淺談增強(qiáng)并行口EPP的便攜式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)應(yīng)用

利用傳統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)并行口（SPP）或RS232進(jìn)行數(shù)據(jù)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(xiàng)目管理知識(shí)而創(chuàng)作的一種軟件過(guò)程改進(jìn)方法和規(guī)范,它由眾多的過(guò)程規(guī)范和文檔模板組成。SPP主要用于指導(dǎo)國(guó)內(nèi)IT企業(yè)持續(xù)地改進(jìn)其軟件過(guò)程能力。通常可選擇Nibble（4bits）或Byte（8bits）的方式進(jìn)行輸入數(shù)據(jù)，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(shù)據(jù)線，4條控制線和5條狀態(tài)線所組成，它們分別對(duì)應(yīng)三個(gè)不同的寄存器來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)的讀寫操作。而增強(qiáng)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(dá)ISA總線的能力（2MHz）。由于便攜式計(jì)算機(jī)日益普及，基于EPP協(xié)議開(kāi)發(fā)的便攜式微機(jī)采集系統(tǒng)將會(huì)是一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。

通常，低速的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可不需要板上的數(shù)據(jù)緩存區(qū)。數(shù)據(jù)采集通常有兩種解釋：一種是指盤點(diǎn)機(jī)、掌上電腦等終端電腦設(shè)備；另外一種是指網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)采集用的軟件。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括了：可視化的報(bào)表定義、審核關(guān)系的定義、報(bào)表的審批和發(fā)布、數(shù)據(jù)填報(bào)、數(shù)據(jù)預(yù)處理、數(shù)據(jù)評(píng)審、綜合查詢統(tǒng)計(jì)等功能模塊。其管腳功能如圖1所示。它不但提供了存儲(chǔ)空間作為數(shù)據(jù)的緩沖，而且還在EPP并行總線和A/D轉(zhuǎn)換器之間充當(dāng)一彈性的存儲(chǔ)器，因而無(wú)需考慮相互間的同步與協(xié)調(diào)。FIFO的優(yōu)點(diǎn)在于讀寫時(shí)序要求簡(jiǎn)單，內(nèi)部帶有讀寫的環(huán)形指針，在對(duì)芯片操作時(shí)不需額外的地址信息。隨著FIFO芯片存儲(chǔ)量的不斷增加和價(jià)格的不斷下降，它將成為傳統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器件RAM、SRAM等的有力替代者。方案中的A/D轉(zhuǎn)換器采用了Analog Device 公司的AD1671,最大采集速率可達(dá)1.25MHz、12Bit無(wú)漏碼轉(zhuǎn)換輸出。

1 EPP協(xié)議簡(jiǎn)介

EPP協(xié)議與標(biāo)準(zhǔn)并行口協(xié)議兼容且能完成數(shù)據(jù)的雙向傳輸，它提供了四種數(shù)據(jù)傳送周期：數(shù)據(jù)寫周期；數(shù)據(jù)讀周期；地址寫周期；地址讀周期。雖然用于域名是EPP最初的動(dòng)因，但協(xié)議設(shè)計(jì)的目標(biāo)是可應(yīng)用于任何訂單和執(zhí)行體系。EPP協(xié)議基于XML（結(jié)構(gòu)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(shè)計(jì)，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(rèn)定了EPP的充分標(biāo)準(zhǔn)地位。

在設(shè)計(jì)中我們把數(shù)據(jù)周期用于便攜機(jī)與采集板之間的數(shù)據(jù)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(hào)定義

圖2是一個(gè)數(shù)據(jù)寫周期的例子。

（1） 程序執(zhí)行一個(gè)I/O寫周期，寫數(shù)據(jù)到Port4（EPP數(shù)據(jù)寄存器）。

（2）nWrite變低，數(shù)據(jù)送到串行口上。

（3）由于nWait為低，表示可以開(kāi)始一個(gè)數(shù)據(jù)寫周期，nDataSTB變低。

（4）等待外設(shè)的握手信號(hào)（等待nWait變高）。

（5）nDataSTB變高，EPP周期結(jié)束。

（6）ISA的I/O周期結(jié)束。

（7）nWait變低，表示可以開(kāi)始下一個(gè)數(shù)據(jù)寫周期。

可以看到，整個(gè)數(shù)據(jù)傳送過(guò)程發(fā)生在一個(gè)ISA I/O周期內(nèi)，所以用EPP協(xié)議傳送數(shù)據(jù)，系統(tǒng)可以獲得接近ISA總線的傳輸率（500k~2M byte/s）。

2 AD1671控制及采集系統(tǒng)工作原理

圖3是AD1671的AD轉(zhuǎn)換時(shí)序圖

AD1671在Encode信號(hào)上升沿開(kāi)始A/D轉(zhuǎn)換，Dav信號(hào)在本次轉(zhuǎn)換完成前一定時(shí)間變低，直到Dav出現(xiàn)上升沿表示本次轉(zhuǎn)換結(jié)束。為防止數(shù)字噪聲耦合帶來(lái)的誤差，Encode信號(hào)應(yīng)在Dav信號(hào)變低后50ns內(nèi)變低。系統(tǒng)中通過(guò)8254計(jì)數(shù)器對(duì)晶振進(jìn)行分頻來(lái)給AD1671提供Encode信號(hào)，以滿足其工作時(shí)序的需要。系統(tǒng)原理圖如圖4所示。系統(tǒng)初始化時(shí)，向8254的Clock0寫入計(jì)數(shù)值，由此可以靈活改變采樣間隔，同時(shí)寫入Clock1的計(jì)數(shù)值用來(lái)控制采樣的個(gè)數(shù)。晶振采用5MHz有源四腳晶振，D觸發(fā)器實(shí)現(xiàn)觸發(fā)功能，系統(tǒng)工作原理如下：

系統(tǒng)初始化完成后，經(jīng)地址譯碼器產(chǎn)生Add2信號(hào)，使D觸發(fā)器狀態(tài)翻轉(zhuǎn)，由低變到高，8254計(jì)數(shù)使能端Gate0、Gate1變高，8254開(kāi)始方式2的計(jì)數(shù)。當(dāng)Clock0的計(jì)數(shù)時(shí)間到時(shí)，發(fā)出一個(gè)寬度為一時(shí)鐘周期的負(fù)脈沖，經(jīng)反向送入Encode,啟動(dòng)AD1671進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。一次轉(zhuǎn)換結(jié)束，利用Dav信號(hào)將轉(zhuǎn)換的數(shù)據(jù)寫入IDT7202,同時(shí)Clock1計(jì)數(shù)一次。當(dāng)Clock1計(jì)數(shù)時(shí)間到后，發(fā)出一個(gè)脈沖，用來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)D觸發(fā)器的清零，使Gate0、Gate1變低，停止AD1671轉(zhuǎn)換，完成一次系統(tǒng)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(shè)計(jì)的。nDataSTB與nAddSTB組合產(chǎn)生nWait回送信號(hào)，實(shí)現(xiàn)連鎖握手。方案中分別用數(shù)據(jù)讀周期、地址讀周期對(duì)1#FIFO、2#FIFO進(jìn)行讀取。EPP模式設(shè)定后，對(duì)FIFO存儲(chǔ)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(hào)，用EPP數(shù)據(jù)讀周期傳送數(shù)據(jù)。對(duì)基址+3的I/O操作，可產(chǎn)生地址周期信號(hào)。

C語(yǔ)言指令如下：

讀一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)：Data=Inportb（Base_Addr+4）；

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

實(shí)際應(yīng)用中FIFO的存取時(shí)間達(dá)到ns 級(jí)，EPP的速度也接近ISA總線的速率。上述接口電路屬于高頻，電路設(shè)計(jì)要注意消除干擾。FIFO的讀寫信源應(yīng)盡量靠近FIFO,沒(méi)用到的數(shù)據(jù)輸入端應(yīng)接地或VCC等。