MB90F540/545單片機外部總線(xiàn)擴展技術(shù)

2004年5月B版

引言

　　MB90F540/545是富士通公司F2MC -16LX系列中一款帶CAN控制器的單片機，圖1為MB90F540/545單片機功能框圖，除具備F2MC -16LX系列單片機速度快、ROM和RAM容量大、工作溫度寬、可靠性高的特點(diǎn)外，還具有雙UART、雙CAN控制器以及4通道的可編程脈沖發(fā)生器(PPG)、8通道輸入捕獲單元(ICU)、4通道的輸出比較單元(OCU)、8路10位A/D并具備外部總線(xiàn)功能，適合在可靠性要求高的電力、汽車(chē)等工業(yè)控制中應用。MB90F540/545單片機的最小時(shí)鐘周期為62.5ns/16MHz，外部總線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)最快只有3個(gè)最小時(shí)鐘周期，而且所有輸入、輸出信號都被指定為CMOS電平。當外部的設備連接到總線(xiàn)上時(shí)，必須要考慮這些限制條件，以解決信號延遲和畸變。本文討論MB90540/545單片機的外部總線(xiàn)擴展技術(shù)。

外部總線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)控制

　　MB90F540/545的外部總線(xiàn)接口信號包括：16位的地址/數據復用總線(xiàn)AD00~AD15，高8位地址總線(xiàn)A16~A24；擴展控制信號有RDY、WRL、WRH、HRQ、HAK、CLK、RD 和 ALE。

　　外部數據、地址、控制信號由自動(dòng)準備功能選擇寄存器(ARSR)、外部地址輸出控制寄存器(HCAR)和總線(xiàn)控制信號選擇寄存器(ECSR)進(jìn)行控制。它們的功能分別是：

　　圖2為外部16位總線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)時(shí)的時(shí)序圖。當不使用自動(dòng)等待功能時(shí)，無(wú)論是8/16位總線(xiàn)模式，訪(fǎng)問(wèn)外部存儲器只需要三個(gè)機器時(shí)鐘周期。如果訪(fǎng)問(wèn)外部低速存儲器或外設，就需要設置ARSR，插入合適的等待周期，以滿(mǎn)足訪(fǎng)問(wèn)時(shí)序的要求。也可以通過(guò)設置保持信號為高，在讀寫(xiě)周期的相應位置插入保持周期直到保持信號輸入引腳電平變低，來(lái)滿(mǎn)足外部存儲器或外設的要求。

　　在進(jìn)行內部存取時(shí)，AD00~AD15處于三態(tài)，控制信號處于非激活狀態(tài)，高8位地址總線(xiàn)A16〜A23保持最后一次外部總線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)時(shí)的狀態(tài)，如果A16〜A23用作外部存儲器的片選信號，最后一次外部總線(xiàn)訪(fǎng)問(wèn)后片選信號仍然有效，因此，在這種情況下必須注意防止可能對外部存儲器造成的誤操作。

總線(xiàn)擴展技術(shù)

　　MB90F540/545的外部總線(xiàn)擴展與其它單片機總線(xiàn)擴展的方法基本相同，由于該單片機的ROM和RAM采用統一編址方式，所以它與ROM和RAM接口電路是完全相同，但通常ROM訪(fǎng)問(wèn)速度要慢于RAM，所以訪(fǎng)問(wèn)ROM應該使用RDY信號或插入自動(dòng)等待周期來(lái)保證ROM的讀/寫(xiě)時(shí)序。圖3為MB90F540/545單片機外部RAM擴展電路結構圖。

　　單片機的所有信號都為CMOS電平，即信號的最小輸入高電平電壓為0.8Vcc，最大低電平電壓為0.2Vcc。在單片機的工作時(shí)鐘為16MHz，0等待情況下，進(jìn)行外部訪(fǎng)問(wèn)只需3個(gè)時(shí)鐘周期，要保證CPU能夠讀到正確的數據，就要求下沿到數據變?yōu)橛行У臅r(shí)間(記作tRLDV)必須小于33.75ns，也就是說(shuō)下沿發(fā)生后的33.75ns內，數據必須上升到0.8Vcc，才能被正確地讀作邏輯1。這一段時(shí)間包括RAM輸出使能時(shí)間、數據總線(xiàn)的電容以及RAM的輸出驅動(dòng)能力的影響時(shí)間等?？偩€(xiàn)負載也會(huì )影響數據信號的上升時(shí)間，進(jìn)而影響總訪(fǎng)問(wèn)時(shí)間。此外，有的RAM輸出為T(mén)TL電平輸出(2.5V@1mA)，有的則為CMOS電平輸出(4.5V@100mA)，因此，必須認真檢查RAM器件的有關(guān)技術(shù)參數。

　　在電路設計中，鎖存器可選用TI公司的CD74ACT573，其最大延遲時(shí)間為9.4ns，由于鎖存器經(jīng)常輸出使能，所以其輸出使能延遲時(shí)間可不考慮。為了提高總線(xiàn)的負載能力，采用上拉電阻，既不影響數據的時(shí)序，也有助于提高輸出驅動(dòng)能力，還可防止數據線(xiàn)上出現懸浮態(tài)。

總線(xiàn)電容和上拉電阻的影響及對策

　　實(shí)際上，總線(xiàn)擴展時(shí)遇到的最大問(wèn)題是延遲和信號畸變。延遲直接與線(xiàn)長(cháng)成正比，而信號畸變則是由于線(xiàn)間電容所致。傳輸線(xiàn)的增長(cháng)和線(xiàn)間電容增大加重了信號負載。該電容會(huì )在數據流移動(dòng)時(shí)充放電使接收到的信號幅度減小，信號波形畸變；同時(shí)，電容的充放電流會(huì )隨著(zhù)傳輸速度的增大而增加，造成接收端不能正確的判斷所傳輸的信號。

　　MB90F540/545單片機給定的最大輸入電容為80pF，典型值為10pF。一般在22pF的輸入電容時(shí)，會(huì )導致數據總線(xiàn)上數據上升沿的時(shí)間增加約10ns，48pF時(shí)數據上升時(shí)間會(huì )增加約20ns，80pF時(shí)情況會(huì )更壞。隨著(zhù)總線(xiàn)電容的增加，為保證的下沿到數據變?yōu)橛行У臅r(shí)間tRLDV小于33.75ns(16MHz工作時(shí)鐘時(shí))，就必須選用速度更快的RAM，若總的時(shí)間不能滿(mǎn)足，就必須插入適當的等待時(shí)鐘。

　　如果外擴RAM為T(mén)TL電平輸出(2.5V@1mA)，其輸出高電平難于滿(mǎn)足單片機CMOS電平0.8Vcc的要求，可以在數據總線(xiàn)上加上拉電阻來(lái)提高其輸出電平，通常RAM的輸出電阻都很小，上拉電阻不會(huì )影響總線(xiàn)的時(shí)序。

結語(yǔ)

　　在分析富士通MB90F540/545系列單片機存儲器結構的基礎上，對其總線(xiàn)擴展的接口中總線(xiàn)電容及TTL電平等對總線(xiàn)時(shí)序的影響提出了相應的對策，實(shí)驗證明這些技術(shù)措施是有效的。但由于受電路布線(xiàn)的多種因素的影響，要準確估計電容對總線(xiàn)時(shí)序的影響是很難的，若總線(xiàn)時(shí)序不能滿(mǎn)足要求，可以通過(guò)插入等待時(shí)鐘或用速度較快的RAM器件來(lái)解決?！?/P>

參考文獻：

1. Fujitsu Microelectronics, Inc. ，‘F2MC-16LX 16-BIT MICROCONTROLLER MB90540/545 Series HARDWARE MANUAL’，2001

2. 王向周等，‘Fujitsu F2MC-16LX系列單片機的特點(diǎn)及應用’，電測與儀表，2003年第X期