一個(gè)發(fā)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。數據采集通常有兩種解釋?zhuān)阂环N是指盤(pán)點(diǎn)機、掌上電腦等終端電腦設備；另外一種是指網(wǎng)絡(luò )數據采集用的軟件。數據采集系統包括了：可視化的報表定義、審核關(guān)系的定義、報表的審批和發(fā)布、數據填報、數據預處理、數據評審、綜合查詢(xún)統計等功能模塊。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(xiàn)和A/D轉換器之間充當一彈性的存儲器，因而無(wú)需考慮相互間的同步與協(xié)調。FIFO的優(yōu)點(diǎn)在于讀寫(xiě)時(shí)序要求簡(jiǎn)單，內部帶有讀寫(xiě)的環(huán)形指針，在對芯片操作時(shí)不需額外的地址信息。隨著(zhù)FIFO芯片存儲量的不斷增加和價(jià)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(wú)漏碼轉換輸出。

1 EPP協(xié)議簡(jiǎn)介

EPP協(xié)議與標準并行口協(xié)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(xiě)周期；數據讀周期；地址寫(xiě)周期；地址讀周期。雖然用于域名是EPP最初的動(dòng)因，但協(xié)議設計的目標是可應用于任何訂單和執行體系。EPP協(xié)議基于XML（結構化文本）格式，底層網(wǎng)絡(luò )傳輸是不固定的，雖 EPP泡沫然目前指定的唯一方法是通過(guò)TCP,但該協(xié)議的靈活性設計，同樣允許其使用如BEEP、SMTP、SOAP或其他方式傳輸。該協(xié)議由IETF的provreg工作組于2004年定稿，2009年8月，IETF認定了EPP的充分標準地位。

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(xié)議中的各腳定義。

表1 EPP信號定義

圖2是一個(gè)數據寫(xiě)周期的例子。

（1） 程序執行一個(gè)I/O寫(xiě)周期，寫(xiě)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(kāi)始一個(gè)數據寫(xiě)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(kāi)始下一個(gè)數據寫(xiě)周期。

可以看到，整個(gè)數據傳送過(guò)程發(fā)生在一個(gè)ISA I/O周期內，所以用EPP協(xié)議傳送數據，系統可以獲得接近ISA總線(xiàn)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(shí)序圖

AD1671在Encode信號上升沿開(kāi)始A/D轉換，Dav信號在本次轉換完成前一定時(shí)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(lái)的誤差，Encode信號應在Dav信號變低后50ns內變低。系統中通過(guò)8254計數器對晶振進(jìn)行分頻來(lái)給AD1671提供Encode信號，以滿(mǎn)足其工作時(shí)序的需要。系統原理圖如圖4所示。系統初始化時(shí)，向8254的Clock0寫(xiě)入計數值，由此可以靈活改變采樣間隔，同時(shí)寫(xiě)入Clock1的計數值用來(lái)控制采樣的個(gè)數。晶振采用5MHz有源四腳晶振，D觸發(fā)器實(shí)現觸發(fā)功能，系統工作原理如下：

系統初始化完成后，經(jīng)地址譯碼器產(chǎn)生Add2信號，使D觸發(fā)器狀態(tài)翻轉，由低變到高，8254計數使能端Gate0、Gate1變高，8254開(kāi)始方式2的計數。當Clock0的計數時(shí)間到時(shí)，發(fā)出一個(gè)寬度為一時(shí)鐘周期的負脈沖，經(jīng)反向送入Encode,啟動(dòng)AD1671進(jìn)行A/D轉換。一次轉換結束，利用Dav信號將轉換的數據寫(xiě)入IDT7202,同時(shí)Clock1計數一次。當Clock1計數時(shí)間到后，發(fā)出一個(gè)脈沖，用來(lái)實(shí)現對D觸發(fā)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(chǎn)生nWait回送信號，實(shí)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(jìn)行讀取。EPP模式設定后，對FIFO存儲器的讀取非常簡(jiǎn)單。通過(guò)產(chǎn)生一個(gè)單I/O讀指令到基址+4,EPP控制器就會(huì )產(chǎn)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(chǎn)生地址周期信號。

C語(yǔ)言指令如下：

讀一個(gè)字節數據：Data=Inportb（Base_Addr+4）；

讀一個(gè)字節地址： Data=Inportb（Base_Addr+3）；

實(shí)際應用中FIFO的存取時(shí)間達到ns 級，EPP的速度也接近ISA總線(xiàn)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(xiě)信源應盡量靠近FIFO,沒(méi)用到的數據輸入端應接地或VCC等。