摘要：提出了用ＥＰＰ協(xié)議和ＣＰＬＤ擴展筆記本電腦的ＩＳＡ接口的方法，給出了詳細的技術解決方案。擴展的ＩＳＡ接口可以達到１３１０ ＫＢ／ｓ的雙向通訊速度，與ＩＳＡ本身的速度相當。用戶可以通過擴展的ＩＳＡ接口直接使用市場上的基于ＩＳＡ的接口卡。
關鍵詞：ＩＳＡ 標準并口 增強并口 復雜的可編程邏輯器件
利用微機開發(fā)便攜式的數(shù)據(jù)采集、控制系統(tǒng)一直是微機應用系統(tǒng)開發(fā)者十分關心的課題。特別在是基于筆記本電腦的數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)中，這一點顯得尤為重要。傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集和控制系統(tǒng)是針對臺式機或者工控機設計的，一般都做成了標準的插卡，如Ａ／Ｄ卡、Ｄ／Ａ卡、ＲＳ２３２擴展卡等等，用戶根據(jù)自己的實際需要選取合適的插卡，安裝在自己的計算機中，再編寫所需要的程序。但是在基于筆記本電腦的應用系統(tǒng)中，由于其沒有擴展槽，如果用戶自己不再配一個擴展箱，就不能配置現(xiàn)成的插卡。擴展箱的主要功能是擴展筆記本電腦的各種外圍接口，即把筆記本電腦的功能擴展為與一個臺式機相同的功能。它需要單獨的電源供應，體積比筆記本電腦本身大，又比筆記本重的多，價格在人民幣７０００～１００００元左右。如果能夠找到一種便捷的方法，為筆記本電腦提供一個標準的總線接口，如ＩＳＡ接口，那么現(xiàn)在市場上大部分的插卡都可以用在筆記本電腦上，不僅為用戶節(jié)約了一個擴展箱投資，而且還為用戶提供了更加廣闊的選擇余地。本文提出了解決該問題的一個完整的技術方案。
１ ＥＰＰ并口
最初的計算機并口只是為打印機設計的，數(shù)據(jù)只是單向傳輸。
ＩＢＭ公司引進了ＰＳ／２設計后，并口開始支持雙向數(shù)據(jù)傳輸，但是ＰＳ／２實際上并沒有成為一個為業(yè)界廣泛認可的雙向并口模式。１９９２年，由Ｉｎｔｅｌ、Ｘｉｃｏｍ和Ｚｅｎｉｔｈ公司共同制定了ＥＰＰ１．７標準。以后ＩＥＥＥ又發(fā)展了ＩＥＥＥ１２８４的ＥＰＰ標準。實際上ＥＰＰ的標準共有三個，即ＥＰＰ１．７、ＥＰＰ１．９和ＩＥＥＥ１２８４，這些標準并不完全兼容，特別是ＥＰＰ１．７和ＩＥＥＥ１２８４之間，不過這些對用戶的使用并沒有太大的影響。文獻[１]即是ＩＥＥＥ１２８４標準，其中規(guī)定了并口各種模式的詳細的時序圖，包括ＳＰＰ、ＰＳ／２、ＥＣＰ和ＥＰＰ模式。作者根據(jù)ＩＥＥＥ１２８４上規(guī)定的時序圖進行了時序設計，而計算機上提供的ＥＰＰ版本是ＥＰＰ１．７或ＥＰＰ１．９，實際使用中它們沒有不匹配的地方。
２ 用ＥＰＰ擴展ＩＳＡ接口的總體設計
計算機主板上一般有２～３個ＩＳＡ插槽，可以擴充一些ＩＳＡ插卡。大多數(shù)基于ＩＳＡ標準的微機數(shù)據(jù)采集和控制只用到了ＩＳＡ接口的數(shù)據(jù)線、地址線、ＡＥＮ、ＡＬＥ、＃ＩＯＲ、＃ＩＯＷ等信號，有的也用到了中斷和ＤＭＡ的信號。只要了解這些信號之間的時序關系，我們完全可以自己用邏輯器件“制造”出ＩＳＡ接口，文獻[２]介紹了用單片機擴展總線的技術，包括ＩＳＡ、ＳＴＤ總線等。作者曾經(jīng)用并口的ＳＰＰ模式和８０Ｃ１９６單片機擴展出了計算機的ＩＳＡ接口，但是ＩＯ讀寫速度只能達到２０ＫＢ／ｓ左右，
總體的效果不太理想。ＥＣＰ和ＥＰＰ都能進行高速雙向數(shù)據(jù)通訊，但是ＥＣＰ的實現(xiàn)遠比ＥＰＰ復雜的多，其性能和ＥＰＰ卻大致相當，所以最終的方案采用了ＥＰＰ模式。由于單片機是一個單任務的串行控制器，如果它只是用來擴展ＩＳＡ接口，那么可以達到比較高的速度；否則，ＩＳＡ總線的速度會大大降低，最后變得失去使用價值，所以最終的外設芯片不能采用單片機，只能采用ＤＳＰ或者大規(guī)模的可編程邏輯器件。作者選用了后一種方案。
用ＥＰＰ擴展ＩＳＡ口的硬件核心是一片可編程邏輯器件，如ＣＰＬＤ，它一方面負責與計算機通過ＥＰＰ協(xié)議進行雙向數(shù)據(jù)通訊，另一方面負責產(chǎn)生ＩＳＡ接口時序，系統(tǒng)體系相當簡潔而高效，電路原理如圖１所示。ＥＰＰ的數(shù)據(jù)線Ｄ０～Ｄ７和信號線ｎＷｒｉｔｅ、ｎＤｓｔｒｂ、ｎＡｓｔｒｂ、ｎＩｎｉｔ、ｎＷａｉｔ、Ｉｎｔｒ直接與ＣＰＬＤ的雙向Ｉ／Ｏ線相連。另外，ＥＰＰ沒有定義標準并口的第１２、１３、１５三個引腳，這些引腳用戶可以靈活使用。電路圖上并口的第１３腳和ＣＰＬＤ連了起來，可以提供其他的功能。ＣＰＬＤ提供了ＩＳＡ接口的Ｄ０～Ｄ７，Ａ０～Ａ１５，ＡＬＥ，ＡＥＮ，＃ＩＯＲ，＃ＩＯＷ，ＩＲＱ、ＩＯＲＤＹ等信號。擴展的ＩＳＡ接口提供了１６根地址線，可以尋址６４Ｋ的ＩＯ空間，這比計算機所提供的ＩＯ空間（１Ｋ）大了許多倍。用戶可以專門設計具有６４Ｋ尋址能力的數(shù)據(jù)采集和控制板，也可以用只有１Ｋ尋址能力的數(shù)據(jù)采集和控制板，在這種情況下，地址線的高６位被忽略了，但這并不影響系統(tǒng)的正常使用。
３ 硬件操作方法
ＥＰＰ協(xié)議定義的并行口提供了四種傳送周期：數(shù)據(jù)寫周期、數(shù)據(jù)讀周期、地址寫周期和地址讀周期。數(shù)據(jù)周期一般用于計算機和外設間的數(shù)據(jù)傳送，地址周期一般用于傳送地址、通道、命令和控制等信息。實際上，數(shù)據(jù)周期和地址周期并沒有那么嚴格的界限，可以把地址周期看做另一種數(shù)據(jù)周期，二者并沒有太大的區(qū)別。圖２是ＥＰＰ數(shù)據(jù)寫周期的時序圖，圖中的ｎＩＯＷ信號實際上在進行ＥＰＰ數(shù)據(jù)寫時并不會產(chǎn)生，只不過是為了表示所有的操作都發(fā)生在一個ＩＯ周期內，只有這樣，才能使ＥＰＰ獲得ＩＳＡ總線的數(shù)據(jù)操作速度。圖２中的ｎＤａｔａＳｔｒｏｂｅ信號如果換為ｎＡｄｄＳｔｒｏｂｅ信號，就是ＥＰＰ地址寫周期。圖３是ＥＰＰ地址讀周期，也是發(fā)生在一個ＩＯ周期內。
ＥＰＰ定義了一個計算機用于控制外設初始化的信號：ｎＩｎｉｔ，如果用戶不希望控制外設的初始化，則可以不處理這個信號；用戶也可以挪用ｎＩｎｉｔ信號做其他的用途，在本設計方案的地址周期中，如果ｎＩｎｉｔ為高，則表示該地址對應ＩＳＡ接口的高８位地址，否則，對應低８位地址。用這種辦法解決了用８位的ＥＰＰ地址擴展１６位的ＩＳＡ地址的難題。實踐證明，這是一個方便實用的解決方法。
用ＥＰＰ擴展ＩＳＡ接口，最根本的任務是把ＥＰＰ的數(shù)據(jù)讀寫周期快速地轉化為ＩＳＡ的ＩＯ讀寫周期。在ＩＳＡ的時序中[３]，時鐘的頻率是４．７７ＭＨｚ，典型的一個ＩＳＡ周期要用４個時鐘周期，即大概１μｓ的時間。在ＥＰＰ的讀周期中，ＥＰＰ首先發(fā)出讀命令，然后等待ＩＳＡ的數(shù)據(jù)響應，如果ＩＳＡ仍然以４個時鐘來進行ＩＯ讀操作，那么ＥＰＰ很有可能會由于超時而發(fā)生時序錯誤，數(shù)據(jù)也必然會錯。解決這個問題可以用提高ＩＳＡ接口的時鐘頻率的辦法，如提高到８ＭＨｚ甚至是１６ＭＨｚ，但是這樣的話ＩＳＡ卡可能會來不及響應而發(fā)生數(shù)據(jù)錯誤，所以這種方法不可��；另一種方法是改造ＩＳＡ接口的時序，使得既能滿足ＩＳＡ卡的時序要求，又不至于造成ＥＰＰ的超時錯誤。仔細分析ＩＳＡ的ＩＯ讀時序，
