專利名稱：單片機(jī)基本總線裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于單片微型計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域。
目前，對單片機(jī)的應(yīng)用，通常采用以下四種方法。
1、根據(jù)某一專用系統(tǒng)的要求，自己制造所有的硬件和軟件。
該方法的做法是，從最基本的試驗(yàn)到設(shè)計(jì)總的系統(tǒng)原理圖，工藝上的實(shí)現(xiàn)(包括設(shè)計(jì)制作印刷電路板)，硬件的調(diào)試、修改和軟件的編制以及整機(jī)的聯(lián)調(diào)完成，都是按照某一專用系統(tǒng)的要求做的。每制作一個(gè)新系統(tǒng)，都得從頭做起。這種方法的缺點(diǎn)是工作繁雜，開發(fā)周期長，對技術(shù)人員的要求比較高，但搞成的系統(tǒng)性能差，靈活性不好，可靠性不高，重復(fù)投資現(xiàn)象嚴(yán)重，系統(tǒng)成本高，不利于推廣。
2、對常用的領(lǐng)域，設(shè)計(jì)一些典型的系列模板。
這種辦法的特點(diǎn)是設(shè)計(jì)種類較多的模板，每種模板都適用一定的范圍，好處是對一些小系統(tǒng)可以省掉一些硬件制作的時(shí)間。但這類模板的設(shè)計(jì)，通常不按任何標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，在電氣性能、機(jī)械特性、信號定義等方面都比較雜亂，因而通用性比較差。又由于每種模板的功能有限，相互之間缺乏有機(jī)聯(lián)系，因而只能適應(yīng)一些小系統(tǒng)，無法擴(kuò)展，適用面較小。該方法的另一缺點(diǎn)是無法配上統(tǒng)一的軟件，軟件的重復(fù)開發(fā)工作量很大，同樣會造成技術(shù)人員掌握困難，不易推廣。
3、把單片機(jī)設(shè)計(jì)成單板機(jī)的形式。
有的單位，根據(jù)單板機(jī)(如TP－801)的思路來使用單片機(jī)。這種辦法的好處是具有了一定功能的軟件(監(jiān)控程序)。該結(jié)構(gòu)的單片機(jī)系統(tǒng)，通常只能作為一種簡易的學(xué)習(xí)機(jī)，適用性比較差，擴(kuò)展很困難。往往又是采用大板結(jié)構(gòu)，也不考慮工業(yè)應(yīng)用中的各種特殊要求，不適合用于單片機(jī)常用的智能化儀器或工業(yè)控制領(lǐng)域。這種辦法的另一缺點(diǎn)是有二次開發(fā)的過程。
4、向標(biāo)準(zhǔn)總線靠。
近二年來，由于上述三種方式存在的問題較多，也有人把單片機(jī)設(shè)計(jì)成標(biāo)準(zhǔn)STD(Standard)總線的一類模板，希望能利用STD總線的優(yōu)點(diǎn)，來克服其它辦法帶來的問題，但由于下述原因，這方面的工作是不成功的，也無法進(jìn)一步推廣。
(1)STD總線設(shè)計(jì)時(shí)，主要適用于Z80，8080，8085，8088，6800這一類CPU(中央處理單元)，因此，一些其他的單片機(jī)，如MCS－51，MCS－96系列，要掛上去，就會化費(fèi)較大的軟、硬件開銷；而且，很多STD總線上的I／O(輸入／輸出)模板無法使用，這就使STD總線固有的優(yōu)點(diǎn)不能充分發(fā)揮。
(2)STD總線是8位的微機(jī)總線，因此，十六位的單片機(jī)，如MCS－96系列就更難靠上去了，化費(fèi)較大的代價(jià)才能掛上。勉強(qiáng)掛上的結(jié)果卻是使十六位的單片機(jī)變成八位功能的單片機(jī)，降低了功能。
本實(shí)用新型的目的在于以單片機(jī)基本總線的形式為單片微型計(jì)算機(jī)的各種應(yīng)用提供一種體系結(jié)構(gòu)合理、通用性強(qiáng)、易于擴(kuò)充、具有較高的可靠性和抗干擾性、開發(fā)周期短、維護(hù)方便的規(guī)格化裝置。
本實(shí)用新型包括基本總線(BASE BUS)、模板、總線連接器、母板和機(jī)籠等，其特征是基本總線(BASE總線)共有56根引線，分五個(gè)功能組邏輯電源線共6根，引腳1到引腳6數(shù)據(jù)總線16根，引腳7到引腳22地址總線16根，引腳23到引腳38控制總線14根，引腳39到引腳52輔助電源線4根，引腳53到引腳56基本(BASE)總線引腳分配及信號功能名稱見表1。
各功能組信號分別說明如下(一)電源線BASE總線分邏輯電源線(1～6腳)和輔助電源線(53～56腳)，分別為數(shù)字電路和模擬電路提供電源。兩組共有五種不同的電源(＋5V，＋12V，－12V，－5V和電池后備電壓)和兩種不同的地線(邏輯地和輔助地)。其中引腳5有二種使用情況，在作后備電池供電時(shí)，應(yīng)和主電源隔離，避免電源間短路；引腳6實(shí)際上是邏輯電源＋5V的掉電信號，該信號的作用是保證系統(tǒng)的存貯器在開機(jī)，關(guān)機(jī)或掉電的過程中不發(fā)生誤操作。
(二)數(shù)據(jù)總線十六位、雙向三態(tài)、高有效。
采用十六位數(shù)據(jù)線，既適用于8位單片機(jī)，也適用于16位單片機(jī)。數(shù)據(jù)和地址可分時(shí)出現(xiàn)在數(shù)據(jù)線上。實(shí)際上是數(shù)據(jù)／地址復(fù)用總線。
數(shù)據(jù)流的方向由主控機(jī)控制，并受讀(RD)、寫(WR)和取指信號PSEN等的影響。
所有的模板在不使用數(shù)據(jù)總線時(shí)，應(yīng)對總線呈現(xiàn)高阻態(tài)，避免產(chǎn)生總線沖突。
(三)地址總線十六位、高有效。
地址由主控制機(jī)產(chǎn)生，鎖存后，供芯片外程序存儲器、數(shù)據(jù)存儲器或I／O(輸入／輸出)設(shè)備譯碼用。在本實(shí)用新型中，I／O設(shè)備被看作是數(shù)據(jù)存貯器的一部分。
(四)控制總線。
控制信號總線共14根，具體規(guī)定如下1、ALE允許地址鎖存信號。引腳39，高電位有效。
在訪問外部存貯器時(shí)，此信號用來鎖存地址／數(shù)據(jù)總線上的地址信號。
2、PSEN外部程序存貯器的讀選通信號。引腳40，低電位有效。
注意有些單片機(jī)沒有此信號，如MCS－96系列單片機(jī)，只是在INST為高時(shí)出現(xiàn)的RD信號相當(dāng)于此信號。
3、WR寫存儲器或輸出，引腳41，低電位有效。
此信號表示數(shù)據(jù)總線上已有數(shù)據(jù)，作用是把讀數(shù)據(jù)寫入到指定的存儲單元或輸出到外設(shè)。
4、RD讀存儲器或輸入，引腳42，低電位有效。
當(dāng)CPU要從存貯器或輸入設(shè)備輸入指令或數(shù)據(jù)時(shí)，通過該信號把被選中的存貯單元或輸入設(shè)備的內(nèi)容送到總線上。
5、＊BHE／WRH總線高位允許信號或?qū)懜呶蛔止?jié)信號，引腳43。
該信號適用于MCS－96系列單片機(jī)。當(dāng)選擇BHE功能時(shí)，若BHE＝0，選擇連接在數(shù)據(jù)總線上的高位字節(jié)的存貯器塊；若存貯器地址的最低位A0＝0，則選擇低位字節(jié)的存貯器塊。這樣，當(dāng)訪問由2個(gè)8位存貯器塊構(gòu)成的16位存貯塊時(shí)，若A0＝0，BHE＝1，選通低位字節(jié)存貯器塊；而A0＝1，BHE＝0，選通高位字節(jié)存貯器塊；而AO＝0，BHE＝0，同時(shí)選通2個(gè)存貯器塊，即訪問16位數(shù)據(jù)。
選擇WRH功能時(shí)，在對奇數(shù)地址(高位字節(jié))的存貯單元進(jìn)行寫操作時(shí)，此引腳為低電位。
6、BUSWIDTH＊外部數(shù)據(jù)總線寬度控制信號，引腳44。
此信號是輸入信號，用于在運(yùn)行中動態(tài)地選擇總線的位數(shù)。以MCS－96系列單片機(jī)為例，在芯片組態(tài)寄存器CCR.1＝1時(shí)，若BUSWIDTH＝1，總線為16位；BUSWIDTH＝0時(shí)，總線為8位。
7、EXTINT外部中斷請求，引腳45。
本信號表示一個(gè)或若干個(gè)從屬的功能請求處理機(jī)中斷當(dāng)前的任務(wù)。對這類中斷，處理機(jī)可以通過程序指令開放，也可以屏蔽掉而不響應(yīng)。處理機(jī)對這類信號的響應(yīng)，可由電平激活，也可由邊沿激活。
8、CLOCK來自處理器的時(shí)鐘。引腳46。
用來作為系統(tǒng)同步或標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘源。不同的處理器和不同的晶振產(chǎn)生不同的時(shí)鐘。以MCS－96處理器為例，它的時(shí)鐘輸出(CLKOUT)為晶振頻率的三分之一，占空比為33％。
9、BUSRQ總線請求信號，引腳47。
10、BUSAK總線響應(yīng)信號，引腳48。
11、WAITRQ等待請求信號，引腳49。
可由任何模板產(chǎn)生，要求當(dāng)前的操作掛起，并保持當(dāng)時(shí)的操作狀態(tài)。該信號用于在處理器中插入等待狀態(tài)或適當(dāng)?shù)牡却龝r(shí)間，如低速存貯器操作等。如MCS－96就可利用READY信號在訪問存貯器周期中插入適當(dāng)?shù)牡却龝r(shí)間，以和低速的存貯器連用或工作于DMA方式。
12、IOEX外設(shè)空間擴(kuò)展信號，引腳50，低電位有效。
本實(shí)用新型約定，BASE系統(tǒng)的外設(shè)除了單片機(jī)固有的I／O口外，還占用一個(gè)4K存儲空間，該空間所在位置可根據(jù)各類處理器或各系統(tǒng)自行確定，一般定在最后4K，但不強(qiáng)行規(guī)定。具體通過外設(shè)空間擴(kuò)展信號IOEX實(shí)現(xiàn)，本信號由主機(jī)模板產(chǎn)生。
13、SYSRESET系統(tǒng)復(fù)位信號，高電位有效，引腳51。
由主處理機(jī)復(fù)位電路控制，可由電源開啟信號觸發(fā)，也可由按鍵觸發(fā)。用于引入任何需初始化的功能模板。
14、MEMEX存貯器擴(kuò)展(高電位擴(kuò)展低電位復(fù)原)，引腳52。
本信號可由任何模板發(fā)出，用于擴(kuò)展基本系統(tǒng)存貯器外的存貯器。當(dāng)此線為低電平時(shí)，系統(tǒng)的主存貯器有效；為高電平時(shí)，則另一個(gè)64KB存貯器段有效。多個(gè)64KB的存貯器段可用輸出口來選中某個(gè)存貯器段，要求在存貯器板上有支持邏輯。
表1 基本總線插腳分配表
帶＊的信號，應(yīng)根據(jù)不同的處理器確定，本表以MCS－96系列為例確定。
各類模板的尺寸應(yīng)滿足

圖1的要求。這里的尺寸不包括模板接插件及I／O(輸入輸出)接口連接部分的尺寸。
圖1中A1＝91.7(±0.2)mmA2＝29.15(±0.1)mmA3＝150(－0.2)mmA4＝100(±0.2)mmA5＝10(－0.5)mmA6＝3(＋0.5)mmA7＝5(±0.2)mmA8＝4(±0.2)mmA9＝3.18(±0.05)mmA10＝1.58(±0.02)mm其中A4為板長、A3為板高、A10為板厚。
模板的二條邊沿各留3mm(A6)位置進(jìn)導(dǎo)軌凹槽，不能裝元器件。
模板上A面器件的最大高度為18mm，器件引腳在模板B面伸出的高度不得超過3mm。
各模板間總線的連接是通過設(shè)置于模板上的連接器插到母板上的總線插座上實(shí)現(xiàn)的?？偩€連接器的長A1為91.7(±0.2)mm，它有56個(gè)引腳。各引腳之間的中心距離A9為3.18(±0.05)mm，如圖1所示。
每一塊模板都有一個(gè)肩拔1，裝在模板右上角頂部，便于起拔模板，見圖1。
各模板的信號線(包括數(shù)據(jù)線、地址線和控制線)及電源線由設(shè)置在模板上的總線連接器與母板上的總線相連，并由此實(shí)現(xiàn)各模板之間總線的連接。模板與母板置于機(jī)籠之內(nèi)。
母板結(jié)構(gòu)參見圖2，母板寬B1為121(±0.5)mm，厚2mm，母板上設(shè)有插件槽2，相鄰兩槽間距B3為25mm，母板長度可按四槽為基本單位任意擴(kuò)充，四槽的母板長度為116(±0.5)mm，每擴(kuò)展4槽，母板長度增加100mm，8槽的母板結(jié)構(gòu)如圖2所示。圖2中
B1＝121(±0.5)mmB2＝216(±0.5)mmB3＝25(±0.1)mm本裝置采用注塑機(jī)籠(參見圖3)，在機(jī)籠內(nèi)部，上下方對稱地按前后方向設(shè)有凹槽，供插放模板用，凹槽長度C6為112mm，寬度C7為2mm，相鄰二個(gè)插件槽的間距C8為25(±0.1)mm，槽深2mm。母板固定在機(jī)籠后部凹槽的末端，母板平面與凹槽的長度方向垂直。機(jī)籠高度C2為168(±0.5)mm，機(jī)籠寬C3為125mm，長度可按四槽為基本單位擴(kuò)展，四槽機(jī)籠長140(±0.5)mm，具有4n(n為自然數(shù))個(gè)槽的機(jī)籠長度為［25×(4n－1)＋32.5×2］mm，8槽機(jī)籠結(jié)構(gòu)如圖3所示。圖3中，C1＝160(±0.5)mmC2＝168(±0.5)mmC3＝125(±0.5)mmC4＝240(±1)mmC5＝7(±0.2)mmC6＝112(±0.5)mmC7＝2(±0.1)mmC8＝25(±0.1)mm本實(shí)用新型和現(xiàn)有技術(shù)比較，具有如下優(yōu)點(diǎn)1、把總線技術(shù)用于單片機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域，提高了單片機(jī)應(yīng)用水平。
2、八位、十六位單片機(jī)兼容，I／O模板兼容，便于產(chǎn)品升級，減少重復(fù)開發(fā)，重復(fù)投資的時(shí)間和費(fèi)用。
3、有規(guī)格化的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，可靠性高，可維護(hù)性好，適合于工業(yè)控制等應(yīng)用環(huán)境。
4、可擴(kuò)性好，適用于各種規(guī)模的系統(tǒng)的要求。
5、軟件的通用性好，開發(fā)費(fèi)用低。
6、對使用者的技術(shù)要求低。
圖1為本實(shí)用新型的模板結(jié)構(gòu)圖。
圖2為本實(shí)用新型的母板結(jié)構(gòu)圖。
圖3為本實(shí)用新型的機(jī)籠結(jié)構(gòu)圖。
權(quán)利要求一種適用于單片微型計(jì)算機(jī)應(yīng)用開發(fā)的規(guī)格化裝置，包括基本總線、模板、總線連接器、母板和機(jī)籠，其特征是基本總線的56根引線信號功能按以下表格分別固定基本總線插腳分配表
帶＊的信號，應(yīng)根據(jù)不同的處理器確定，本表以MCS-96系列為例確定；
本裝置的各模板信號線和電源線由設(shè)置在模板上的總線連接器通過母板上的總線插座和母板上的總線相連，并由此實(shí)現(xiàn)各模板之間總線的連接，模板與母板置于機(jī)籠之內(nèi)；模板長100(±0.2)mm，高150(-0.2)mm；厚1.58mm；總線連接器由位于模板一側(cè)的56個(gè)引腳構(gòu)成，總線連接器的長度為91.7(±0.2)mm，各引腳之間中心相距3.18(±0.05)mm；母板寬121(±0.05)mm，母板寬121(±0.5)mm，厚2mm，長度可按4槽為基本單位擴(kuò)充，4槽的母板長116(±0.5)mm，每擴(kuò)展4槽，長度增加100mm；機(jī)籠高度為168(±0.5)mm(包括二邊8mm墊腳)，機(jī)籠寬度為125(±0.5)mm，相鄰二槽間距為25(±0.1)mm，機(jī)籠長度可按4槽為基本單位擴(kuò)充，4槽機(jī)籠長140(±0.5)mm，具有4n(n為自然數(shù))個(gè)槽的機(jī)籠長度為25×(4n-1)+32.5×2[mm]。
專利摘要本實(shí)用新型屬于單片微型計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)領(lǐng)域，它包括基本總線、模板、總線連接器、母板和機(jī)籠。其特征是基本總線的56根引線信號功能分別固定，采用8位/16位兼容的16位數(shù)據(jù)/地址復(fù)用總線，模板、總線連接器、母板和機(jī)籠的機(jī)械性能規(guī)格化，各模板的信號線、控制線及電源線由總線連接器與母板相連，母板和機(jī)籠可按四槽為基本單位任意擴(kuò)充，從而為單片機(jī)的應(yīng)用提供一種通用性強(qiáng)、易于擴(kuò)充、開發(fā)周期短的規(guī)格化裝置。
文檔編號G06F1/00GK2071810SQ9020732
公開日1991年2月20日 申請日期1990年6月13日 優(yōu)先權(quán)日1990年6月13日
發(fā)明者涂祥康, 俞士娣, 蔣燕君 申請人:復(fù)旦大學(xué)科教儀器廠