[讨论] SPCE061A的IO扩展方案

摘 要：本文以举例的方式从硬件和软件原理上阐述了如何运用SPBA01B对MCU进行IO扩展、总线扩展和级联使用。 关键词：SPBA01B SPEC061A 1 引言 随着数字语音、图像处理技术的飞速发展，其在电子产品中也得到广泛应用，如语音智能玩具、PDA、有语音和图像识别技术的机器人等。一个复杂或功能强大的语音图像处理系统需要很大的、不同的存储器（ROM、FLASH、SRAM）的存储空间。由凌阳公司开发的可级连的单片总线扩展芯片SPBA01具有接口简单、扩展能力强、易于应用的特点，极大的适应了语音、图像处理系统和需要总线扩展的其它系统之需求。另外，SPCE061A是由凌阳公司开发的16位带有DSP功能的单片机。它具有语音，图像处理的运算能力。用SPCE061A和SPBA01构成的带数据总线扩展系统，必将推动数字语音、图像处理技术的电子产品进一步发展。 2 SPBA01B芯片简介 2.1 芯片特性 · 用11个IO口可扩展4Mbytes的Memory或25个IO口 · 可最多7个SPBA01B级联 · 支持各种Memory类型的扩展，比如：SRAM、ROM、EPROM、EEPROM 和FLASH · SPBA01B内部结构模块图如图 2.1所示。 2.2 内部结构 图 2.1 SPBA01B内部结构模块图 2.3 管脚说明 SPBA01B的封装为LQFP44-0.8，它的管脚图如图 2.2如所示。 图 2.2 SPBA01B管脚图 SPBA01B的各个管脚说明如表 2.1所示。 表 2.1 SPBA01B的各管脚说明 符号 管脚号 类型 描述 CI 17 I 片选信号 CO 16 O 下一级联芯片的片选 AD7-AD0 4-11 地址/数据总线 MC1、MC0 1、2 读/写(数据/地址)信号线 P2.7 () P2.6-P2.0 27 26-20 I/O 存储器扩展器 P2.7：用作片选 P2.6-P2.0：用作地址线A[14:8] I/O扩展器 输入模式下：内置下拉电阻 P1.7-P1.0 37-44 I/O 存储器扩展器 P1.7-P1.0：用作地址线 A[7:0] I/O扩展器 输入模式下：内置下拉电阻 P0.7 () P0.6 () P0.5-P0.0 28 29 30-35 I/O 存储器扩展器 P0.7：用作Memory 1片选 P0.6：用作Memory 2片选 P0.6-P0.0：用作存储器的BANK地址B[6:0] I/O扩展器 输入模式下：内置下拉电阻 OSCO () 18 O 存储芯片的读使能信号 P55 () 19 O 存储器扩展器：存储芯片的写使能信号 I/O扩展器：仅用输出 XI 12 I 晶振输入引脚 XO 13 O 晶振输出引脚 CLK0 15 O 时钟输出 VDD 36 I 电源 VSS 3 I 参考地 DVP 14 I 测试模式选择，内接下拉电阻，通常悬空 2.4 地址映射 当SPBA01B用作总线扩展时，使用地址$4000H-$BFFFH为存储扩展，存储页的大小为32K Bytes，其中地址$8000H-$BFFFH被映射为存储器的地址$0000H-$3FFFH，地址$4000H-$7FFFH被映射为存储器的地址$4000H-$7FFFH。地址$0000H-$003FH用作寄存器设置。详细的映射图如图 2.3所示。 图 2.3地址映射图 2.5 读写时序 对SPBA01B的读写时序图分别如图 2.4、图 2.5所示。 图 2.4 读SPBA01B的时序 图 2.5 写SPBA01B的时序 从图 2.4、图 2.5可以看出，MC1决定AD总线是地址总线还是数据总线，MC0决定操作模式（读或写）。MC1为高电平时，AD[7：0]是地址输入线，MC1为低电平时AD[7：0]是数据输入/输出线。当作为输入地址时，MC0为高电平时AD[7：0]是高地址A[15：8]，MC0为低电平时AD[7：0]是低地址A[7：0]。当作为数据线时，MC0为高电平时AD[7：0]是读数据D[7：0]， MC0为低电平时AD[7：0] 是写数据D[7：0]。 MC0、MC1、AD总线三者之间的状态关系如表 2.2所示。 表 2.2 解码表 MC1 MC0 AD总线 H H AH（高地址） H L AL（低地址） L H 读数据 L L 写数据 3 扩展应用方案介绍 3.1 IO扩展应用 本例介绍SPCE061A使用SPBA01B扩展IO。主要实现功能：使用三个按键实现控制LED的亮灭。 3.1.1 电路框图 SPCE061A使用SPBA01B扩展IO的电路框图如图 3.1所示： 图 3.1 IO扩展模块图 3.1.2 电路连接图 SPCE061A与SPBA01B的连接图如图 3.2所示： 图 3.2 IO扩展的电路连接图 3.1.3 功能描述 使用Key1、Key2、Key3三个按键实现控制16个LED灯的亮灭，三个按键的作用如下： · Key1：按下该键的时候，点亮16个LED灯。 · Key2：按下该键的时候，点亮与SPBA01B的P1口相连的LED灯，同时熄灭与SPBA01B的P2口相连的LED灯。 · Key3：按下该键的时候，点亮与SPBA01B的P2口相连的LED灯，同时熄灭与SPBA01B的P1口相连的LED灯。 3.2 总线扩展应用 本例介绍SPCE061A使用SPBA01B扩展Memory。系统主要实现的功能是利用外扩的Memory实现数码录放音。下面介绍使用外扩HM628128、W29C040实现DVR录放音。 3.2.1 外扩HM628128的电路连接图 SPCE061A使用SPBA01B外扩HM628128的电路连接如图 3.3所示。 图 3.3 外扩HM628128的电路连接图 3.2.2 外扩W29C040的电路连接图 SPCE061A使用SPBA01B外扩W29C040的电路连接如图 3.4所示。 图 3.4 外扩W29C040的电路连接图 3.2.3 功能描述 使用Record、Stop、Play三个按键实现控制数码录放音，三个按键的作用如下： · Record：按下该键的时候，开始录音。 · Stop：按下该键的时候，停止录音。 · Play：按下该键的时候，播放录音。 3.2.4 程序流程 SPCE061A使用SPBA01B外扩存储器的时候，主程序以及读、写操作的简易流程如图 3.5所示。 图 3.5 简易流程图 3.3 SPBA01B级联使用介绍 前面说过SPBA01B最多可以级联7个，现在介绍SPBA01B的级联用法。 从图 3.6（为了便于说明，将其中的一个SPBA01B称为BEXA，另一个SPBA01B称为BEXB。）可以看出SPCE061A有11个管脚连接到SPBA01B，其中有一个为OUT管脚，连接到SPBA01B的CI管脚，类似片选的作用。当CI由低电平变为高电平的时候，SPBA01B的VID/SID(Volume ID/Selecting ID)将被复位，使用时必须重新设置；当访问SPBA01B的时候，CI要保持高电平。 SPBA01B中的CI和CO保证各级联芯片的正确初始化。如图 3.6所示，BEXA的CO连接到BEXB的CI。当BEXA的CI由低电平变为高电平，第一个设置VID（设置寄存器$000DH）将被应用到BEXA，当BEXA被配置完后，它的CO变为高电平，这样第二个设置VID（设置寄存器$000DH）被应用到BEXB。若级联多个芯片，以此类推，设置各级联芯片的VID。当所有的级联芯片的VID都被设置完毕后，任何对寄存器$000DH的写，都被当作是SID。 图 3.6 SPCE061A外挂两个级联的SPBA01B的电路图 下面举一个简单例子说明两个级联芯片BEXA和BEXB是如何配合工作的。寄存器$000DH用来为每一个SPBA01B设置唯一的VID。设置完VID后，寄存器$000DH用来选择ID，也就是决定哪一个级联芯片工作。SPCE061A的程序步骤大致如下： 1. 设置OUT为低电平 2. 设置OUT为高电平 3. Send_Addr_Data（0x000d，0x03）设置BEXA的VID为3 4. Send_Addr_Data（0x000d，0x05）设置BEXB的VID为5 5. Send_Addr_Data（0x000d，0x03）设置BEXA和BEXB的SID为3，此时BEXA有效，BEXB 6. Send_Addr_Data（0x0023，0xxx）配置BEXA为“存储器扩展器”或“I/O扩展器” 7. 访问BEXA 8. …… 9. Send_Addr_Data（0x000d，0x05）设置BEXA和BEXB的SID为5， 此时BEXA无效，BEXB 有效 10. Send_Addr_Data（0x0023，0xxx）配置BEXB为“存储器扩展器”或“I/O扩展器” 11. 访问BEXB 在第9步后，BEXA和BEXB的状态如图 3.7所示。 图 3.7 BEXA和BEXB的状态图 3.4 级联应用举例 本例介绍的是SPCE061A外挂两个SPBA01B芯片，扩展两个AT29C020 以及一个8×8按键。它的详细电路连接如图 3.8所示。 图 3.8 SPCE061A外挂两个SPBA01B的电路图 4 结语 SPBA01B具有很强的IO扩展、总线扩展功能，配合凌阳公司提供的SPBA01B底层Driver代码,可以很容易实现SPCE061A的IO、总线扩展。相信以SPBA01B构成的带数据总线扩展系统，必将推动数字语音，图象处理技术的电子产品进一步发展。