采用單芯片F(xiàn)IFO設(shè)計的GPIB接口專用芯片TNT4882的特性及應(yīng)用研究

1、概述

TNT4882是美國NI公司的一款單芯片、高速、聽/講功能的兼?zhèn)涞腉PIB（General purpose interface bus）接口專用芯片。它內(nèi)部集成了Turbo488（高速傳輸電路）以及NAT4882（IEEE488.2兼容電路），并擁有諸多新的特性，能夠兼容ANSI IEEE Standard 488.1和ANSI IEEE Standard 488.2規(guī)范，因而可以為GPIB系統(tǒng)提供一套完整的解決方案。為了達到更高的傳輸速率。TNT4882采用了單芯片F(xiàn)IFO緩存電路設(shè)計，其內(nèi)置的16個增強型IEEE 488.1兼容收發(fā)器可以直接連接GPIB總線，以實現(xiàn)HS488傳輸模式（一種新的GPIB高速傳輸模式）。在兼容性方面，它與以往使用的μPD7210、TMS9914A中的寄存器設(shè)置完全兼容，用戶可以將以前所用的代碼直接移植到TNT4882上。同時，它所包含的Turbo488電路及其諸多新特性也可以在一定程度上減少軟件的開銷。另外，TMT4882還具有靈活的CPU接口，可以方便地連接各種16位或8位微處理器，并將CPU發(fā)出的消息和信號轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的GPIB消息和信號，以使實現(xiàn)GPIB設(shè)備和CPU及內(nèi)存之間的通信。

2、內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外圍時鐘電路

2.1 TNT4882的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

TNT4882的內(nèi)部結(jié)構(gòu)以其工作模式的不同而有所不同。工作模式可分為單芯片模式和雙芯片模式兩種，而雙芯片模式又可分為Turbo+7210模式和Turbo+9914模式。工作模式的選擇和轉(zhuǎn)換由寄存器的設(shè)置來決定，不同的工作模式?jīng)Q定著FIFO與GPIB的連接方式、寄存器的狀態(tài)和訪問屬性。

在雙芯片工作模式下，NAT4882相當于μPD7210（Turbo+7210模式）或TMS9914A（Turbo+9914模式），但功能更加強大。此時的結(jié)構(gòu)及工作過程如圖1所示。當前GPIB寫數(shù)據(jù)時，CPU首先將數(shù)據(jù)寫入TNT4882的FIFO里，并由傳輸狀態(tài)機將數(shù)據(jù)從FIFO傳至NAT4882電路，再由NAT4882電路將數(shù)據(jù)傳送至GPIB上；而當從GPIB上讀數(shù)據(jù)時，過程則正好相反。

在單芯片工作模式下，F(xiàn)IFO可直接與GPIB相連而不需要傳輸狀態(tài)機，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。此時，TNT4882中寄存器的設(shè)置與Turbo+7210模式類似。

由于單芯片模式采用的是最簡單且最快速的結(jié)構(gòu)，且是NI公司推薦的TNT4882工作模式，因此，本文主要討論這種模式。

2.2 外圍時鐘電路

TNT4882工作時需要40MHz的驅(qū)動時鐘，產(chǎn)生時鐘信號的方法有兩種：一是采用40MHz的CMOS晶振，將晶振的輸出接至TNT4882的XTALI管腳，并將XTALO管腳懸空；二是采用如圖3所示的外圍時鐘電路。

3、寄存器簡介

TNT4882內(nèi)部寄存器的數(shù)量和種類都很多，而且在不同的工作模式下，寄存器的情況又不盡相同。本文只對單芯片模式以及與最基本的GPIB操作有關(guān)的一些寄存器進行簡要地介紹。

需要注意的是，TNT4882內(nèi)部的寄存器都是8位的。所以，每個寄存器的控制字也必須是8位。寄存器的地址通常是TNT4882的基地址加上各個寄存器所對應(yīng)的偏移量。TNT4882的基地址由硬件電路決定，而每個寄存器對應(yīng)的偏移量則是固定的，其范圍從0至0x1F。寄存器有三種類型：只讀、只寫和讀/寫。表1列出了一些比較重要的寄存器類型。

表1 TNT4882的部分寄存器

4、軟件編程

TNT4882是一種需要軟件編程的集成電路。其內(nèi)部各個寄存器的狀態(tài)決定或標志著芯片及GPIB的工作狀態(tài)。在GPIB接口設(shè)計中，只有通過編程對寄存器進行正確設(shè)備，才能實現(xiàn)對GPIB的各種操作。以下是編程的基本思路和注意事項。

4.1 芯片初始化

最典型的初始化程序需完成以下工作：

（1）復位TNT4882器件中的Turbo488電路；

（2）將TNT4882設(shè)置成Turbo+7210模式；

（3）將TNT4882設(shè)置成單片機模式；

（4）使Local Power-On信號有效；

（5）配置TNT4882以為GPIB操作作準備，其具體任務(wù)是設(shè)置TNT4882的GPIB地址、設(shè)置初始串行輪詢響應(yīng)、設(shè)置初始并行輪詢響應(yīng)、清除或設(shè)定中斷、設(shè)置GPIB握手參數(shù)等。

（6）清除Local Power-On信號，開始GPIB操作。

上述工作只是編程時考慮實現(xiàn)各種功能的基本原則，設(shè)計得可以根據(jù)自己的實際需要，對TNT4882進行適當?shù)木幊?，而沒有必要完成每種功能的設(shè)置。

4.2 GPIB數(shù)據(jù)傳輸

用TNT4882進行GPIB數(shù)據(jù)傳輸時，需經(jīng)歷初始化、數(shù)據(jù)傳輸和傳輸終止三個階段，傳輸初始化步驟如下：

（1）正確設(shè)置TNT4882的地址模式。在GPIB寫操作之前，應(yīng)將TNT4882設(shè)置成講狀態(tài)；而在GPIB讀操作之前，要將TNT4882設(shè)置成聽狀態(tài)；

（2）清空FIFO，為數(shù)據(jù)傳輸作準備；

（3）向配置寄存器中寫入正確的控制字以設(shè)定傳輸參數(shù)；

（4）將欲傳輸字符個數(shù)的二進制補碼寫入計數(shù)寄存器；

（5）如果需要的話，可以設(shè)置DMA參數(shù)并使用DMA方式進行傳輸；

（6）根據(jù)需要，合理設(shè)置或清除中斷；

（7）向TNT4882發(fā)送傳輸命令。

在傳輸初始化完成之后，就可以在系統(tǒng)內(nèi)存和GPIB之間傳輸數(shù)據(jù)了。此時，所要考慮的只是如何協(xié)調(diào)內(nèi)存和FIFO間的工作，而TNT4882會自動管理FIFO與GPIB間的數(shù)據(jù)傳輸。通?？梢赃x擇兩種傳輸方式：DMA方式和程序控制方式。若使用DMA方式，則必須在傳輸初始化時對TNT4882進行正確設(shè)定。如果使用程序控制方式，則需設(shè)計控制程序來對數(shù)據(jù)傳輸進行管理?？刂瞥绦虻幕玖鞒倘鐖D4所示。

當數(shù)據(jù)傳輸終止時，還應(yīng)進行以下幾步操作：

（1）向TNT4882發(fā)送停止命令；

（2）若使用了DMA方式，還需禁止外部的DMA控制器；

（3）清除所有的中斷設(shè)置。

5、結(jié)束語

使用TNT4882時，除了要求外接一個40MHz的外部時鐘以外，幾乎不需要其它任何輔助電路，因而大大簡化了接口電路的設(shè)計和開發(fā)。通過筆者的實驗證明：TNT4882是一款廉價的、高性能的GPIB接口專用芯片，是GPIB接口設(shè)計的理想選擇。

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