专利名称：基于psd的单片机通用系统板的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种基于PSD的单片机通用系统板，属于电子产品。
当前国内市场上的单片机系统板存在很多功能和技术上的缺陷和不足，如不能实现在系统可编程(ISP)和在应用重编程(IAP)功能；升级和面向多任务困难；没有解决单片机寻址能力有限的问题，不容易实现存储空间扩展；没有加密系统的功能；PCB板空间不能充分利用，难以做到小型化；存在电磁兼容(EMC)问题，系统的可靠性差。
本实用新型的目的就是为了克服上述当前单片机系统的不足，而提供一种具有ISP和IAP功能，可以面向多任务，易于升级，功能齐全的单片机系统板。
为实现上述目的，本使用新型采用了如下的技术解决方案本实用新型主要由以下各部分组成单片机、可编程系统器件PSD芯片、模数转换电路、数模转换电路、显示和键盘控制电路、I/O扩展电路、中断扩展电路、总线驱动电路、RS232串行接口电路、电源监控电路、电压基准源电路、主接口、JTAG编程接口和微型打印机接口等。
其连接方式是单片机的数据、地址总线与PSD芯片直接连接；数据总线经驱动后连接到模数转换电路、I/O扩展电路和中断扩展电路；PSD芯片产生各种逻辑功能，连接到模数转换电路、数模转换电路、显示和键盘控制电路、I/O扩展电路、中断扩展电路等；键盘和显示控制电路控制键盘和显示；RS232串行接口电路连接本系统和PC机；电源监控电路控制单片机的电源和复位；电压基准源电路提供数模转换电路的电压基准；PSD芯片内置的JTAG电路连接至JTAG编程接口；数据、地址、控制总线、中断扩展、I/O扩展等连接到主接口和微型打印机接口。
本系统板设计了完整的在系统可编程(ISP)和在应用重编程(IAP)的解决方案，在硬件电路不变的条件下，可以仅通过在系统重新编程和配置以适用于不同的任务要求，而当前单片机系统不能实现这样的功能。
其技术方案是，把PSD芯片的C口配置为复用方式，其内置的JTAG编程接口通过14针的JTAG编程接口引出，并将每根信号线用I0K的电阻上拉至高电平，利用PSD芯片编程器Flashlink从PC机上将代码和配置下载至本系统板。
其工作原理是，一般情况下，PSD芯片的C口作为I/O口使用，当需要实现IPS和IAP功能时，通过开关通知单片机的P1.6端口，单片机使用程序禁止PSD芯片的C口I/O功能，并使用其JTAG功能，Flashlink利用本系统板上的JTAG编程接口，通过14芯的扁平电缆将PC机上的代码和配置下载到本系统板上。实现ISP时，单片机是离线的；实现IAP时，单片机引导和控制整个实施过程。
本系统板使用的PSD芯片是可编程逻辑器件(PLD)，利用它实现系统所需要的逻辑功能和连接逻辑，并且设计了PSD芯片与其他外围电路的适当接口，相比当前单片机系统，节省了片选译码电路、地址锁存电路和其他用于实现各种逻辑功能的电路。
其技术方案是，将配置为锁存地址输出的PSD芯片的PA0端口，连接到中断扩展芯片8259的锁存地址输入端口AD0，PSD芯片的PB1端口产生8259的片选信号。
在一般单片机系统中，为了解决8259与单片机时序兼容问题，是利用RD经非门74HC04后与INT8259共同经与非门74HC00构成的硬件电路产生INTA信号，而利用RD经非门74HC04后与INTA8259共同经与非门74HC00构成的硬件电路产生RD信号。
而本系统板利用PSD芯片的PLD单元，将PSD芯片的PB5-7端口分别配置为INT8259、INTA8259和RD8259，将其分别与8259的INT、INTA和RD端口相连接，以上电路只需要以下两句方程即可实现inta8259＝！(！_rd & int8259)；rd8259＝！(！_rd & inta8259)；
从而节省一个74HC00和一个74HC04。
将PSD芯片的PA0和PA1端口配置为锁存地址输出，提供给并行扩展芯片8255的AD0和AD1端口，并由PSD芯片的PA2端口产生8255的片选信号，相比传统单片机系统板，节省了地址锁存和片选译码电路。
由于单片机系统的地址锁存使其信号ALE在读写外部数据时会丢失一个脉冲，无法利用其作为标准频率使用，现在有一种单片机系统采用了将RD、WR经与门74HC08与ALE经非门74HC04后共同通过与非门74HC00构成的硬件电路产生ALEFIX信号来解决这个问题。
本系统板利用PSD芯片的PLD单元，定义一个内部节点ALEFIX，只需要以下方程即可实现上述硬件电路的功能aleout＝！(！ale & (_wr#_rd))；本系统板采用了存储分页方案，突破了传统单片机系统最多只能有64KB存储空间的限制，最大可以将单片机的寻址空间扩大256倍。
其技术方案及原理是，单片机控制PSD芯片内部的页寄存器，将大于64KB的存储空间分别映射到不同的页面，每一页面分配的存储空间不超过64KB。使SRAM和I/O设备的地址范围与页面无关，在数据空间中，不管哪一个存储器页有效，MCU都可以访问SRAM和I/O设备。在程序空间中，开辟与页面无关的一段空间，放置单片机的复位和初始化子程序、中断服务子程序、I/O和存储器管理子程序、IAP装载程序代码和不管选择哪一个存储器页，必须可访问任何其他内容，这样不管哪一个存储器页有效，系统都能够正常工作，同时单片机也可以访问超过64KB的数据和程序空间。
本系统板针对一般单片机系统板没有保密和保护功能的缺陷，设计了保密保护系统，既可以对整个系统的逻辑和数据全部加密，也可以单独对数据的某一区段加密。
其技术方案及原理是，在对PSD芯片进行配置时，设置其保密位(setsecurity)，则整个系统板的逻辑和数据被保护，无法读出芯片中的任何内容；通过设置存储区段保护位，可以分别对某一存储区段进行保护，以防止意外擦除。同时，在系统运行过程中，还可以通过PSD芯片内部的闪速保护和配置保护寄存器，进行保密和保护设置。
本系统板在后向通道上使用开关电容滤波器MAX7403和数模转换匹配放大器MAX400，并设计适当的选择电路，使得本系统可以选择输出的极性，同时也可以选择数模转换的输出是否经过滤波器。
其技术方案是，设计四个三针的跳线装置JP1-JP4，并将各个跳线的各针按下表连接。 其工作原理是，当JP1和JP2均为1、2针短接时，后向通道的输出经过滤波器，适用于语音回放等任务；当JP1和JP2均为2、3针短接时，滤波芯片MAX7403B的输入输出端均被悬空，后向通道的输出不通过滤波器，可以适用于智能化测控类型任务。当JP3和JP4均为1、2短接时，选择单极性输出；当JP3和JP4均为2、3短接时，选择双极性输出。
由于本实用新型采用了以上技术方案，从而大大提高该系统板的性能，具有功能强大、适应性强、性能稳定等特点。
以下结合附图对本实用新型作进一步说明
图1为本实用新型的原理框图。
图2为本实用新型中的JTAG编程电路图。
图3为本实用新型中的中断扩展原理图。
图4为本实用新型中的后向通道跳线示意图。
图1为本实用新型的原理框图。其中1是单片机，2是电源监控模块，3是串行通信模块，4是PSD芯片，5是电压基准模块，6是JTAG编程接口，7是模数转换模块，8是数模转换模块，9是并行扩展模块，10是中断扩展模块，11是键盘显示模块，12是I/O扩展接口。其中1控制整个系统板，4产生逻辑和其它电路所需要的控制信号，2、3、5、7-11通过地址、数据和控制总线与1和4联系，6将JTAG编程所需要的信号线引出，12将系统板上留给用户的各种其它资源引出。
图2为本实用新型中的JTAG编程电路图。它是PSD芯片4通过JTAG编程接口6与Flashlink编程器13的连接原理图。PSD芯片涉及JTAG编程的六根信号线，通过上拉电阻连接到JTAG编程接口6，Flashlink编程器13从PC机下载代码和配置，通过6编程到PSD芯片4中。
图3为本实用新型中的中断扩展原理图。将PSD芯片4的PB5-7端口分别配置为INT8259、INTA8259和RD8259，将其分别与中断扩展模块10的INT、INTA和RD端口相连接，利用4产生10所需要的控制逻辑；并且将4的PA0和PA1端口配置为锁存地址输出，提供给10的AD0和AD1作为锁存地址输入，用4的PB1端口产生10的片选信号CS8259，连接到10的CS端口。
图4为本实用新型中的后向通道跳线示意图。跳线JP1-JP4用于选择数模转换的输出是单极性还是双极性，同时也可以选择输出是否经过滤波器。四个跳线的各针中没有标注的悬空，当JP1和JP2均为1、2针短接时，MAX542芯片的OUT端输出到MAX7403B芯片的IN端，并且MAX7403B芯片的OUT端输出到MAX400芯片的IN+端，后向通道的输出经过滤波器；当JP1和JP2均为2、3针短接时，滤波芯片MAX7403B的输入输出端均被悬空，后向通道的输出不通过滤波器。当JP3和JP4均为1、2短接时，MAX400芯片的OUT端与自身的IN-端连接，选择单极性输出；当JP3和JP4均为2、3短接时，MAX400芯片的OUT端与MAX542芯片的REFB端连接，同时MAX400芯片的IN-端与MAX542芯片的INV端连接，选择双极性输出。
权利要求1.一种基于PSD的单片机系统板，包括单片机以及通过地址锁存电路和片选译码电路，将数据、地址、控制总线和存储器连接的基本电路，其特征在于使用可编程器件PSD芯片，PSD芯片直接与单片机的数据、地址总线连接，数据总线经驱动后连接到模数转换电路、I/O扩展电路和中断扩展电路，同时，PSD芯片的各逻辑功能线分别对应连接到模数转换电路、数模转换电路、显示和键盘控制电路、I/O扩展电路、中断扩展电路，PSD芯片内置的JTAG电路连接至JTAG编程接口，数据、地址、控制总线、中断扩展电路、I/O扩展电路还与主接口和微型打印机接口相连。
2.根据权利要求1所述的基于PSD的单片机通用系统板，其特征在于单片机上连接有电源监控电路，PC机与本系统板间通过RS232串行接口电路连接，数模转换电路上还连接有电压基准源电路。
3.根据权利要求1或2所述的基于PSD的单片机通用系统板，其特征在于PSD芯片的C口配置为复用方式，其内置的JTAG编程接口由14针的JTAG编程接口引出，并且每根信号线上接有10K的电阻使各信号线被拉至高电平，同时系统板内装有利用PSD芯片编程器Flashlink从PC机下载的代码和配置。
4.根据权利要求1或2所述的基于PSD的单片机通用系统板，其特征在于中断扩展电路选用中断扩展芯片8259，将配置为锁存地址输出的PSD芯片的PA0端口连接到中断扩展芯片8259的锁存地址输入端口AD0，PSD芯片的PB1端口产生8259的片选信号，将PSD芯片的PB5-7端口分别配置为INT8259、INTA8259和RD8259，将其分别与8259的INT、INTA和RD端口相连接，利用PSD芯片的PLD单元产生8259所需要的逻辑。
5.根据权利要求1或2所述的基于PSD的单片机通用系统板，其特征在于本系统版在后向通道上使用开关电容MAX7403和数模转化匹配放大器MAX400，以及MAX542，设计跳线JP1-JP4，用于选择数模转换的输出是单极性还是双极性，同时也可以选择输出是否经过滤波器，各个跳线的各针连接关系如下表所示 当JP1和JP2均为1、2针短接时，MAX542芯片的OUT端输出到MAX7403B芯片的IN端，并且MAX7403B芯片的OUT端输出到MAX400芯片的IN+端，后向通道的输出经过滤波器；当JP1和JP2均为2、3针短接时，滤波芯片MAX7403B的输入输出端均被悬空，后向通道的输出不通过滤波器，当JP3和JP4均为1、2短接时，MAX400芯片的OUT端与自身的IN-端连接，选择单极性输出，当JP3和JP4均为2、3短接时，MAX400芯片的OUT端与MAX542芯片的REFB端连接，同时MAX400芯片的IN-端与MAX542芯片的INV端连接，选择双极性输出。
专利摘要本实用新型提供了一种基于PSD的单片机通用系统板，包括单片机以及通过地址锁存电路和片选译码电路，将数据、地址、控制总线和存储器连接的基本电路，并使用可编程系统器件PSD芯片，扩展了模数转换电路、数模转换电路、显示和键盘控制电路、I/O扩展电路、中断扩展电路、总线驱动电路、RS232串行接口电路、电源监控电路、电压基准源电路、主接口、JTAG编程接口和微型打印机接口，该系统板具有功能齐全，性能稳定，易于升级的优点。
文档编号G06F13/14GK2526908SQ0124983
公开日2002年12月18日 申请日期2001年6月14日 优先权日2001年6月14日
发明者杨智, 吕伟云 申请人:武汉大学