基于PSD系列芯片的单片机电路设计

摘 要：

现在，PSD系列芯片的功能和优点尚未被许多人所认识，大多数人还习惯于用散件来构造单片机外围电路，这种思维方法必将随着PSD系列芯片的普及应用而发生改变。

1、传统的单片机系统的硬件构成

对于传统的工业控制单片机系统的硬件构成来说，尽管典型的微控制器(如：8031，8098，90C32，Z8，M68010，TMS320CXX等)内部已集成了计数器、小量的RAM和ROM以及有限的I/O能力，但大多数的微控制器仍需外加EPROM、RAM、I/O端口和存储器空间译码逻辑，有时还需外加锁存器对来自多路复用地址/数据总线的地址和数据进行分离。电路的设计者不得不根据各自的需要来选用芯片构成自己所要设计的电路，一旦电路设计完成，如果要进行修改则比较麻烦，如果采用以PSD系列芯片作为单片机的外围芯片就可以使上述问题得到很好的解决。

2、采用PSD芯片的单片机系统的硬件构成

WSI公司生产的一种高性能的现场可编程的微控制器外围集成电路(PSD)系列，将EPROM、RAM、PLD、地址锁存器和I/O口集成在单一的芯片上。随着PSD系列芯片的出现和发展，设计者不必再费尽心思地考虑需要哪些离散器件来构成系统所需的存储器、译码电路、端口和地址锁存器了。这种芯片内功能的高度集中，使得小型系统的组件可降低到只有两个芯片：一片微控制器和一片PSD芯片。这种硬件设计的二片方案，既可简化电路设计，节省印制板空间，缩短产品开发周期，又可增加系统可靠性，降低产品功耗。当然，对于较大的系统，可配置多个PSD芯片，而不需要外加逻辑线路。将两个或多个PSD芯片通过水平级联(以增加总线宽度)或垂直级联(以增加子系统深度)，来增加该系统的存储器空间、I/O端口和片选信号，用以达到系统所需的要求。

3、PSD系列芯片的内部结构和功能简介

PSD系列芯片(主要有PSD3、PSD4、PSD5、PSD6、PSD8、PSD100等)系列，目前最常用的是PSD3和PSD100系列芯片。

PSD3系列芯片的主要结构和功能表现在以下几个方面：

(1)数据总线　PSD3的数据总线为16位，通过配置，既可工作于8位，又可工作于16位;既可工作于地址/数据复用方式，又可工作于非复用方式。

(2)寻址空间　PSD3的地址总线为A0～A19，寻址空间可达1MB。尤为重要的是PSD3系列芯片内含两个可编程地址译码器(PADA和PADB)，它们采用可重复编程的CMOSEPROM技术制造的，供用户进行编程和擦除，类似GAL器件。这个可编程阵列拥有输入项12个(有的芯片16个)、输出项24个、乘积项40个。PADA主要用来产生片选PSD3芯片内部EPROM和SRAM所需的信号，它是由地址(A11～A19)、读写逻辑等信号编程产生。PADB的输入与PADA的输入相同，但它的输出是输出到端口B和C上，供片外使用，以便选择外部器件或用作随机逻辑替换。这种逻辑的可替换性和随机性，使得PSD3能以不同的方式配置PADA和PADB的输出，来适应不同种类的微控制器芯片，如图1所示。PSD3系列芯片的配置，只要在WINDOWS环境下运行PSDsoft-Lite软件包，并通过打印口连接PEP300编程器即可进行，且操作十分简单。

(3)I/O引脚　PSD3有19个I/O引脚，分成三个端口A(PA0～7)、B(PB0～7)和C(PC0～2)，可单独配置使用，其灵活性既可使PSD3芯片与共享资源相接口，又可用作微控制器I/O端口的扩展。当C口配置为输入时，可用作地址A16～18的输入：当它配置为输出时，可用作地址译码器PADB的输出。端口A和B的工作方式比C口更加灵活，对于不同的微控制器，可进行不同的配置。如果微控制器是地址/数据复用型的，PSD3作为它的外围接口芯片，该微控制器的数据线若是8位，它的复用地址/数据线直接与PSD3的AD0～7相连：若是16位，则直接与PSD3的AD0～15相连，此时的A口、B口均可配置成I/O端口。如果微控制器不是地址/数据复用型的，PSD3作为它的外围接口芯片，该微控制器的地址线直接与PSD3的AD0～15相连，它的数据线若是16位，则将高8位与B口相连，低8位与A口相连：若是8位，直接与PSD3的A口相连，此时的A口配置成数据总线所示。

(4)片内EPROM　片内256k位的EPROM，可配置为32k×8或16k×16，为优化地址译码而划分为8个相等的可映射存储块，每个存储块结构为4k×8或2k×16，由PADA的输出ES0～ES7来选择。存储器的访问时间为90ns，包括输入锁存和PAD地址译码的时间。

(5)片内RAM　片内16k静态RAM：可配置为2k×8或1k×16，由PADA的输出RSO来选择。它的访问时间也为90ns，包括输入锁存和PAD地址译码的时间。

(6)片内加密　可实现PSD3系列芯片的配置加密和PAD的译码加密。由于传统的硬件电路是由散件构成，通过测试单个器件，比较容易破译电路的设计。而PSD3系列芯片的高度集成和本身的加密功能使得电路和程序无法破译。

其余的PSD系列芯片在功能上比PSD3更强，主要表现在I/O引脚的增多、EPROM、SRAM容量的扩充和PLD的输入、输出与乘积项上。如：PSD503，I/O引脚有40个，PLD的输入有61个，乘积项有140个，中断有8级，定时器/计数器有4个，EPROM有1M，SRAM有16k，且带有后备电池。再如：PSD813F1是在系统可编程器件，无需硬件编程器，可实现整个芯片内的所有功能块的配置和程序EPROM的写入。

4、应用实例

例1：目前，8031系列单片机应用特别广泛，使用PSD312与8031构成单片机的硬件核心。8031用信号访问PSD312中程序存储器，用读写PSD312的数据存储器。将PSD312的程序存储器配置成8个8k×8的存储块，数据存储器配置成一个2k×8的存储块。因为地址译码空间为64k，所以PC0、PC1、PC2配置成I/O端口，不作A16、A17、A18之用。又因为8031是以8位数据/地址复用方式工作的，所以，将PSD312配置成8位数据/地址复用工作方式，此时端口A也配置成I/O端口。

例2：在数字信号处理领域中，微控制器TMS320系列芯片的应用很广泛，使用PSD100芯片作为TMS320C25的外围接口芯片，以此构成用于数字信号处理方面的单片机的核心电路，比以前用散件构成要简单得多。PSD100是数字信号处理器(DSP)的外围接口专用芯片，它是非数据/地址复用型，可与8位或16位数据总线的微控制器相接，内有128k位的EPROM，32k位的SRAM，存储器访问时间为32ns。在图3中，PSD100配置成八个1k×16的EPROM。两个1k×16的SRAM。TMS320C25用PS选择PSD100的程序存储器。用DS选择PSD100的数据存储器。由于PSD100没有专门引脚用作片内EPROM的读脉冲输入(不同于PSD3XX系列芯片)，这对PSD100来说，其程序和数据存储器在同一存储空间，所以，将PS连接到A18，将DS连接到A17，使用不同的地址空间映射，来选择程序和数据存储器。

5、结束语

现在，PSD系列芯片的功能和优点尚未被许多人所认识，大多数人还习惯于用散件来构造单片机外围电路，这种思维方法必将随着PSD系列芯片的普及应用而发生改变。